Технологические приемы забуривания дополнительных направлений с искусственных забоев в необсаженных стволах скважин

ского типа с магнитной стрелкой, гироскопические электромеханического типа, фотоинклинометры механического типа, телеметрические системы на основе инклинометров электромеханического типа с электронными средствами приема, обработки и представления информации [1].

Апсидоскопы - приборы, использующие для определения зенитного угла скважины принцип горизонтального уровня жидкости. Принцип работы жидкостных приборов состоит в фиксации следа уровня жидкости на стенках стеклянных пробирки, трубки или на поверхности стального стержня при помещении прибора в скважину.

Инклинометры - приборы, позволяющие определить значение зенитного и азимутального углов в одной, нескольких или множестве точек ствола скважины.

Инклинометры по их функциональным возможностям можно разделить на четыре группы:

1. Инклинометры для одного или нескольких измерений углов.

Для измерения азимута используется магнитная стрелка компаса, для измерения зенитного угла - отвес-маятник. Перед измерением магнитная стрелка и отвес находятся в свободном состоянии. После того как отвес займет положение под действием силы тяжести, он прижимается к наконечнику отвеса-маятника, фиксируя его положение и положение магнитной стрелки в компасе. Перед измерением инклинометр должен находиться в покое 10-15 минут. Инклинометры спускаются в скважину на тросике с помощью специальной лебедки [2].

2. Инклинометры, позволяющие многократно производить измерения зенитного и азимутального углов, которые используются в основном при проведении планового каротажа геофизической службой. Спускаются в скважину на каротажном кабеле. Они отличаются конструкцией:

- электромеханические с магнитной стрелкой и отвесом;

- электромеханические с гироскопом и маятником-отвесом;

- фотоинклинометры с магнитной стрелкой и отвесом.

3. Инклинометры, предназначенные для работы в условиях, в которых исключено влияние магнитных полей.

4. Инклинометры для работ на месторождениях с влиянием магнитного поля.

В отличие от других инклинометров с магнитной стрелкой для измерения азимута скважины они оснащены гирокомпасом. Инклинометр состоит из двух частей: измерительной и копирующей, соединенных между собой шарнир-но. Зная начальный азимут скважины в определенной точке ствола, можно определить его последовательно для всех других точек, фиксируя угол перекоса корпуса в шарнире, который последовательно при спуске копирует траекторию ствола скважины.

Телеметрическая система, входящая в состав геонавигационного комплекса, предназначена для определения пространственной ориентации компоновки низа бурильной колонны, а также забойных параметров, необходимых для оптимизации процесса бурения.

Скважинный прибор телеметрической системы обеспечивает ориентацию отклонителя на забое, а также непрерывную передачу и индикацию на поверхности азимута, зенитного угла скважины в процессе турбинного бурения в геологических средах, не имеющих магнитных аномалий [3].

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:_

1. Бухаленко Е. И., Абдуллаев Ю. Г. Монтаж. Обслуживание и ремонт нефтепромыслового оборудования. М., Недра, 1974. - 400 с.

2. Пронкин А.П., Хворостовский С.С. Прогнозирование направлений развития разведочного бурения на шельфе. М: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. - 300 с.

3. Мельников В.А., Милосердов Е.Е. Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин. ИПК СФУ, 2008. - 295 с.

Технологические приемы забуривания дополнительных направлений с искусственных забоев в необсаженных стволах скважин

С.И. Васильев, к.т.н., профессор, Е.Е. Милосердов, старший преподаватель, МА Тряпичкин, аспирант ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск_

Ликвидация аварий и осложнений, возникающих при бурении скважин, часто связана с зарезкой и бурением новых направлений стволов скважин. Данная задача является одной из наиболее сложных при бурении разведочных, а также многоствольных (МСС) и мно-гозайбойных (МЗС) скважин.

Наиболее результативны для решения этой задачи - методы бесклинового забуривания, основанные на многократном использовании технологических средств направленного бурения, при применении которых требуются минимальные затраты на цикл зарезания, а также снижаются риски возникновения аварийных ситуаций. К таким технологиям относятся методы забуривания с различных искусственных забоев, образованных в основном отверждением вяжущих материалов или близких к ним по своим свойствам искусственных пробок-забоев.

