ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ И ИНСТРУМЕНТОВ ПРИ ЗАРЕЗКЕ БОКОВЫХ СТВОЛОВ

В данной статье рассмотрены существующие технологии при зарезке бокового ствола из ранее пробуренной скважины. Эта операция является одной из самых ответственных и трудоемких в процессе бурения боковых стволов (БС) из бездействующих, обводненных и малодебитных скважин. Рассмотрены методы крепления клина-отклонителя в заданном интервале открытого ствола, а также произведена оценка достоинств и недостатков.

Существует ряд проблем, которые не решены до сих пор, такие как: исключение цементных технологий, применяемых для установки клина-отклонителя механического типа крепления; надежное закрепление клина-отклонителя в скважине; сокращение времени вырезания технологического «окна» в стенке эксплуатационной колонны и зарезки БС, а также сокращение общего времени процесса установки клина-отклонителя и последующей вырезки технологического «окна».

В этих условиях особую ценность и актуальность приобретают исследования, направленные на разработку нового оборудования, позволяющего осуществлять технологию зарезки и бурения БС на более высоком техническом уровне с минимальными затратами средств и времени, с надежностью, соответствующей современным требованиям.

РИСКИ ПРИ ЗАРЕЗКЕ БОКОВОГО СТВОЛА

Растущая сложность добычи нефти и газа приводит к развитию методов и технологий, непохожих на ранее используемые, приводящие к большей эффективности и надежности в бурении направленных скважин, что повышает количество извлеченного продукта и снижает затраты.

Улучшенная способность более эффективно проектировать и бурить скважины с необычной конструкцией стала возможной благодаря более глубокому изучению месторождений. Процесс включает изучение геомеханического поведения пласта и окружающих образований в связи с возрастающими напряжениями на профиль, а также свойств перемещения и созревания углеводородов. Нефтяники за прошедшие годы научились тому, что эти условия существенно отличаются друг от друга на одном месторождении даже между соседними пластами, что нарушает эффективность традиционных средств и методов по добыче нефти и газа.

Основой при выборе работоспособной траектории наклонно-направленных скважин является стандартная практика применения зарезки бокового ствола (ЗБС) для искривления вертикального участка, чтобы уйти от него и в конечном счете получить боковой ствол. Традиционно данный метод направленного бурения предполагает сбор данных о скважине для выбора бурового инструмента и направляющего узла, места установки цементного моста, а затем после его затвердевания бурение наклонного участка забойным двигателем с заданной скоростью.

Эффективность такого подхода зависит от ряда факторов, включая прочность на сжатие, температуры и давления в призабойной зоне, степень отклонения, глубина установки цементного моста, качество цемента, и время, необходимое для его затвердевания. Цементные мосты увеличивают время работы и ненадежны для отклоняющего устройства, процедура, как правило, занимает от трех до пяти дней, чтобы правильно установить в буровой раствор. В более глубоких скважинах с повышенными температурой и давлением, цементные мосты трудно использовать в качестве точки зарезки, потому что они часто имеют более низкую прочность, чем окружающий пласт.

Часто, несколько цементных мостов должны быть установлены для достижения надежного профиля зарезки, чтобы получить гладкую, высококачественную буровую скважину на кривой, свободной от выступов, которая требует последующей очистки ствола скважины. Повреждение моста может привести к увеличению времени, необходимости установки нового моста, что приведет к потере времени бурения, перебуриванию скважины и даже необходимости перестроить траекторию бурения.

Эти неопределенности и ограничения послужили толчком для развития инновационной системы бурения боковых стволов с клином-отклонителем в широкой области применения и различных вариациях. Новый подход был разработан для применения в двух основных категориях: стволе зарезки боковых стволов с точки зарезки ниже поверхности подошвы обсадной колонны, и зарезки боковых стволов в изолированном стволе ниже точки зарезки. [1]

РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

Искривление открытого ствола скважины при зарезке бокового ствола стало возможным благодаря установке клина-отклонителя, вырезанию окна в эксплуатационной колонне и дальнейшее направленное бурение породы - все это за один спуск. Устанавливают точную и надежную начальную точку внизу последней обсадной колонны, бурят направленный участок с изгибом и закрепляют боковой ствол за одну спуско-подъемную операцию без необходимости в установке цементного моста.

