Вертикальными считаются скважины, при бурении которых предпринимаются меры по ограничению естественного отклонения оси и не используются методы искусственного искривления.
Однако в подавляющем большинстве случаев вертикальные скважины искривлены. Поэтому условно вертикальной считается скважина угол отклонения ствола которой от вертикали не превышает пяти градусов. Скважины с большим отклонением считаются естественно искривленными.
Самопроизвольное отклонение ствола скважины от вертикали происходит из-за геологических и технико-технологических факторов.
Геологические факторы это:
- наклонное залегание горных пород;
- чередование пластов различной твердости;
- слоистость, трещиноватость, кавернозность пород;
- неоднородность свойств пород вдоль и поперек напластований.
Технико-технологическими факторами могут быть:
- использование изогнутых бурильных труб или перекосы при свинчивании резьбы;
- несоосность буровой вышки и устья скважины;
- наклонное положение стола ротора;
- неправильная осевая нагрузка (превышение осевой нагрузки увеличивает искривление);
- тип долота (алмазное долото меньше разрушает стенки скважины, чем шарошечное);
- нерациональная компоновка низа бурильной колонны.
Понятно, что вертикальные скважины смогут вскрыть горизонты расположенные ниже их устья по вертикали. Поэтому вертикальной проходкой получить доступ к залежам находящимся, например, под наземными сооружениями, озерами, болотами будет затруднительно или невозможно. Чтобы добуриться до объектов, лежащих в стороне от вертикальной оси, нужно ствол скважины искусственно изогнуть.
Так возникла необходимость в строительстве искривленных или наклонно-направленных скважин.
Первые наклонно-направленные скважины начали бурить в середине двадцатого века.
Наклонно-направленные скважины, пробуренные с безопасного расстояния, используют, например, для глушения аварийных фонтанирующих скважин.
Из-за обширной и повсеместной заболоченности местности на месторождениях Западной Сибири большое распространение получил кустовой способ строительства наклонно-направленных скважин. Объем кустового наклонного бурения в этом регионе составляет более 95% от общей проходки.
Кустовым называется способ бурения, при котором устья наклонно-направленных скважин находятся на расстоянии нескольких метров друг от друга, а забои располагаются в соответствии с геологической сеткой разработки месторождения. Количество скважин в кусте ограничено технически возможными отклонениями забоев наклонных скважин.
Минимальное количество скважин в кусте - две. Как правило, в РФ бурят кусты до 24 скважин, есть кусты, состоящие из 30 скважин. В мировой практики известен случай, когда в Калифорнийском заливе США с насыпного острова размером 60 х 60 метров пробурили 68 скважин.
В кустовом бурении есть понятие: оптимальное направление движения станка.
Для кустового бурения скважин на нефтяных месторождениях Западной Сибири промышленностью РФ производятся специальные буровые установки. Например: БУ-2500ЭУК или БУ-2500ЭУК.
Оптимальным считается такое направление движения буровой установки (станка), при котором направления стволов наклонных скважин на проектные забои близки к перпендикулярным по отношению к вектору движения станка.
Наклонно-направленные скважины, как и условно вертикальные обсаживаются обсадными колоннами и при эксплуатации оборудуются насосно-компрессорными трубами.
Существуют два способа наклонно-направленного бурения на нефть и газ. В США распространен прерывистый процесс проводки скважины c использованием роторного бурения. При этом способе с забоя скважины долотом меньшего диаметра, чем диаметр ствола скважины забуривается углубление под углом к оси скважины на длину бурильной трубы с помощью съемного или несъемного клинового либо шарнирного устройства.
Полученное таким образом направление углубляется и расширяется. Дальше бурение ведется долотом нормального диаметра с сохранением направления компоновкой низа бурильной колонны со стабилизаторами.
В сороковых годах двадцатого века советские инженеры предложили способ, основанный на использовании турбобура. При этом способе для набора искривления используется такая компоновка низа бурильной колонны, при которой на долото в процессе бурения действует сила перпендикулярная к его оси. И весь процесс наклонно-направленного бурения сводится к управлению направляющей силой в нужном азимуте. Бурение ведется при этом долотом нормального диаметра.
Для создания отклоняющей силы выше односекционного турбобура устанавливают переводник с перекошенными резьбами или искривленную бурильную трубу. В восьмидесятых годах двадцатого века начали появляться и распространяться системы телеконтроля, позволяющие в процессе бурения контролировать направление действия отклоняющей силы.
В РФ наклонно-направленное бурение ведется забойными двигателями. За рубежом при наклонно-направленном бурении интервалы набора искривления и выравнивания кривизны производятся в основном турбобурами или винтовыми двигателями. Прямолинейные участки ствола бурятся роторным способом.
В статьях «Бурение скважины. Часть первая.» и «Бурение скважины. Часть вторая.» описан процесс бурения скважин роторным способом.
Но кроме наиболее распространенного в мировой практике роторного способа бурения нефтяных и газовых скважин существует и турбинное бурение.