Основная проблема формирования нового направления ствола скважины возникает при проведении буровых работ по твердым породам, так как условия забуривания в этом случае усложняются. В таких породах процесс искривления скважин затруднен, а при забуривании нового направления ствола скважины задача усложняется возникновением отклоняющих сил со стороны стенок скважины. Решение задачи надежного забуривания дополнительных стволов с искусственных забоев с использованием отклоняющих компоновок позволяет существенно сократить время на забу-ривание дополнительных стволов. Наличие в интервале забуривания прочной пробки из искусственного материала, надежно закрепленного и при необходимости легко разбуриваемого, позволит существенно повысить успешность зарезания нового направления ствола скважины.

Технология зарезания дополнительного ствола заключа-

ется в следующем. На выбранном интервале ствола создается цементный мост, верхняя часть которого становится искусственным забоем. После этого в скважину спускается отклоняющая компоновка (как правило, это компоновка на базе винтового забойного двигателя (ВЗД)), которой в специальном режиме производится формирование нового ствола. Забуривание уступа отклонителями на базе ВЗД производится двумя основными способами [2,3].

Способ 1 - задержкой долота в одной точке над искусственным забоем. Время задержки может составлять 1-3 ч в зависимости от соотношения твердости горных пород и материала забоя. При этом осевая нагрузка в начальный момент равняется нулю и по мере забуривания нарастает. Скорость забу-ривания дополнительного ствола в момент отклонения от искусственного забоя может составлять не более 0,3-0,4 м/ч;

Способ 2 - возвратно-поступательным перемещением инструмента над забоем на расстояние 0,5-0,6 м. При этом при забуривании уступа в относительно мягких породах рекомендуется формировать уступ без вращения долота, в твердых породах - с вращением долота забойным двигателем. В дальнейшем, после образования уступа, бурение ведется при минимальной осевой нагрузке с постепенным её повышением. Контроль процесса забуривания осуществляют по соотношению в выносимом шламе породы и материала искусственного забоя.

При проведении зарезания в мягких и средних по твердости горных породах после успешного формирования уступа нового направления ствола скважины для дальнейшего бурения может применяться та же самая компоновка низа бурильной колонны (КНБК) и дополнительная спу-ско-подъемная операция (СПО) не требуется.

При забуривании нового ствола в твердых и крепких горных породах для успешного забуривания нового направления ввиду малой прочности цементного моста (в сравнении с горной породой) применяются специальные зарезные долота, обладающие большой фрезерующей способностью. Указанные породоразрушающие инструменты используются исключительно для формирования уступа в стенке ствола скважины, но не подходят для дальнейшего бурения ввиду специфической формы торцевой части и недостаточности вооружения. В результате после формирования уступа необходима смена долота для последующего бурения, что требует дополнительных затрат времени на СПО.

Таким образом, в рамках проблемы сокращения затрат на ликвидации аварий и осложнений, а также сокращения продолжительности строительства МСС и МЗС задача разработки технологии зарезания и бурения новых стволов в настоящее время приобретает важное значение.

На сегодняшний день при забуривании дополнительных стволов скважин из искусственных забоев применются портландцементы, а также их аналоги. Однако прочность получаемого искусственного забоя будет соответствовать II-III категории пород по буримости, что будет вызывать дополнительные затраты на формирование уступа в стенке скважины при зарезке в довольно прочных горных породах.

Исходя из вышеизложенного, возникает проблема создания искусственной пробки максимально высокой твердости, близкой по своим прочностным характеристикам горным породам в интервале забуривания.

Для решения подобной проблемы [2] предлагается использовать при создании искусственных забоев эпоксидные композиции из смол с различными отвердителями для водной среды. По данным лабораторных исследований, применение указанных материалов позволяет повысить

прочностные характеристики искусственных забоев более чем в 10 раз в сравнении с высокопрочными цементами. Однако процесс приготовления и доставки в скважину, особенно на большие глубины, является сложным, трудоемким, требующим высокой квалификации исполнителей, и поэтому сопровождается нестабильными результатами.