Зарезка бокового ствола с отклоняющей системой была произеведена более чем в 1000 морских и наземных операциях для того, чтобы успешно попасть в разные пласты на разных уровнях. Комплекс предназначен для повышения эксплуатационной надежности, обеспечения успеха при бурении боковых стволов, а также уменьшение количества спуско-подъемных операций и материалов для зарезки. Он состоит из шести основных компонентов:

• Специальная конструкция, металлический пакер с трехосным гид-равлическим комплексом, установленный для обеспечения его крепления в трех точках ствола скважины, чтобы избежать различных осевых и поперечных перемещений в процессе зарезки бокового ствола;

• Стальной отражатель с наклонной плоскостью в два градуса обеспечивает четкий вход в искривленный участок профиля и максимальную поддержку, а также обеспечивает управление направленным бурением КНБК для искривления ствола скважины и дальнейшего направленного бурения;

• Рабочий инструмент с масляным резервуаром для установки гидравлического пакера через насосно-компрессорные трубы (НКТ);

• Многорежимный перепускной клапан, который позволяет потоку жидкости обходить отклонитель при спуске (в заданной последовательности цикла клапан полностью закрывается, чтобы расклинить гидравлический пакер через НКТ);

• Функция закрепления шарошечного или алмазного долота вверху конструкции для последующего бурения после ориентирования этой конструкции в открытом стволе скважины и установки пакера;

• А также, если требуется герметизация буровой скважины ниже точки зарезки: установка комплекта и цементация, но тогда требуется вторая операция по подъему-спуску комплекта для направленного бурения.

Расширяющийся пакер может выдерживать температуру до 200 градусов по Цельсию и имеет стопор, чтобы оставаться расклинившимся после установки.  Из-за отсутствия необходимости в вырезании участка обсадной колонны, система способствует более быстрой работе в стволе и сводит к минимуму риск повреждения пакера. Система также продлевает срок службы забойного двигателя и шарошки в конструкции КНБК, которая сводит вибрации к минимуму.

ГЕРМЕТИЗАЦИЯ СКВАЖИНЫ

При зарезке бокового ствола, когда необходима герметизация основного ствола скважины, клин-отклонитель и цементирующая система обеспечивают возможность герметизации путем тампонирования открытого ствола ниже точки зарезки, ориентация и установка якоря, цементация - все это за одну спуско-подъемную операцию. Данная система обеспечивает изоляцию пилотной скважины с помощью цементирования при этом избегая осложнений, которые встречаются при обычной установке цементного моста в ЗБС. Важно отметить, что цементный мост является только барьером и не существенен при ЗБС.

При помощи телеметрической системы клин-отклонитель устанавливают на необходимую глубину и ориентируют на необходимый азимут для зарезки боковых стволов. Извлекаемый цементирующий патрубок с большим внутренним диаметром подает цемент для герметизации в область ниже, и при помощи длинной перепускной трубы спускается ниже клина-отклонителя для транспортировки цемента к забою скважины. Колонна выпускных труб повышает целостность и твердение цемента за счет уменьшения загрязнения моста, которое вызвано удалением бурильной колонны. Устройство дает возможность при закреплении бокового ствола скважины не обращать внимание на место расположение забоя. При использовании клина-отклонителя со стальным отражателем при бурении боковых стволов исключаются неточности, возникающие с использованием обычного цементного моста, а также обеспечивает сокращение затрат за счет исключения дополнительной спуско-подъемной операции для установки цементного моста и сокращения времени на ожидание затвердевания. Это также снижает затраты, связанные с потерей времени и средств для замены цементного моста ненадлежащего качества. Отклонитель и крепежная система с якорем были использованы более, чем в 400 операциях множеством нефтяников преимущественно на месторождениях США: Оклахома, Техас и Арканзас, а также в других сланцевых месторождения на планете. Как правило, пока оператор бурит пилотную скважину на всю глубину, собираются данные о свойствах пласта, которые используются для бурения горизонтального участка в конце бокового ствола. После определения точки зарезки стартового окна, оператор определяет основные параметры скважины для изоляции ствола ниже точки зарезки, чтобы соответствовать проектным требованиям.

Пилотная скважина изолируется путем закачивания цемента под якорь на требуемой установочной глубине, фактически погрузив систему в цементный мост, который может подняться над отклонителем. Цементирующий патрубок извлекают, оставляя отклонитель и якорь в месте размещения узла направленного бурения. В некоторых случаях, верхняя часть цементного моста  может быть наполена сверх отклонителя для обеспечения дополнительной устойчивости.

Вывод

1 Возобновление эксплуатации скважин методом зарезки и бурения БС является одной из актуальнейших проблем нефтегазовой отрасли на сегодняшний день [2, 3].

2 Пока в отрасли продолжается разработка труднодоступных залежей, система зарезки боковых стволов из открытых скважин с одновременной установкой пакера и клина-отклонителя будут предоставлять инновационные решения, которые повышают надежность, снижая при этом общую стоимость проекта.

Список литературы

1. Гилязов Р.М. Бурение нефтяных скважин с боковыми стволами. М.: Недра, 2002. С. 144145, 167168, 171.
2. Гауф В.А. Разработка технологий реконструкции малодебитных скважин сооружением боковых стволов: дис…. канд. техн. наук. Тюмень, 2004. С. 8891.
3. Кагарманов Н.Ф., Тимашев Е.М., Бердин Т.Г. Оптимизация технологий разработки нефтяных и газовых месторождений посредством нетрадиционной системы ГС // Материалы седьмого Европейского симпозиума по увеличению нефтеотдачи пластов. М.: 1993. Т. 2. С. 148159.