Турбинное бурение – это вращательный способ бурения, при котором долото вращается гидравлическим забойным двигателем, турбобуром. Турбобур представляет собой многоступенчатую турбину осевого типа.
Как и при роторном бурении в скважину спускается бурильный инструмент, состоящий из бурильных труб. Буровое долото непосредственно соединяется с турбинным валом турбобура. Нагнетаемый в бурильную колонну буровой раствор поступает на лопатки ротора турбобура заставляя ротор и жестко связанный с ним вал турбины вращаться. То есть ротор буровой установки не вращает бурильную колонну. А долото вращается турбобуром за счет энергии потока бурового раствора. Для предотвращения проворачивания бурильного инструмента реактивными силами турбобура, ведущую трубу квадратного сечения застопаривают в роторе.
При турбинном бурении улучшаются условия работы бурильной колонны. Так как она не вращается, можно облегчить и удешевить ее, применяя легкосплавные и тонкостенные бурильные трубы.
Осевая нагрузка на долото, как и при роторном бурении, передается частью веса бурильной колонны, однако длина УБТ может быть уменьшена, поскольку передающий осевую нагрузку сжатый участок колонны не испытывает таких сложных напряжений, как при роторном бурении, реже встречаются усталостные поломки.
Во избежание зависания и прилипания колонны к стенке скважины целесообразно периодически проворачивать ее ротором.
Срок службы бурильной колонны обычно в два раза больше, чем при роторном способе. Однако повышенное давление в циркуляционной системе вызывают более частые промывы резьб, что требует их тщательного контроля и смазывания, хорошего крепления, использования соединений повышенной герметичности.
При турбинном бурении возрастает механическая скорость проходки вследствие высокой частоты вращения долота, что ведет к значительному росту коммерческой скорости бурения, особенно для скважин небольшой и средней глубины. Однако снижается проходка на долото в связи с повышенным износом опор и вооружения долот.
С турбобуром могут использоваться все виды буровых растворов. Однако турбина имеет относительно низкие показатели при использовании очень вязких и утяжеленных растворов. Турбины и опоры долот быстро изнашиваются при высоком содержании в растворе твердой фазы, шлама и песка.
При строительстве наклонных скважин облегчается отклонение ствола в требуемом направлении.
Улучшаются условия работы буровиков из-за отсутствия непрерывного шума ротора и уменьшения вибрации на буровой.
Площадку для куста скважин на которой монтируют буровую установку и будет установлено устьевое оборудование наклонно-направленных скважин, подбирают исходя из условий рельефа местности и охраны окружающей среды.
При последовательном разбуривании куста у кустовой буровой установки эшелонного типа передвигают с точки на точку только буровую вышку и группу буровых насосов, а вспомогательное оборудование размещают стационарно.
В результате значительно сокращаются объёмы работ по обустройству буровой после перемещения ее на небольшие расстояния.
При кустовом способе разработки месторождения снижаются затраты на оборудование групп скважин, упрощается их обслуживание.
Итак, кустовые скважины пробурены, оборудованы и переданы в эксплуатацию. Следующим этапом может стать обустройство куста скважин промышленным зданием.
Длина здания будет зависеть от габаритных размеров комплекса единиц технологического оборудования, то есть от расстояния между поперечными осями крайних скважин куста.
Также длина и ширина здания должна быть достаточной для временного размещения в нем вспомогательного оборудования и приспособлений. В частности, стеллажей под насосно-компрессорные трубы.
В помещении должно быть достаточно места для свободного движения и разворотов габаритной спецтехники на колесном ходу. Ворота устраиваются в торцах здания.
Для производства подземного ремонта скважин здание оборудуется мостовым краном. Грузоподъемность мостового крана рассчитывается по максимальному весу подземного оборудования самой глубокой скважины в кусте.
При расчете высоты здания должна учитываться высота устьевого оборудования скважин, возможность свободного извлечение НКТ из скважин, высота мостового крана. При возможном переходе скважин на механизированный способ добычи необходим учитывать высоту станка-качалки.
Спецтехника для глушения скважин и обработки призабойной зоны (цементировочные агрегаты, автоцистерны, передвижные емкости) могут располагаться вне здания. Для прокладки от них трубопроводов к скважинам в здании предусматриваются стеновые проемы.
Такой цех добычи нефти и газа значительно сокращает расходы и время на проведение подземного и капитального ремонта скважин, так как отпадает необходимость в монтаже, демонтаже подъемников. Поэтому увеличивается коэффициент эксплуатации скважин куста.
О подземном ремонте скважины и экономической эффективности работы скважин читаем статью «Подземный ремонт скважины».
Облегчается обслуживание скважин и проведение ремонтных работ на устьевом оборудовании в суровых климатических условиях.
Совершенствование производственной среды увеличивает производительность труда нефтяников. Снижается уровень заболеваемости и травматизма работников, что приводит к снижению издержек предприятия. Все эти факторы улучшают экономические показатели деятельности предприятия.
Нефтепромысел под крышей – эволюционный шаг к современному уровню производства.
