Наклонно-направленное бурение скважин

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

НЕФТЕГАЗОВЫЙ КОЛЛЕДЖ ИМЕНИ Ю.Г.ЭРЬЕ

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Наклонно-направленное бурение скважин

Учебная дисциплина:Технология бурения нефти и газа

Специальность: 131003

 

 

 

 

                                                                     Выполнил: студент группы БСт (11)-11

                 Михеев И.А.                                                                                                

                                                               Проверил: Кед А.В.           

 

 

 

 

 

Тюмень 2013 год

 

 

Содержание

Введение……………………………………………………………………......3

1.Общее представление о наклонно-направленном бурении нефтегазовых скважин………………………………………………………………………......4

1.1.Особенности технологии бурения наклонно-направленных скважин………………………………………………………………………......7

2.Направленное бурение скважин……………………………………………...9

2.1.Общие закономерности искривления скважин…………………………..12

2.2.Измерение искривления скважин…………………………………………13

2.3.Типы профилей и рекомендации по их выбору………………………….15

2.4.Технические средства направленного бурения…………………………..18

3.Бурение скважин с кустовых площадок……………………………………21

3.1.Особенности проектирования и бурения скважин с кустовых площадок………………………………………………………………………..22

4.Техника безопасности………………………………………………………..24

Заключение……………………………………………………………………..26

Список использованной литературы………………………………………….28

 

 

 

 

 

 

     Введение 
    Наклонно - направленное бурение давно стало основным видом бурения как на суше, так и на море при бурении скважин с платформ различных типов.Развитие техники и технологии направленного бурения является одним из эффективных путей повышения качества и экономичности буровых работ.   Несмотря на имеющиеся достижения в разработке новых технических средств при внедрении методов направленного бурения, пока еще не везде в полной мере используют благоприятные геолого-методические предпосылки для совершенствования методики поисков и разведки на основе направленного бурения, еще недостаточно высок общий технологический уровень выполнения работ.Более эффективно  в освоении наклонно – направленного  бурения развивались российские  предприятия, выбравшие путь приобретения зарубежного оборудования и технологии.Одновременно с развитием наклонно-направленного бурения существует тенденция повышения требований к точности попадания забоя скважин в заданную точку и к соблюдению проектного профиля скважины. В связи с этим возникает необходимость обеспечения эффективного контроля пространственного положения ствола скважины. При бурении наклонно-направленных скважин применяется комплекс маркшейдерских работ, включающий специальное оборудование, инструмент, приборы, особые технологические приемы, и связанный как с заданием направления ствола скважины в пространстве. Последнее является задачей инклинометрии.       Создание телеметрических систем контроля за положением отклонителя, забойными параметрами ствола скважины в процессе бурения (включая устройства управления режимами бурения) придало значительный импульс научно-техническому прогрессу в области бурения скважин на нефть и газ. В настоящее время телеметрические системы контроля в сочетании с методико-математическим и программным обеспечением дали технологам небывалые возможности, в корне изменив методы их работы.

Техника и технология направленного  бурения (НБ), отработанная методика проектирования и корректирования траектории геологоразведочных скважин являются одним из средств  совершенствования процесса геологоразведочных работ, обеспечивающим сокращение объёма бурения при одновременном повышении  информативности скважин. 

 

1.Общее представление о наклонно-направленном бурении нефтегазовых скважин

 