Другой способ повышения эффективности формирования уступа в стенке скважины - достижение равенства энергоемкостей разрушения искусственного забоя и горной породы. В случае зарезания из искусственного забоя, скорость бурения является результирующей скоростей разрушения породы и цементного камня и зависит от механических характеристик горной породы, материала искусственного забоя, типа породоразрушающего инструмента, характера разрушения и степени очистки забоя. Учитывая тот факт, что скорость разрушения горных пород обратно пропорциональна энергоемкости их разрушения, можно утверждать, что для успешного забуривания бокового ствола необходимо стремиться к равенству энергоемкостей разрушения искусственного забоя и горных пород, слагающих стенки скважины. В данном случае процесс зарезания будет происходить в изотропной среде, и он будет мало чем отличаться от бурения из естественного забоя. Следовательно, для повышения эффективности забуривания дополнительного ствола, могут применяться два метода: применение различных материалов в качестве искусственного забоя; выбор определенного типа породоразрушающего инструмента.

В первом случае материал подбирается таким образом, чтобы энергоемкость разрушения искусственного забоя соответствовала и энергоемкости разрушения горной породы. Одним из вариантов таких забоев может служить деревянная пробка-забой;

Во втором случае осуществляется подбор такого типа долота (вооружения долота), которое при формировании нового направления ствола скважины, особенно в крепких горных породах, давало бы минимально возможную скорость разрушения искусственного забоя.

Специальные долота для забуривания дополнительных стволов могут иметь особую схему установки породоразруша-ющих элементов на торце. Например, известно долото с установкой резцов на торце по спирали Архимеда, направление которой противоположно направлению вращения долота, что позволяет при вращении долота в момент забуривания обеспечить появление активной поперечной силы, действующей в направлении забуривания [2, 3]. При работе таких долот возникает эффект «винтовой нарезки», за счет которого долото подтягивается в направлении формирования нового ствола.

Еще одно направление в данной области - покрытие торца породоразрушающего инструмента - шарошечного долота напаиванием латунного или оловянного припоев [2, 3]. Породоразрушающие вставки на торце долота покрываются припоем частично и по высоте, и по площади торцевой части, что снижает эффект дробления-скалывания материала искусственного забоя и снижает скорость его разрушения.

Процесс искривления отклонителями фрезерующего типа зависит от соотношения скоростей фрезерования стенки скважины и углубления забоя. Таким образом, для интенсификации процесса забуривания на первом этапе следует понижать скорость бурения забоя и повышать скорость фрезерования породы стенки скважины. Именно этого удается достигать, «прикрывая» часть породоразрушающих вставок на торце шарошек.

Последним и, пожалуй, одним из самых главных способов повышения эффективности формирования нового на-

ВСЕНОВИНКИ УЖЕ ЗДЕСЬ.

ТЕХНИКА БУДУЩЕГО

Новинки на С0ЫЕХР0-С0М/А66 2017

Войдите в число первых посетителей новой выставки и узнайте, каким строительство будет завтра:

6 900 квадратных метров инновационных продуктов.

Новейшие технологии, такие как носимые устройства и новые материалы.

Будущее вашей должности, стройплощадки и всей отрасли

Зарегистрируйтесь сейчас и заплатите специальную цену 149 долл. США (и сэкономьте до 100 долларов) на www.conexpoconagg.com

7-11 марта, 2017 | Центр конференций в Лас-Вегасе I Лас-Вегас, США

правления является подготовка ствола скважины перед процессом забуривания бокового ствола. В данную операцию входят: выбор интервала зарезания и установки искусственного забоя; анализ и опыт забуривания новых направлений в схожих горно-геологических условиях; подготовка забоя перед спуском отклоняющей компоновки. Одним из актуальных способов подготовки забоя является расширение ствола скважины в интервале забуривания нового направления с целью создания уступа в стенке скважины. Эта операция позволит сократить затраты времени на формирование уступа отклоняющей КНБК, а также минимизировать риски возврата долота в старый ствол. В качестве технических средств для формирования уступа могут использоваться гидравлические расширители ствола скважины, бицен-тричные долота, а также специальные гибридные долота со смещенным центром вращения, которые позволяют формировать ствол скважины больше номинального диаметра самого породоразрушающего инструмента.

