Процесс строительства скважины – это совокупность двух основных комплексов технологических операций: бурение горных пород и крепление открытого ствола.
Строительство разведочных, нефтяных и газовых скважин нередко осложняется различными геологическими факторами.
Набухающие и пластичные глины, текучие соли, рыхлые породы, таяние вечной мерзлоты приводят к обрушению стенок скважины при бурении под кондуктор и техническую колонну. Также большой проблемой является поглощение промывочной жидкости. Поглощения - головная боль буровиков на многих месторождениях.
Из-за неустойчивости стенок при подготовке скважины к креплению производят проработку, шаблонирования и промывки ствола. Эти продолжительные подготовительные операции значительно увеличивают общее время строительства скважины. Однако несмотря на качественную комплексную подготовку сохраняется высокий риск прихвата в неустойчивых интервалах, что может привести к потере оборудования и необходимости перебуривания ствола.
Кардинальным решением проблем с креплением стало бурение скважин обсадной колонной.
Идеи совмещения бурения с обсаживанием скважины появились в начале двадцатого века. Так, в 1923 году был представлен патент на изобретение способа бурения специальным извлекаемым долотом через одновременно спускаемую обсадную колонну. В двадцатые годы прошлого века бурение с обсаживанием производилось раздвижными долотами в Польше и во Франции.
В конце шестидесятых компания Brown Oil Tools разработала технологию и конструкции всех наземных и внутрискважинных элементов системы бурения с обсаживанием.
Первый опыт бурения обсадной колонной был получен в СССР в конце семидесятых годов. Технология и оборудование были разработаны институтом ВНИИБТ.
В 1997 году компания Tesсo полностью доработала технологию бурения обсадной колонной и ввела ее в эксплуатацию.
Как же производится бурение обсадной колонной?
Бурильным инструментом для передачи крутящего момента и осевой нагрузки на породоразрушающий узел служит колонна стандартных промысловых обсадных труб. Клиновой захват верхнего привода вводится внутрь верхней обсадной трубы, удерживает обсадную колонну и передает ей крутящий момент. Буровой раствор продавливается по обсадной колонне в затрубное пространство – производится его циркуляция.
Подробнее о системе верхнего привода можно почитать в статье: «Современное бурение».
В настоящее время в мировой практике наиболее распространены две конструктивные схемы бурения обсадной колонной: с неизвлекаемым и извлекаемым долотом.
Система с неизвлекаемым разбуриваемым долотом используется для проходки вертикальных интервалов скважин. Разбуриваемое долото просто прикручивается к нижней обсадной трубе. Такое долото-башмак имеет стальной корпус, алмазные поликристаллические резцы (PDC-резцы) и промывочные отверстия. Центральная разбуриваемая вставка изготавливается из медного сплава или специальной стали. Ресурс проходки долота ограничен и поэтому разбуриваемое долото-башмак применяют в основном для мягких пород и пород средней твердости.
После проходки интервала под кондуктор и последующего его цементирования, в обсадную колонну кондуктора спускают обсадную колонну меньшего диаметра со стандартным буровым PDC-долотом. Разбуриваемое долото-башмак кондуктора разбуривают стандартным PDC-долотом. Затем стандартное PDC-долото заменяют разбуриваемым долотом и обсадной колонной с этим разбуриваемым долотом пробуривают последующий интервал. Цементируют обсадную колонну этого интервала. Далее в обсадную колонну промежуточного ствола спускают обсадную колонну меньшего диаметра со стандартным буровым PDC-долотом. Разбуривают оставшееся разбуриваемое долото промежуточного ствола. Заменяют стандартное долото на разбуриваемое и проходят следующий интервал. В такой последовательности пробуривают и крепят все стволы скважины.
Неизвлекаемые долота с раздвигающимися лопастями сложнее по конструкции и предназначены для твердых и абразивных пород. Однако механизм раскрытия лопастей таких долот недостаточно совершенен и требует доработки.
Раздвижные долота также являются основой систем с извлекаемой компоновкой.
По этой технологии скважина бурится извлекаемой компоновкой низа бурильной колонны, которая устанавливается в обсадную колонну и крепится в ней замком-фиксатором, обеспечивающим герметизацию обсадной колонны. Для бурении лопасти долота раздвигаются, обеспечивая свободное прохождение обсадной колонны.
По достижении проектной отметки в обсадку спускают бурильную колонну и соединяют ее с извлекаемым модулем. Левым вращением раздвигающиеся лопасти долота складываются, замок-фиксатор открывается и конструкцию поднимают на поверхность. Затем обсадную колонну цементируют.
После крепления данного интервала в обсадную колонну спускают следующую обсадную колонну меньшего диаметра с извлекаемой компоновкой и бурят дальше. Проходка может быть остановлена на любом этапе для извлечения бурильной компоновки.
Одна проходка раздвижным долотом может достигать нескольких тысяч метров, в зависимости от свойств горных пород. После полного износа раздвижные лопасти можно заменить новыми. Система с извлекаемой бурильной компоновкой может использоваться и для наклонно-направленного бурения.
Система бурения на обсадных трубах (casing while drilling - CWD) – прогрессивная технология строительства скважин, предупреждающая осложнения в стволе.
Так как обсадная труба имеет бо̑льший диаметр по сравнению с бурильной, обсадная колонна, вращаясь, постоянно соприкасается со стенкой ствола. Поднимаясь вместе с раствором по затрубному пространству, выбуренный шлам под действием центробежной силы прижимается к стенке и вдавливается в нее трубами, закупоривая поры и трещины. Происходит так называемая «механическая кольматация». Кольматация может частично или полностью ликвидировать поглощения.
Преимущества бурения обсадной колонной очевидны:
- уменьшается количество спускоподъемных операций или они полностью исключаются;
- уменьшается риск осложнений при бурении в сложных геологических условиях;
- обеспечивается бо́льшая прямолинейность вертикального ствола скважины.
В итоге бурение обсадной колонной повышает качество, снижает время и стоимость строительства скважины.
Далее читаем статью: «Горизонтальное направленное бурение.»