        Преднамеренное изменение направления оси скважины с целью управления траекторией ствола относится к наклонно направленному бурению. Иными словами, наклонно направленное бурение — это проводка скважины в заданном направлении по заранее предусмотренной, спроектированной траектории (профилю).Напротив, при наклонно направленном бурении искусственно искривляют ствол скважины в предусмотренном интервале и контролируют направление скважины по мере ее углубления, чтобы достичь заданного пункта в массиве горных пород.Независимо от того, является ли искривление скважины преднамеренным или самопроизвольным, бурение скважины, потерявшей прямолинейность, всегда сопряжено с определенными трудностями.Ошибки в определении позиции залежи, измерении мощности пласта, в подсчете запасов; повышение затрат на бурение 1 м скважины.В буровой практике чаще пользуются магнитным или условным азимутом.В практике бурения скважин на нефтяных и газовых месторождениях в интервале продуктивного объекта искривление скважины лимитируется кругом допустимого отклонения.Как было сказано выше, бурение искривленной скважины сопряжено со многими трудностями, и поэтому своевременное принятие мер по предупреждению искривления имеет очень большое значение для обеспечения высокой эффективности буровых работ.Установлено, что при бурении в толщах осадочных горных пород ствол скважины может выполаживаться и стремиться к направлению, перпендикулярному к напластованию, либо выкручиваться. Действие технологических факторов определяется способом бурения и  технологическим режимом.При вращательном бурении основными факторами, влияющими на искривление скважин, являются нагрузка на породоразрушающий инструмент, частота вращения, расход промывочной жидкости и ее параметры. Вместе с тем правильный подбор технологического режима бурения, обеспечивающего высокие скорости проходки ствола скважины, способствует борьбе с искривлением, поскольку позволяет сократить продолжительность действия некоторых факторов (например, предотвратить разрушение стенок скважины и сохранить зазоры близкими к номинальным). В комплексе мероприятий можно выделить следующие: использование УБТ, соответствующих диаметру скважины; применение квадратных и спиральных УБТ, позволяющих уменьшить зазоры между стенками скважины и утяжеленным низом; контроль качества нарезки соединительных резьб; контроль состояния бурильных труб (износа и искривления) и своевременная выбраковка труб, не годных для дальнейшего пршменения; строгий контроль за правильностью установки ротора и направления при выполнении монтажных работ; правильный подбор расхода промывочной жидкости и ее свойств, обеспечивающих стабильность ствола скважины; снижение осевой нагрузки на долото при бурении в крайне неблагоприятных геологических условиях.Практический опыт показывает, что правильно разработанная конструкция утяжеленного низа бурильных труб с учетом конкретных геологических условий бурения, диаметра скважины, нагрузки на долото, искривления ее ствола и допустимых пределов отклонения от заданной траектории скважины позволяет значительно уменьшить влияние различных факторов на прямолинейность ствола скважины. В практике бурения глубоких скважин находят применение различные по конструктивному исполнению компоновки.К недостаткам КНБК по принципу отвеса следует отнести то, что в ряде случаев составляющей веса недостаточно для полной компенсации приложенной к долоту отклоняющей силы, вследствие чего ствол скважины претерпевает искривление, и, кроме того, для усиления эффекта отвеса порой приходится снижать нагрузку на долото, что неблагоприятно сказывается на показателях бурения. Третья принципиальная схема (принцип  гироскопа) реализуется при турбинном  бурении, когда к вращающемуся с  большой скоростью валу турбобура  над долотом подсоединяют секцию утяжеленных бурильных труб длиной 12— 15 м. Проектирование конструкции КНБК сводится к выбору УБТ, соответствующих по диаметру и конфигурации условиям бурения, подбору опорно-центрирующих элементов, обеспечивающих достаточный ресурс работы в данных условиях, и определению местоположения их в КНБК, позволяющего сохранить прямолинейность низа бурильной колонны.Она зависит от нагрузки на долото, зазора между УБТ и стенкой скважины, зенитного угла, при роторном бурении — от расстояния между долотом и нижним центрирующим элементом, а также от частоты вращения инструмента. Если искривление скважины превысило допустимые пределы, для ее выправления применяют технические средства наклонно направленного бурения.Работы по проводке наклонно направленных скважин включают: проектирование, бурение искривленных участков ствола, бурение прямолинейно-наклонных участков ствола, маркшейдерские работы (задание направления стволу скважины, контроль за его пространственным положением). Либо особенностями залегания нефтяных пластов, не позволяющими вскрыть их вертикальными скважинами; применением кустового или многоствольного способа бурения на равнинных площадках, когда это экономически целесообразно и технически возможно; потребностью во вспомогательной скважине для тушения горящих фонтанов; зарезкой ответвленного ствола из основного для ликвидации аварии и при капитальном ремонте скважин.Выбор конфигурации профиля сводится к определению очередности бурения участков, обеспечивающих наиболее благоприятные условия проводки наклонно направленной скважины.Профиль должен удовлетворять скоростному и качественному бурению наклонно направленных скважин, иметь минимальное число изгибов и отвечать двум основным требованиям — он должен быть технически выполнимым и экономически целесообразным. Работы по проводке наклонно направленных скважин включают: проектирование, бурение искривленных участков ствола, бурение прямолинейно-наклонных участков ствола, маркшейдерские работы (задание направления стволу скважины, контроль за его пространственным положением). Либо особенностями залегания нефтяных пластов, не позволяющими вскрыть их вертикальными скважинами; применением кустового или многоствольного способа бурения на равнинных площадках, когда это экономически целесообразно и технически возможно; потребностью во вспомогательной скважине для тушения горящих фонтанов; зарезкой ответвленного ствола из основного для ликвидации аварии и при капитальном ремонте скважин.Выбор конфигурации профиля сводится к определению очередности бурения участков, обеспечивающих наиболее благоприятные условия проводки наклонно направленной скважины.Профиль должен удовлетворять скоростному  и качественному бурению наклонно направленных скважин, иметь минимальное  число изгибов и отвечать двум основным требованиям — он должен быть технически выполнимым и экономически целесообразным. При бурении искривленного участка ствола можно получить вполне определенный, заранее заданный темп набора зенитного угла, определяющий интервал работы с отклонителем. Минимально возможный радиус искривления выбирают в зависимости от целевого назначения скважины; возможного спуска (прохождения) приборов, необходимых для исследования или испытания скважин на продуктивность; технологических условий бурения.К технологическим условиям бурения, определяющим минимально возможный радиус искривления, относятся: нормальная работа бурильных труб; свободный спуск (прохождение) бурильного инструмента; минимальная перегрузка на крюке при подъеме инструмента из искривленного ствола скважины; отсутствие опасности формирования желобов или протирания обсадных колонн (если искривленный участок обсажен колонной).Набор и снижение зенитного угла скважины при бурении забойными двигателями осуществляются компоновками низа бурильной колонны, которые выбирают в соответствии с геолого-техническими условиями бурения.Рекомендуется применять при бурении скважины в устойчивых геологических разрезах, где не ожидается значительного увеличения диаметра ствола.

