Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Наклонно-направленное бурение (ННБ) представляет собой технологию сооружения скважин с управляемым отклонением от вертикали по заранее спроектированной траектории. Метод позволяет достигать зенитных углов от 0° до 90° и более, обеспечивая доступ к труднодоступным залежам углеводородов. В отличие от вертикального бурения, ННБ использует специальные отклоняющие устройства, забойные двигатели и телеметрические системы MWD/LWD для точного контроля пространственного положения ствола скважины в процессе бурения.
Наклонно-направленное бурение является методом строительства скважин, при котором ствол имеет сложный пространственный профиль с участками, отклоняющимися от вертикали под заданными углами и азимутами. Скважина состоит из верхнего вертикального интервала и последующих участков с контролируемым отклонением.
Наклонными считаются скважины с отклонением от вертикали более 6° при глубоком бурении нефтяных и газовых скважин. Направление и степень отклонения строго контролируются в процессе бурения с использованием специализированного оборудования и измерительных систем.
Ключевой принцип ННБ: возможность управления траекторией ствола скважины в трехмерном пространстве путем изменения зенитного угла (отклонение от вертикали) и азимута (направление в горизонтальной плоскости) на каждом этапе бурения.
Пространственное положение скважины определяется тремя основными параметрами. Зенитный угол представляет собой угол между вертикалью и касательной к оси ствола скважины в рассматриваемой точке, измеряется от 0° (вертикаль вниз) до 180°. Азимут является углом между географическим или магнитным меридианом и проекцией оси скважины на горизонтальную плоскость, измеряется по часовой стрелке от 0° до 360°. Глубина по стволу означает расстояние от устья скважины до рассматриваемой точки, измеренное вдоль оси ствола.
Выбор профиля скважины зависит от геологических условий, расположения целевого пласта и технических возможностей бурового оборудования. Различают профили обычного типа, расположенные в одной вертикальной плоскости, и пространственные профили с изменением азимута.
Интенсивность искривления при наборе угла в интервалах под кондуктор не должна превышать 1,5° на 10 метров проходки согласно нормативным требованиям. При использовании винтовых забойных двигателей с регулируемым углом перекоса интенсивность может составлять от 3° до 10° на 10 метров. Радиус кривизны ствола скважины рассчитывается исходя из заданной интенсивности искривления и должен обеспечивать беспрепятственный спуск обсадных колонн.
Управление траекторией ствола скважины осуществляется с помощью специальных отклоняющих устройств и компоновок низа бурильной колонны (КНБК). Выбор типа отклонителя зависит от целей бурения, геологических условий и требуемой интенсивности искривления.
Клиновые отклонители (whipstock) представляют собой механические устройства с наклонной желобообразной поверхностью, устанавливаемые на забое скважины. Долото скользит по направляющему желобу, обеспечивая начальное отклонение ствола в заданном направлении. Различают съемные и постоянные клиновые отклонители.
Съемные отклонители извлекаются после набора требуемого угла и азимута. Постоянные клинья остаются в скважине и применяются при зарезке боковых стволов. Угол наклона желоба обычно составляет 2-5°, обеспечивая интенсивность искривления около 1-2° на 10 метров проходки.
Современное наклонно-направленное бурение широко использует компоновки с винтовыми забойными двигателями (ВЗД) и кривыми переводниками. Переводник с углом перекоса от 0,5° до 3° устанавливается между ВЗД и долотом, создавая отклоняющую силу.
Основные элементы отклоняющей компоновки:
Компоновка работает в двух режимах. В режиме скольжения бурильная колонна не вращается, долото приводится во вращение только ВЗД, происходит набор угла и изменение азимута. В роторном режиме вся колонна вращается вместе с ВЗД, угол перекоса усредняется по окружности, обеспечивается стабилизация траектории без набора угла.
Проектирование профиля наклонно-направленной скважины начинается с определения координат устья, целевой точки вскрытия продуктивного пласта и требуемого горизонтального смещения. На основе геологического разреза выбирается тип профиля и рассчитываются параметры каждого участка.
На первом этапе определяется проектный азимут скважины, глубина по вертикали и величина отхода от устья. Рассчитывается длина вертикального участка, обычно от 50 до 300 метров, необходимая для установки противовыбросового оборудования и начального направления ствола.
Для участка набора угла выбирается компоновка с требуемой интенсивностью искривления. Рассчитывается длина участка набора угла и конечное значение зенитного угла. При проектировании учитываются ограничения по радиусу кривизны для обеспечения спуска обсадных колонн диаметром от 168 до 340 мм.
Для наклонного прямолинейного участка проектируются стабилизирующие компоновки, сохраняющие набранный угол и азимут с точностью ±1-2°. Длина участка определяется расстоянием до целевой точки. При необходимости проектируется участок снижения угла с маятниковой компоновкой.
Нормативное ограничение: в интервалах установки насосного оборудования для эксплуатации скважины интенсивность искривления не должна превышать 3° на 100 метров проходки для обеспечения межремонтного периода оборудования.
Точный контроль траектории наклонно-направленной скважины обеспечивается телеметрическими системами, передающими данные о пространственном положении ствола с забоя на поверхность в режиме реального времени.
Системы MWD (Measurement While Drilling) измеряют параметры инклинометрии в процессе бурения. Основные измеряемые параметры включают зенитный угол с точностью ±0,1-0,2°, азимут с точностью от ±0,5° при больших зенитных углах до ±2° при малых углах наклона, угол положения отклонителя относительно апсидальной плоскости, забойную температуру до 150-175°C и давление.
