Патент на изобретение №2295024

(54) СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ СКВАЖИН С ОТДАЛЕННЫМ ЗАБОЕМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области разработки нефтегазовых месторождений при помощи скважин с отдаленным забоем и может быть использовано для добычи нефти и газа из залежей, расположенных на значительном удалении от устья скважины под водоохранной зоной на суше, акваторией рек и шельфа, в том числе в условиях арктических морей. Техническая задача – создание способа сооружения скважины при разработке труднодоступных залежей, удаленных на десятки километров вовнутрь природоохранных зон и территорий, запрещенных или недоступных для установки бурового оборудования, обеспечивающего проводку скважины в породах любой прочности, в том числе в неустойчивых, склонных к желобо- и обвалообразованию горных породах, и увеличение удаленности устья от объекта разработки за счет исключения необходимости бурения субгоризонтального участка большой протяженности до продуктивного пласта. Способ сооружения скважин с отдаленным забоем, преимущественно при разработке нефтегазовых месторождений, расположенных под водоохранной зоной или акваторией арктического шельфа, заключается в строительстве на допустимом расстоянии от береговой линии шурфа с установкой в нем направления, проводке из-под него в проектном азимуте на минимально допустимом расстоянии от поверхности земли и/или дна акватории или по дну акватории, траншейным и/или бестраншейным методом горизонтального участка ствола скважины под горизонтальное направление с длиной, обеспечивающей последующее бурение с заданным зенитным углом наклонно направленного участка ствола скважины до вскрытия продуктивного пласта в проектной точке. Причем в процессе проводки скважины осуществляют прокладку и/или протаскивание пучка труб, которые являются элементами горизонтального направления, кондукторов и обсадных колонн. Упомянутый пучок труб заканчивается искривленным вниз на заданный зенитный угол участком, угол кривизны которого соответствует траектории вышеуказанного наклонно направленного участка ствола скважины. 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области разработки нефтегазовых месторождений при помощи скважин с отдаленным забоем и может быть использовано для добычи нефти и газа из залежей, расположенных на значительном удалении от устья скважины под водоохранной зоной на суше, акваторией рек и шельфа, в том числе в условиях арктических морей.

Известен способ сооружения скважин с отдаленным забоем, предусматривающий проводку скважины в виде трех участков, первый из которых располагается вертикально от устья до пласта с хорошими буровыми характеристиками, второй простирается горизонтально на большое расстояние параллельно плоскости напластования пласта с хорошими буровыми характеристиками, а третий проводится фактически вертикально до продуктивного пласта (см. патент US №4194580, Е 21 В 7/04, 1980).

Недостатком этого способа является сложная конфигурация траектории скважины с различными по знаку кривизны участками, в том числе вогнутыми и выпуклыми, что существенно ограничивает передачу осевой нагрузки на долото и снижает эффективность проводки скважины с отдаленным забоем.

Также известен способ сооружения скважин с большим отклонением от вертикали, включающий строительство шахтного направления, бурение и крепление вертикального направления, бурение вертикального участка, бурение и крепление наклонно направленного и горизонтального стволов (см. Никитин Б.А., Мнацаканов А.В., Оганов Г.С. Особенности проектирования наклонно направленных и горизонтальных скважин с большим отклонением от вертикали при разработке морских нефтяных и газовых месторождений. НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и море. ВНИИО-ЭНГ – М., 1988. – Вып.7, с.6-9).

Недостатком указанного способа является то, что направление забуривается вертикально и в совокупности с вертикальным участком ограничивают предельное отклонение забоя от вертикали.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является способ сооружения скважины с отдаленным забоем при разработке отдаленных месторождений, расположенных под акваторией, обеспечивающий большое отклонение забоя от вертикали, заключающийся в создании шахтного направления в непосредственной близости от береговой линии и проводке субгоризонтального ствола, который в процессе бурения переходит в наклонный и (или) вертикальный (см. патент US №3840079, E 21 b 7/04, 1974).