       1.2.Особенности технологии бурения наклонно-направленных скважин 

      При бурении направленной скважины верхнюю часть скважины бурят обычным методом. При этом режим бурения, как правило, ничем не отличается от режима бурения для вертикальных скважин.При бурении искривленного участка ствола можно получить вполне определенный, заранее заданный темп набора зенитного угла, определяющий интервал работы с отклонителем. Минимально возможный радиус искривления выбирают в зависимости от целевого назначения скважины; возможного спуска (прохождения) приборов, необходимых для исследования или испытания скважин на продуктивность; технологических условий бурения.К технологическим условиям бурения, определяющим минимально возможный радиус искривления, относятся: нормальная работа бурильных труб; свободный спуск (прохождение) бурильного инструмента; минимальная перегрузка на крюке при подъеме инструмента из искривленного ствола скважины; отсутствие опасности формирования желобов или протирания обсадных колонн (если искривленный участок обсажен колонной).Набор и снижение зенитного угла скважины при бурении забойными двигателями осуществляются компоновками низа бурильной колонны, которые выбирают в соответствии с геолого-техническими условиями бурения. Рекомендуется применять при бурении скважины в устойчивых геологических разрезах, где не ожидается значительного увеличения диаметра ствола.При бурении наклонно направленной скважины турбинно-роторным способом набор зенитного угла необходимо проводить компоновкой с отклонителем на базе забойного двигателя, а проводку вертикального и наклонно-прямолинейного участков — роторным способом.До начала бурения буровые бригады должны освоить приемы работ и технологию бурения наклонно направленных скважин.При длительной остановке буровой  после подъема инструмента вопрос о спуске отклонителя в скважину согласовывается с руководством бурового предприятия.При проходке искривленного участка режим бурения должен быть таким же, как и при бурении вертикальных скважин в этом же интервале.При бурении искривленного участка необходимо стремиться к тому, чтобы компоновка низа бурильной колонны оставалась неизменной.Бурение наклонно-прямолинейных участков забойными двигателями и роторным способом следует проводить жесткими компоновками, обеспечивающими стабилизацию зенитного угла и азимута.При бурении со стабилизаторами следует проворачивать инструмент через 3 —5 м проходки в зависимости от механической скорости. Следует заметить, что при бурении скважин забойными двигателями бурильная колонна воспринимает реактивный момент, равный по величине активному моменту, развиваемому на валу забойного двигателя.Если измерения связаны с вызовом инклинометрической партии, то первое измерение при зарезке наклонного ствола нужно проводить после бурения интервала, на протяжении которого зенитный угол возрастает до 5 — 6°, так как при меньших зенитных углах данные об измерениях азимута инклинометром недостоверны и по ним нельзя принимать каких-либо решений о необходимости изменения азимута ствола.При бурении прямолинейного наклонного участка ствола с применением стабилизирующих устройств интервалы между измерениями следует устанавливать в зависимости от геологических условий района.Интервалы между измерениями при бурении участков, на которых предусматривается уменьшение зенитного угла, следует принимать в зависимости от запроектированного темпа уменьшения зенитного угла и азимута ствола.При осуществлении измерений силами буровой бригады измерять зенитный угол и азимут бурящейся скважины у ее забоя следует через интервалы, кратные длине бурильной трубы. В зависимости от условий бурения эти измерения могут быть проведены при каждом наращивании бурильной колонны (через 12 м) или через одно наращивание (через 25 м).При бурении с компоновкой, обеспечивающей набор зенитного угла с небольшой интенсивностью в одном азимуте, и при отсутствии причин, которые могут вызвать его изменение на сравнительно малом интервале, измерения можно проводить через 25 м.Они позволяют судить о возможности дальнейшего бурения или необходимости детальных измерений силами инклинометрической партии.При оперативном контроле силами буровой  бригады очень важно точно  измерять глубину скважины, так как  только при таком условии результаты могут быть хорошо сопоставлены с  данными контрольных измерений.При бурении скважин по любому профилю, как правило, фактическое            положение ствола отличается от проектного. Допустимые отклонения стволов от проекта следует рассматривать с точки зрения разведки и разработки месторождений, а также бурения и эксплуатации скважин.Для нормальных условий бурения и эксплуатации наклонно направленных скважин, кроме допуска по интенсивности искривления ствола, необходимо учитывать допуск по суммарному углу, под которым понимается сумма углов искривления, имевших место при бурении скважин.

