- •Введение
- •Историческая справка
- •1. Общие сведения об искривлении скважин
- •1.1. Элементы, определяющие пространственное положение и искривление скважин
- •1.2. Причины и закономерности естественного искривления скважин
- •1.2.1. Геологические причины искривления скважин
- •1.2.2. Технологические причины искривления скважин
- •1.2.3. Технические причины искривления скважин
- •1.3. Методика выявления закономерностей искривления скважин
- •1.4. Общие закономерности искривления скважин
- •2. Измерение искривления скважин
- •2.1. Датчики инклинометров
- •2.1.1. Датчики зенитного угла
- •2.1.2. Датчики азимута
- •2.2. Инклинометры, опускаемые на кабеле
- •2.3. Автономные инклинометры
- •2.4. Забойные телеметрические системы
- •2.5. Периодичность и шаг измерений
- •2.6. Ошибки измерения искривления
- •3. Проектирование профилей направленных скважин
- •3.1. Типы профилей и рекомендации по их выбору
- •3.2. Определение допустимой интенсивности искривления скважин
- •3.3. Расчет профиля скважины
- •3.3.1. Теоретические основы расчета профиля скважины
- •3.3.2. Трехинтервальный профиль
- •3.3.3. Четырехинтервальный профиль
- •3.3.4. Пятиинтервальный профиль
- •4. Построение проекций скважин по данным инклинометрических замеров и контроль за траекторией ствола
- •4.1. Графический способ построения проекций скважин
- •4.2. Допустимые отклонения забоя скважины от проекта
- •4.3. Расчет величин ошибок в положении забоя скважин
- •4.4. Аналитическое определение координат ствола скважины
- •4.5. Вероятность попадания скважины в круг допуска
- •5. Технические средства направленного бурения
- •Основные размеры отклонителей и их энергетические параметры
- •Технические характеристики взд для бурения направленных скважин
- •6. Ориентирование отклонителей
- •Угол закручивания инструмента при бурении под кондуктор
- •Угол закручивания инструмента при бурении под эксплуатационную колонну
- •7. Неориентируемые компоновки для управления искривлением скважин
- •7.1. Компоновки для бурения вертикальных участков скважин
- •7.2. Компоновки для регулирования зенитного угла наклонных скважин
- •Размеры компоновок с центраторами для управления искривлением наклонных скважин
- •8. Бурение скважин с кустовых площадок
- •8.1. Особенности проектирования и бурения скважин с кустовых площадок
- •8.2. Оптимальное число скважин в кусте
- •8.3. Специальные установки для кустового бурения
- •9. Бурение горизонтальных скважин
- •9.1. Особенности и преимущества горизонтальных скважин
- •Таким образом, применение горизонтальных скважин при добыче углеводородного сырья позволяет:
- •9.2. Профили горизонтальных скважин
- •9.2.1. Классификация профилей
- •9.2.2. Положение и профиль ствола в продуктивном горизонте
- •9.2.3. Рациональная длина горизонтального ствола
- •9.2.4. Расчет профиля горизонтальной скважины
- •Для участка уменьшения зенитного угла
- •9.3. Компоновки низа бурильной колонны для бурения горизонтальных скважин
- •9.4. Промывка горизонтальных скважин
- •9.5. Исследования и измерения при бурении горизонтальных скважин
- •9.6. Заканчивание горизонтальных скважин
- •10. Бурение дополнительных стволов
- •11. Радиальное бурение
- •12. Силы сопротивления перемещению труб в скважине
- •Заключение
- •Литература
- •Содержание
- •9.2. Профили горизонтальных скважин 83
- •9.6. Заканчивание горизонтальных скважин 101
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
В.И. Рязанов
НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ НЕФТЯНЫХ И
ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
Томск 2007
УДК 622.243.24
Рязанов В.И. Направленное бурение нефтяных и газовых скважин. Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2007. – 117 с.
В учебном пособии рассмотрены общие сведения об искривлении скважин, причины искривления, измерение искривления ствола, типы и методика расчета профилей наклонно направленных скважин, контроль за траекторией скважины, технические средства направленного бурения и их ориентирование, неориентируемые компоновки для управления искривлением. Особенности и преимущества бурения скважин с кустовых площадок и горизонтальных скважин, особенности промывки, исследования и заканчивания горизонтальных стволов. Методы забуривания и проходки дополнительных стволов из бездействующих скважин.