Скважинный модуль MWD содержит трехосевые акселерометры для измерения зенитного угла и магнитометры для определения азимута относительно магнитного поля Земли. В компоновках для бурения под большими углами применяются гироскопические датчики, работающие независимо от магнитного поля и обеспечивающие более высокую точность.
Системы LWD (Logging While Drilling) дополняют MWD геофизическими измерениями свойств горных пород в процессе бурения. Измеряются естественная радиоактивность гамма-излучения для литологического расчленения разреза, удельное электрическое сопротивление пород для определения насыщенности, плотность горных пород, нейтронная пористость для оценки коллекторских свойств.
Данные LWD позволяют проводить геонавигацию, корректируя траекторию скважины для оптимального вскрытия продуктивного пласта. При бурении горизонтальных участков геофизические данные обеспечивают удержание ствола в границах продуктивного интервала толщиной от 2 до 10 метров.
Основные типы каналов связи:
Технология ННБ обеспечивает доступ к труднодоступным залежам углеводородов, расположенным под водными объектами, населенными пунктами, промышленными объектами или особо охраняемыми территориями. Одна береговая или морская буровая площадка позволяет разбуривать значительную площадь месторождения радиусом до 2-4 километров.
Кустовое бурение с размещением устьев нескольких скважин на одной площадке площадью 1-2 гектара снижает затраты на строительство дорог, линий электропередач и трубопроводов. Количество скважин на наземном кусту может достигать 24 единиц согласно действующим нормативам СП 231.1311500.2015. На морских стационарных платформах размещается от 12 до 96 скважин в зависимости от размера платформы.
Горизонтальное бурение вдоль продуктивного пласта увеличивает площадь контакта ствола скважины с коллектором. Длина горизонтального участка обычно составляет от 500 до 3000 метров, при этом достигнуты рекордные значения до 12-14 километров на месторождениях проекта Сахалин-1. Это в несколько раз повышает дебит скважины по сравнению с вертикальной.
Экономический эффект: применение ННБ при разработке морских месторождений позволяет сократить количество буровых платформ в 3-5 раз, снижая капитальные затраты на сотни миллионов долларов при одновременном повышении нефтеотдачи пласта.
При бурении наклонно-направленных скважин возникают специфические осложнения, связанные с отклонением ствола от вертикали. Увеличивается риск прихвата бурильной колонны из-за повышенного трения о стенки скважины и образования фильтрационной корки толщиной до 5-15 мм.
Точность попадания в целевую точку зависит от качества измерений, точности ориентирования отклонителей и стабильности работы компоновок. Накопленная погрешность может достигать 10-30 метров на глубине 3000-4000 метров даже при использовании современных систем MWD. При бурении под большими углами более 70° затрудняется спуск обсадных колонн и геофизических приборов на кабеле.
Износ бурильных труб увеличивается в 1,5-2 раза из-за постоянного контакта со стенками искривленного ствола в точках перегиба. Требуется применение износостойких замковых соединений и защитных элементов типа центраторов. Крутящий момент на роторе возрастает на 20-50% по сравнению с вертикальным бурением той же глубины.
Очистка ствола скважины от выбуренной породы осложняется в наклонных участках с углом более 45-50°. Шлам оседает на нижней стенке ствола, образуя шламовые пробки. Требуется применение специальных буровых растворов с повышенными реологическими свойствами и увеличенной скоростью восходящего потока.
Роторные управляемые системы (РУС) представляют новое поколение оборудования для наклонно-направленного бурения. РУС позволяют управлять траекторией скважины в режиме непрерывного роторного бурения без остановок на ориентирование отклонителя, что характерно для традиционных систем с ВЗД.
Системы типа push-the-bit используют гидравлические или электромеханические толкатели, отклоняющие долото в заданном направлении с интенсивностью до 8-12° на 10 метров. Системы типа point-the-bit изменяют направление оси забойного двигателя относительно оси бурильной колонны с помощью шарнирного механизма с управляемым изгибом.
РУС обеспечивают повышение механической скорости бурения на 15-30% за счет исключения непроизводительных операций по ориентированию. Точность контроля траектории возрастает благодаря непрерывным измерениям и корректировкам каждые 1-3 метра проходки. Применение РУС наиболее эффективно при бурении горизонтальных участков длиной более 1000 метров и скважин сложного пространственного профиля.
Наклонно-направленное бурение является ключевой технологией современной нефтегазовой промышленности, обеспечивающей эффективную разработку сложных месторождений. Использование специализированных отклоняющих устройств, забойных двигателей и телеметрических систем MWD/LWD позволяет с высокой точностью контролировать траекторию ствола скважины в трехмерном пространстве. Правильное проектирование профиля скважины, выбор оптимальных компоновок и режимов бурения обеспечивают достижение целевых пластов с минимальными отклонениями от проектных значений. Технология продолжает развиваться в направлении автоматизации процесса управления траекторией и увеличения длины горизонтальных участков для максимизации продуктивности скважин.
Отказ от ответственности: Данная статья предоставлена исключительно в информационных и образовательных целях для ознакомления технических специалистов с технологией наклонно-направленного бурения. Информация не является проектной документацией, технологической инструкцией или руководством к действию. Автор не несет ответственности за любые последствия, возникшие в результате использования представленной информации. При проектировании и проведении работ по наклонно-направленному бурению необходимо руководствоваться действующими нормативными документами, стандартами API, ГОСТ и техническими регламентами.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.