     2.НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ 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.

В процессе бурения направленной скважины необходимо знать положение каждой ее точки в пространстве. Для этого определяются координаты ее устья и параметры трассы, к которым относятся зенитный угол Q, азимут скважины a (рис. 2.1.) и ее длина L.

       Вообще искривление скважин сопровождается осложнениями, к числу которых относятся 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. Зенитный угол - это угол между осью скважины или касательной к ней и вертикалью. Азимут - это угол между направлением на север и горизонтальной проекцией касательной к оси скважины, измеренный по часовой стрелке. Длина скважины - это расстояние между устьем и забоем по оси.Проекция оси скважины на вертикальную плоскость называется профилем, а на горизонтальную - планом.Вертикальная плоскость, проходящая через ось скважины, или касательную к ней, называется апсидальной.При выполаживании скважины происходит увеличение зенитного угла (бурение с подъемом угла), а при выкручивании - уменьшение (бурение с падением угла). При искривлении скважины влево азимут ее уменьшается, а вправо - увеличивается.Следует отметить, что интенсивность азимутального искривления существенно зависит от зенитного угла скважины и при малых зенитных углах может достигать весьма значительных величин, а это не дает полного представления о положении скважины. Для оценки общего искривления служит угол пространственного искривления j, показанный на рис. 2.2. В случае, если бы скважина, имеющая в точке А зенитный угол Qн и азимут aн, не искривлялась, то забой ее оказался бы в точке В, но за счет искривления фактически забой оказался в точке С, зенитный угол стал равным Qк, а азимут aк. Угол ВАС и является углом пространственного искривления. Отклонение скважин от проектного положения может происходить вследствие неправильного заложения оси скважины при забуривании или искривления в процессе бурения. В первом случае имеют место причины субъективного характера, которые могут быть легко устранены. Для этого необходимо обеспечить соосность фонаря вышки, проходного отверстия ротора и оси скважины; горизонтальность стола ротора, прямолинейности ведущей трубы, бурильных труб и УБТ согласно техническим условиям.

 

 

     Во втором случае действуют объективные причины, связанные с неравномерным разрушением породы на забое скважины. Каждая из этих причин проявляется в виде сил и опрокидывающих моментов, действующих на породоразрушающий инструмент. Все эти силы и моменты могут быть приведены к одной равнодействующей и главному моменту. При этом возможны четыре случая.

1. Все силы приводятся  к равнодействующей, совпадающей с осью скважины, момент отсутствует (рис. 2.3, а). В этом случае обеспечивается бурение прямолинейной скважины. Таким образом, если искривление нежелательно, то необходимо создать вышеприведенные условия, что, однако, трудно достижимо.

2. Все силы приводятся к равнодействующей, направленной под углом к оси скважины, момент отсутствует (рис. 2.3, б). Под действием боковой составляющей равнодействующей силы происходит фрезерование стенки скважины, а следовательно, искривление. Интенсивность искривления зависит от физико-механических свойств пород, боковой фрезерующей способности долота, механической скорости бурения и других факторов. Следует отметить, что при искривлении только за счет фрезерования стенки скважины имеют место резкие перегибы ствола, что приводит к посадкам инструмента при спуске и требует дополнительной проработки скважины.

3. Все силы приводятся  к равнодействующей, совпадающей  с осью породоразрушающего инструмента и к опрокидывающему моменту относительно его центра (рис. 2.3, в). Вследствие этого между осью скважины и осью инструмента образуется некоторый угол d, в результате чего и происходит искривление. Интенсивность искривления в этом случае практически не зависит от физико- механических свойств горных пород и фрезерующей способности долота, ось скважины представляет собой плавную линию близкую к дуге окружности, что облегчает все последующие работы.

4. Все силы приводятся  к равнодействующей, не совпадающей  с осью скважины, и к опрокидывающему  моменту (рис. 2.3, г). В этом случае искривление скважины происходит за счет совместного действия фрезерования стенки скважины и наклонного положения инструмента относительно оси скважины.Возникновение вышеуказанных сил и моментов, действующих на породоразрушающий инструмент, происходит из-за множества причин, не все из которых известны. Все они условно могут быть подразделены на три группы - геологические, технологические и технические.

        2.1.ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН

        Анализ искривления скважин показывает, что оно подчиняется определенным закономерностям, но для разных месторождений они различны и могут существенно отличаться. Однако можно сформулировать следующие общие закономерности искривления.