Пособие подготовлено на кафедре бурения скважин ТПУ и предназначено для студентов дневного и заочного обучения по специальности 130504.
Печатается по постановлению Редакционно-издатель-ского Совета Томского политехнического университета
Рецензенты:
Овчинников В.П. – Профессор, д-р техн. наук, Тюменский государственный нефтегазовый университет
Буглов Н.А. – Доцент, канд. техн. наук, Иркутский государственный технический университет
Темплан 2007
© Томский политехнический университет, 2007
Введение
Существенное увеличение добычи нефти и газа возможно только при повышении эффективности и качества бурения и, в частности, направленных скважин. Это связано с тем, что в основном нефтедобывающем районе – Западной Сибири разработка месторождений практически возможна только наклонно направленными скважинами. На морских месторождениях также бурятся только направленные скважины. В последнее время все более широкое распространение получает бурение скважин с горизонтальным участком ствола, что повышает их дебит и коэффициент нефтеотдачи пластов. Проходка таких скважин требует применения методов направленного бурения.
Бурение наклонно направленных скважин позволяет существенно снизить расход средств и сократить затраты времени при одновременном повышении эффективности разработки месторождений нефти и газа.
Историческая справка
Пожалуй, первое упоминание о том, что скважины искривляются, и необходимо принимать меры по борьбе с этим явлением, относятся к XVII в. В наставлении «Как зачатии делать новая труба на новом месте» есть указания о том, как предотвратить первоначальное искривление скважины.
Сам факт искривления скважин в процессе бурения был установлен в середине XIX века, а первая направленная скважина была пробурена из подземной горной выработки в 1863 г. по предложению швейцарского инженера Лешо при проходке тоннеля в Альпах.
В 1870 г. в России впервые в мире под руководством инженера С.Г. Войслава в районе г. Брянска была пробурена водозаборная скважина под углом 60° к горизонту.
В 1888 г. был сконструирован первый отечественный прибор для измерения угла наклона скважины.
В 1906 г. была предпринята, правда безуспешная, попытка бурения направленных скважин под дно Каспия.
В СССР первые направленные скважины на нефть и газ были пробурены роторным способом в тридцатые годы XX века, а в 1941 г. была успешно пробурена первая в мире наклонно направленная скважина с использованием многоступенчатого безредукторного турбобура.
Еще в 1941 г. Н.С. Тимофеев предлагал бурить дополнительные стволы в скважине для увеличения ее производительности. В 1951-1953 гг. A.M. Григоряном бурились первые разветвленные скважины. Число ответвлений доходило до 10 при протяженности отдельных дополнительных стволов до 350 м.
Первая попытка бурения скважины с горизонтальным участком ствола была предпринята в США в 1929 г., но в связи с высокой стоимостью работ было признано, что гидроразрыв пласта более эффективен.
В СССР горизонтальные скважины начали бурить с 1953 г. под руководством A.M. Григоряна. Длина горизонтального участка в те годы доходила до 170 м.
В Западной Сибири первая наклонно направленная скважина была пробурена в 1965 г., а в 1967 г. было начато бурение скважин с кустовых площадок, сначала по четыре скважины в кусте, а первая горизонтальная скважина была пробурена в 1988 г.
1. Общие сведения об искривлении скважин
При бурении все скважины по различным причинам в той или иной мере отклоняются от первоначально заданного направления. Этот процесс называется искривлением. Непреднамеренное искривление называется естественным, а искривление скважин с помощью различных технологических и технических приемов – искусственным.
Вообще, искривление скважин сопровождается осложнениями, к числу которых относится более интенсивный износ бурильных труб, повышенный расход мощности, затруднения при производстве спуско-подъемных операций, обрушение стенок скважины и др. Однако в ряде случаев искривление скважин позволяет значительно снизить затраты средств и времени при разработке месторождений нефти и газа. Таким образом, если искривление скважины нежелательно, то его стремятся предупредить, а если оно необходимо, то его развивают. Этот процесс называется направленным бурением, которое может быть определено как бурение скважин с использованием закономерностей естественного искривления и с помощью технологических приемов и технических средств для вывода скважины в заданную точку. При этом искривление скважин обязательно подвергается контролю и управлению.