Недостатком этого способа является необходимость сооружения открытого шахтного направления в непосредственной близости от береговой линии и бурения протяженного субгоризонтального ствола, создающего дополнительные силы трения при спуске тяжелых обсадных колонн кондуктора и технической колонны большого диаметра, что накладывает ограничение на удаленность устья скважины от залежи. Кроме того, способ может быть реализован только при наличии твердых горных пород, которые вскрываются шурфом и откуда начинают забуривать субгоризонтальный ствол, и сооружение скважины описанным способом сопряжено с необходимостью визированного подземного контроля траектории субгоризонтального ствола глубинными геофизическими приборами.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа сооружения скважины при разработке труднодоступных залежей, удаленных на десятки километров вовнутрь природоохранных зон и территорий, запрещенных или недоступных для установки бурового оборудования, обеспечивающего проводку скважины в породах любой прочности, в том числе в неустойчивых, склонных к желобо- и обвалообразованию горных породах, и увеличение удаленности устья от объекта разработки за счет исключения необходимости бурения субгоризонтального участка большой протяженности до продуктивного пласта.

Поставленная задача достигается тем, что способ сооружения скважин с отдаленным забоем, преимущественно при разработке нефтегазовых месторождений, расположенных под водоохранной зоной или акваторией арктического шельфа, заключается в строительстве на допустимом расстоянии от береговой линии шурфа с установкой в нем направления, проводке из-под него в проектном азимуте на минимально допустимом расстоянии от поверхности земли и/или дна акватории или по дну акватории, траншейным и/или бестраншейным методом горизонтального участка ствола скважины под горизонтальное направление с длиной, обеспечивающей последующее бурение с заданным зенитным углом наклонно направленного участка ствола скважины до вскрытия продуктивного пласта в проектной точке, причем в процессе проводки скважины осуществляют прокладку и/или протаскивание пучка труб, которые являются элементами горизонтального направления, кондукторов и обсадных колонн, а упомянутый пучок труб заканчивается искривленным вниз на заданный зенитный угол участком, угол кривизны которого соответствует траектории вышеуказанного наклонно направленного участка ствола скважин.

В предпочтительных вариантах осуществления способа:

– на проектном расстоянии от шурфа осуществляют замораживание грунта дна акватории, по меньшей мере, в двух удаленных друг от друга точках береговой линии, в которых формируют дополнительные шурфы под сооружение дополнительных горизонтальных направлений, стыкуемых с основным направлением и между собой;

– в конце искривленного участка горизонтального направления выполняют, по меньшей мере, два окна для размещения в них кондукторов;

– осуществляют бурение в проектном азимуте с плавучей буровой установки дополнительной эксплуатационной скважины, соединенной посредством проложенного на дне акватории магистрального трубопровода, с горизонтальным направлением основной скважины.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема сооружения скважины, на фиг.2 приведена схема сооружения горизонтального направления ствола скважины бестраншейным методом, на фиг.3 показан вариант многоствольного закачивания с сооружением нескольких стволов с индивидуальными кондукторами, на фиг.4 приведена схема разработки месторождения с помощью дополнительной скважины, пробуренной с плавучей буровой установки, на фиг.5 представлена схема укладки горизонтального направления при увеличении глубины акватории с отдалением от берега, на фиг.6 приведен пример реализации способа.

Предлагаемый способ сооружения скважины осуществляют следующим образом.

Месторождение 1 находится под водоохраной зоной или акваторией арктического шельфа 2, где невозможна или затруднена установка бурового и нефтепромыслового оборудования. На границе водоохраной зоны устанавливают буровую установку 3 и сооружают шахтное направление 4, затем бурится в проектном азимуте ствол скважины под горизонтальное направление 5 бестраншейным способом или прокладывается траншейным в непосредственной близости от поверхности земли и (или) дна акватории 2 на расстоянии, обеспечивающем защиту конструкции скважины от воздействия торосистых ледяных образований 6, рыболовных, грузовых и транспортных судов. В процессе сооружения производят прокладку и (или) протаскивание пучка предварительно сваренных в плети труб, заканчивающегося искривленным вниз на заданный зенитный угол участком 7. Упомянутый пучок труб формируют путем установки в трубе большого диаметра, выполняющего функцию горизонтального направления 5 труб меньшего диаметра, являющихся элементами кондуктора 8 и (или) технических колонн 9 с протекторами 10, обеспечивающими существенное снижение сил трения и центровку колонны, и систем 11 телеметрического контроля и технологического воздействия на межколонное пространство.