Исходя из вышеизложенного повышение качества забу-ривания нового направления ствола скважины достигается следующими методами:

- подготовка ствола и забоя скважины. При этом выбирается оптимальный интервал зарезания и формируется

первоначальный уступ для упрощения дальнейщих работ по забуриванию нового направления;

- выбор подходящего материала для искусственного забоя. Здесь оцениваются физико-механические свойства горных пород, слагающих ствол скважины в интервале зареза-ния, и подбирается материал для искусственного забоя исходя из равенства энергоемкостей разрушения горной породы и искусственного забоя;

- выбор и подготовка породоразрушающего инструмента для зарезания нового ствола. С этой целью выбирается долото, обладающее максимальной фрезерующей способностью, а также исходя из несоответствия типа вооружения и материала искусственного забоя. Если данный способ неосуществим, то выполняется специальная подготовка долота путем покрытия вооружения специальными сплавами (латунь, олово).

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:_

1. Калинин А.Г. Бурение наклонных скважин: Справочник / А.Г. Калинин, Н.АГригорян, Б.З.Султанов; под общей ред. АГ.Калинина.-М.: Недра, 1990. - 348 с.

2. Нескоромных В.В. Методы и технические средства бесклинового забуривания дополнительных стволов скважин с искусственных забоев / В.В. Нескоромных - М.: МГП «Геоинформмарк». -1993. - 55 с.

3. Шенбергер В.М. Техника и технология строительства боковых стволов в нефтяных и газовых скважинах• Учеб. пособие. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2007. - 496 с.

Применение оборудования для крепления скважин экспандируемыми трубами

С.И. Васильев, к.т.н., профессор, Е.Е. Милосердов, старший преподаватель, ИА Милосердова, аспирант ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск_

Некачественное разобщение пластов, пересекаемых в процессе бурения нефтяных и газовых скважин, приводит к перемещению флюидов из пластов с большим давлением в пласты с меньшим давлением. Углеводороды, смешанные с водой, в этом случае могут быть потеряны для добычи.

Традиционная технология изоляции пластов промежуточными и эксплуатационными обсадными колоннами с закачкой цементного раствора в затрубное пространство имеет большие недостатки. На ряде площадей Восточной Сибири со сложными геолого-техническими условиями данная технология исчерпывает свои возможности. Перекрывать, к примеру, пласты мощностью от 10 до 100 м с катастрофическим поглощением, промежуточной обсадной колонной длиной от 500 до 4000 м в современных условиях недопустимо. Это приводит, во-первых, к большим экономическим потерям, во-вторых, к технологическим проблемам, связанным с уменьшением полезного сечения скважины [1].

В отечественной и зарубежной практике бурения на нефть и газ ведутся интенсивные поиски способов и средств решения указанных проблем. В частности, запатентованы и проверялись практикой различные устройства для перекрытия зон поглощения бурового раствора и возможного обрушения пород в скважине с помощью расширяемых оболочек из эластичных материалов (сеток из нейлона и капрона, прорезиненной ткани), металлических листов, свернутых в рулон, гофрированных дюралюминиевых труб и т.д. с их цементированием. Однако широкого распространения упомянутые способы не нашли из-за ограниченной длины возможного

перекрытия интервалов скважин с зонами поглощения, а также случаев нарушения изоляции пластов в процессе разбури-вания цементных мостов и в процессе бурения скважин.

Специалисты научно-исследовательских, проектных и производственных предприятий ОАО «Татнефть» разработали принципиально новое решение проблемы разобщения пластов путем локального крепления стенок скважин экс-пандируемыми (расширяемыми в поперечном сечении) секциями обсадных колонн без применения цемента и с сохранением полезного сечения скважины. Экспандируемые трубы устанавливаются в предварительно увеличенном в диаметре интервале скважины с помощью раздвижного расширителя, что позволяет продолжать бурение долотами того же диаметра. Для крепления зон осложнений этим пе-рекрывателем проводят четыре операции:

- спуск на бурильных трубах раздвижного расширителя, расширение с его помощью скважины в интервале осложнения и последующий подъем расширителя;

- спуск на бурильных трубах обсадной трубы, профилированной по всей длине, ее выпрямление с помощью давления промывочной жидкости до требуемых размеров (до прижатия к стенкам скважины);

- спуск развальцевателя, калибрование им профилированной трубы и его подъем;

- спуск долота и продолжение углубления скважины.

На рисунке приведена схема последовательности выполнения приведенных выше операций при локальном креплении зоны осложнения перекрывателем ОЛКС-216, конструкция которого разработана специалистами ОАО «Татнефть».