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.
Для кустового бурения скважин на нефтяных месторождениях Западной Сибири промышленностью РФ производятся специальные буровые установки. Например: БУ-2500ЭУК или БУ-2500ЭУК.
В кустовом бурении есть понятие: оптимальное направление движения станка. 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 роторный способ проводки скважины. С забоя вертикальной скважины долотом малого диаметра с отклонителем пробуривают на длину бурильной трубы изогнутый отвод. Затем отвод расширяют и углубляют, сохраняя его направление долотом большего диаметра до проектной отметки.
В сороковых годах прошлого века советские инженеры предложили способ наклонно-направленного бурения турбобуром. Специальная компоновка низа бурильной колонны создает горизонтальную составляющую от осевой нагрузки. Бурение ведется одним долотом, а угол искривления ствола регулируют величиной осевого усилия.
Для создания отклоняющей силы выше односекционного турбобура устанавливают переводник с перекошенными резьбами или искривленную бурильную трубу. В восьмидесятых годах прошлого века начали появляться и распространяться системы телеконтроля, позволяющие контролировать направление горизонтальной силы.
В России наклонно-направленное бурение ведется забойными двигателями. За рубежом интервалы набора искривления и выравнивания кривизны выполняются также турбобурами или винтовыми двигателями. Прямолинейные участки бурят ротором.
В статьях: «Бурение скважины. Часть первая.» и «Бурение скважины. Часть вторая.» подробно описано бурение роторным способом.
Турбинное бурение – это способ, при котором долото вращает гидравлический забойный двигатель. Турбобур представляет собой многоступенчатую турбину осевого типа.
Как и при роторном бурении в скважину спускают бурильный инструмент из бурильных труб. Буровое долото непосредственно соединяется с валом турбобура. Нагнетаемый в бурильную колонну буровой раствор поступает на лопатки турбины, заставляя ее вращаться. И вместе с турбиной вращается долото. То есть бурильная колонна не вращаясь висит на крюке и удерживается от реактивного проворачивания неподвижным ротором.
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.
О дальнейшем обустройстве куста скважин можно почитать в статье: «Нефтепромысел под крышей».
.