Наклонно-направленные скважины

Бурение скважин представляет собой очень сложный и трудоемкий процесс, требующий специальной техники, а также определенных знаний и умений. Несмотря на свой опыт и профессионализм, люди, осуществляющие бурение, периодически сталкиваются со множеством трудностей. Например, при бурении скважины подвергаются естественному искривлению, в связи с чем могут не выйти на необходимые слои, содержащие залежи нефти или газа. Это является проблемой, поскольку в данном случае скважина не выполняет своих прямых назначений – она не становится инструментом для добычи полезных ископаемых. Однако, на протяжении многих лет, люди изучали данную проблему, в результате чего накопили определенный опыт, который позволяет сегодня проходить скважины в строго направленном направлении. Таким образом, создается искусственное отклонение скважины, т.е. ствол скважины во время бурения направляется согласно определенному плану, в результате чего он доводится до заданной точки.

В настоящее время существует несколько видов искусственно искривленных скважин, среди которых:

• наклонно-направленные скважины;
• горизонтальные скважины;
• многозабойные скважины;
• многоствольные скважины (куст скважин).

Наклонно-направленными скважинами называются такие скважины, которые имеют специальное направление в любую точку, находящуюся на определенном расстоянии от вертикальной проекции ее устья. К таким видам скважины относятся в том случае, если их отклонение по вертикали составляет:

• более 20 при вращательном бурении;
• более 60 во время глубокого бурения.

Бурением наклонно-направленных скважин называется такой метод строительства скважин, во время которого скважины характеризуются сложным пространственным профилем, который включает в себя вертикальный верхний интервал, с дальнейшими участками, имеющими заданные отклонения от вертикали. Такой вид скважин зачастую формируется во время как разведки, так и добычи нефти и газа, особенно, при многоствольном бурении.

Строительство наклонно-направленных скважин впервые начали практиковать, начиная с середины ХХ века. Авторство данной технологии принадлежит американским нефтяникам Джону Истману, Роману Хайнсу, а также Джорджу Фейлингу. Именно они впервые использовали этот метод с целью добычи нефти из Техасского месторождения Конро в 1934 году. Спустя семь лет данная технология была применена в СССР для добычи полезных ископаемых на суше, а еще через некоторое время е также применили во время разработки месторождения в Каспийском море.

Развитие технологии контролируемого бурения происходило постепенно. Чтобы осуществить отклонение компоновки нижней части бурильной колонны от вертикали во время строительства наклонно-направленных скважин использовались клиновые отклонители. После этого бурение происходило роторными компоновками, как и обычно. Но такая технология формирования необходимых скважин зачастую не давала необходимых результатов, так как отклонения от целевых азимутов были значительно больше.

Начиная со второй половины ХХ века при строительстве данного вида скважин стали активно использовать компоновки, имеющие кривой переходник и забойный двигатель. Изначально угол кривых переходников был фиксированным и составлял от 0,5 до 1 градуса. Спустя некоторое время появились переходники, в которых стало возможно изменять уровень изгиба от 0 до 4 градусов. При этом не было необходимости поднимать компоновку на поверхность для изменения изгиба. Такие компоновки использовались совместно с забойным двигателем, формируя управляемы двигатель, способный работать в двух режимах – вращательном и скользящем. При работе в первом режиме роторный стол или верхний привод создает усилие, которое вращает бур. Во время второго режима бурильная колонна остается неподвижной, а забойный двигатель приводит в движение долото. При этом поворот колонны задает азимутальный угол отклонения, а изгиб управляемого переходника задает зенитный угол.

Конец ХХ века ознаменовался началом развития роторных управляемых систем – РУС. Благодаря появлению таких систем становится возможным управление наклоном скважины непосредственно при роторном бурении, при этом не прибегая к периодам скольжения. Сначала такие системы применялись исключительно с целью бурения скважин, имеющих большие отклонения от вертикали. Однако, спустя некоторое время РУС стали использоваться для строительства скважин любых профилей.

Наклонно-направленные скважины формируются для:

• разведки, а также эксплуатации нефтегазовых месторождений, которые находятся под масштабными объектами промышленности, а также в гористой или заболоченной местности, в водоемах;
• увеличения поверхности фильтрации продуктивного слоя в отдельных скважина или во время многозабойного вскрытия пласта;
• экономии плодородных земель и лесных массивов;
• глушения фонтанов и тушения пожаров, возникших в других скважинах;
• погружения второго ствола на определенной глубине для того, чтобы обойти инструмент, который был оставлен в скважине;
• вскрытия пластов, если есть сброс, а также в стратиграфических ловушках и во время обходя соляных куполов.

Наклонно-направленное бурение скважин имеет как свои преимущества, так и определенные недостатки. К преимуществам можно отнести следующие моменты:

• большая часть скважины проходит по продуктивному пласту в том случае, если наклон конечного участка четко совпадает с наклоном пласта;
• есть возможность сформировать скважину в залежах, к которым трудно или невозможно подобраться вертикально. К таким залежам относятся те, которые находятся под городами, озерами и т.д.;
• возможность осуществлять кустовое бурение, когда группирование устья скважин осуществляется на относительно маленькой площадке и они могут буриться одной буровой установкой с незначительным изменением ее местоположения. Отличным примером такого бурения является морская буровая платформа, на которой может находится около 40 скважин;
• благодаря использованию наклонного бурения становится возможным формировать глушащие скважины во время ликвидации аварий (например, с целью остановки фонтанирующей скважины). Начало формирования такой скважины осуществляется на расстоянии, считающимся безопасным, после чего постепенно она направляется в аварийную скважину с целью закачивания глушильного раствора.

Недостатками наклонно-направленного бурения являются:

• если углы большие и присутствуют горизонтальные участки, то во время бурения необходимо применять более сложные конструкции;
• при больших углах профилактика подачи песка в скважину существенно усложняется.

Таким образом, бурение подобных скважин является популярным явлением во время добычи нефти и газа на территории Западной Сибири, севере европейской части, в Северном Кавказе, Татарстане, Башкортостане, Самарской области, а также многих других регионах.

На территории России наклонно-направленные скважины формируются, в большей степени, с применением роторного способа, а забойные двигатели, как правило, применяются исключительно на участках, где набирается кривизна в западном направлении. По мнению как отечественных, так и зарубежных специалистов, винтовые забойные двигатели имеют существенное преимущество во время набора кривизны в западном направлении.