Горизонтальное направление 5 забуривается или прокладывается в проектном азимуте на расстояние, обеспечивающее бурение наклонно направленного ствола из-под искривленного вниз на заданный зенитный угол участком 7 и вскрытие продуктивного пласта 1 в проектной точке. При этом угол кривизны искривленного участка пучка труб соответствует траектории вышеуказанного наклонно направленного участка ствола скважины. Бурение из-под искривленного вниз на заданный зенитный угол участком 7 осуществляется компоновкой с долотом и расширителем, пропущенных через кондуктор 8 или техническую колонну 9, предварительно установленных в горизонтальном направлении 5. После чего осуществляют бурение наклонно направленного ствола с одновременной расширкой под кондуктор 8, проталкивание кондуктора 8 путем наращивания обсадной колонны до проектной глубины и цементирование обсадной колонны. Затем спускается техническая колонна 9 до башмака кондуктора 12 для обеспечения выноса шлама на поверхность, бурится ствол с расширителем, доспускается и цементируется техническая колонна 9. Из-под башмака 13 технической колонны 9 бурится наклонно направленный или горизонтальный ствол под эксплуатационную колонну или хвостовик 14. После установки оборудования для отбора углеводородов, перфорации 15 эксплуатационной колонны 14 скважину осваивают и начинают добычу углеводородов из пласта 1.

При необходимости бурения под горизонтальное направление 5 на расстояние, превышающее технические возможности буровой установки 3, на допустимом расстоянии замораживают, предпочтительно зимой, грунт 16 дна акватории 2, сооружают шахтное направление 17, бурят горизонтальный ствол с выходом долота (на фиг.2 не показано) в шахтное направление 17, устанавливают на конец бурильной колонны вместо долота расширитель, соединенный с колонной обсадных труб 18, и протаскивают колонну 18 в шурф 4, устанавливают буровую установку 3 над шахтным направлением 17, бурят ствол и протаскивают колонну обсадных труб 19 со следующего шахтного направления 21. Для сооружения заканчивающегося искривленным вниз на заданный зенитный угол участком 7 горизонтального направления 5, после протаскивания труб 19 длиной, обеспечивающей установку башмака 20 горизонтального направления 5 на глубине, соответствующей проектному зенитному углу , концы колонн обсадных труб 18 и 19 состыковываются, образуя горизонтальное направление 5, шахтные направления 16 и 21 с частью ствола скважины 22 ликвидируются.

С целью разработки части или всего месторождения углеводородов из одного устья скважины горизонтальное направление выполнено из трубы большого диаметра 22, позволяющего установить несколько кондукторов 23 в окнах 24 и центральном выходе 25.

На расстоянии, превышающем возможности бурения и спуска колонн с берега, бурение эксплуатационной скважины 26 осуществляют с плавучей буровой установки 27 в межледовый период или со льда. Прокладывают в проектном азимуте известным способом магистральный трубопровод 28 до стыковки с ближайшим окончанием горизонтального направления 5 скважины и осуществляют совместную или раздельную добычу углеводородов с устья 29 в трубопровод 30.

При отдалении от берега на глубине, недосягаемой торосистыми ледяными образованиями 6, горизонтальное направление 5 выходит из-под дна 31 и прокладывается по дну до места запланированного входа в горную породу.

Благодаря такому осуществлению способа добычи углеводородов с помощью горизонтального направления обеспечивается разработка ранее недоступных для установки бурового и нефтепромыслового оборудования месторождений, удаленных на десятки километров вовнутрь природоохранных зон и территорий (на шельфе арктических морей со сложной ледовой обстановкой, в Обской и Тазовской губе и др.); уменьшение числа кустовых оснований, искусственных островов, буровых и эксплуатационных платформ на морских месторождениях; использование горизонтального направления для совместной добычи углеводородов со скважин, построенных с плавучей буровой установки в межледовый период или со льда; высокая точность многокилометровой траектории горизонтального направления; экстренное проникновение в конструкцию скважины на многокилометровом протяжении горизонтального направления, например в случае открытого фонтанирования, минуя устье скважины и без забуривания второй скважины; извлечение горизонтального направления, содержащего до 80% всей металлоконструкции, при ликвидации скважины.

Ниже приведен пример конкретной реализации способа.

С точки зрения горно-геологических, геокриологических и гидрогеологических арктических особенностей район Обской и Тазовской Губ является наиболее благоприятным для освоения скважинами с горизонтальным направлением, т.к. все нефтегазовые месторождения находятся от берега в 40 км с мелководной, тяжелой ледовой, полуморской и полуречной гидрологической обстановкой.

Рассмотрим сеноманскую залежь газа с глубиной кровли Н_кр=1180 м и отдалением забоя от устья А=11074 м. Буровая установка расположена на границе водоохранной зоны на высоте 30 м от уровня Обской губы при ее глубине в азимуте строительства скважины 8 м. Горизонтальное направление прокладывается в 2 м ниже дна, т.е. в сумме на 40 м по вертикали от стола ротора буровой установки.

Сооружается шахтное направление с радиусом кривизны R₁=40 м и параметрами профиля на участке 1-2:

глубина по вертикали h_1-2=R₁=40 м;

горизонтальная проекция а_1-2=R₁=40 м,

длина ствола

Рассчитываются параметры профиля горизонтального направления 2-3, заканчивающегося искривленным вниз на заданный зенитный угол участком 3-4:

h_3-4=R₂(sin₃-sin₄)=R₂(1-sin₄);

Угол ₄=23,5° подбирают, исходя из расстояния до заданной точки входа в продуктивный пласт:

_3-4=R₂(cos₄-cos₃)=50·cos23,5°=45,8 м.

Длина ствола

Рассчитываем параметры профиля на участке 5-6, выходящем на горизонтальный участок 6-7 при бурении под эксплуатационную колонну или хвостовик. Примем R₃=300 м, тогда

h_5-6=R₃(sin₆-sin₅)=300·(1-sin23,5°)=180 м;

_5-6=R₃(cos₅-cos₆)=R₃·cos23,5°=275 м;

Рассчитываем параметры профиля на прямолинейном участке 4-5:

h_4-5=H-h_1-2-h_3-4-h_5-6=1200-40-30-180=950 м;

_4-5=l_4-5·sin23,5°=1036·0,40=413 м.

Рассчитываем длину горизонтального направления 2-3:

_2-3=А-(_1-2+_3-4+_4-5+_5-6+_6-7)=10040 м.

Результаты расчетов сведены в таблицу.

Интервал	Глубина по вертикали h, м		Глубина по стволу l, м		Отклонение а, м		Зенитный угол , Градус
	На участке	Всего	На участке	Всего	На участке	Всего	В начале участка	В конце участка
1-2	40	40	62,8	62,8	40	40	0	90
2-3	0	40	10000	10062,8	10000	10040	90	90
3-4	30	70	58	10120,8	45,8	10085,8	90	23,5
4-5	950	1020	1036	10156,8	413	10498,8	23,5	23,5
5-6	180	1200	348	10504,8	275	10773,8	23,5	90
6-7	0	1200	300	11804,8	300	11073,8	90	90

Формула изобретения

1. Способ сооружения скважин с отдаленным забоем преимущественно при разработке нефтегазовых месторождений, расположенных под водоохранной зоной или акваторией арктического шельфа, заключающийся в строительстве на допустимом расстоянии от береговой линии шурфа с установкой в нем направления, проводке из-под него в проектном азимуте на минимально допустимом расстоянии от поверхности земли и/или дна акватории или по дну акватории траншейным и/или бестраншейным методом горизонтального участка ствола скважины под горизонтальное направление длиной, обеспечивающей последующее бурение с заданным зенитным углом наклонно направленного участка ствола скважины до вскрытия продуктивного пласта в проектной точке, причем в процессе проводки скважины осуществляют прокладку и/или протаскивание пучка труб, которые являются элементами горизонтального направления, кондукторов и обсадных колонн, а упомянутый пучок труб заканчивается искривленным вниз на заданный зенитный угол участком, угол кривизны которого соответствует траектории вышеуказанного наклонно направленного участка ствола скважины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на проектном расстоянии от шурфа осуществляют замораживание грунта дна акватории, по меньшей мере, в двух удаленных от береговой линии и друг от друга точках, в которых формируют дополнительные шурфы под сооружение дополнительных горизонтальных направлений, стыкуемых с основным направлением и между собой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в конце искривленного участка горизонтального направления выполняют, по меньшей мере, два окна для размещения в них кондукторов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют бурение в проектном азимуте с плавучей буровой установки дополнительной эксплуатационной скважины, соединенной посредством проложенного на дне акватории магистрального трубопровода, с горизонтальным направлением основной скважины.

РИСУНКИ