Технология и типы наклонно-направленного бурения

Наклонно-направленным бурением называют формирование так называемых буровых стаканов, отклоняющихся от вертикальной оси на определенное количество градусов, в зависимости от способа их создания.

Скважины с искривленной конструкцией

Для бурения наклонных и горизонтальных скважин необходимо, чтобы направление движения бура отклонялось на два градуса и более при вращательном способе, и более чем на шесть градусов при глубоком бурении.

Отклонение от вертикальной оси скважины может быть спровоцировано естественными или искусственными факторами.

Естественное отклонение может быть вызвано погодными, геологическими и сейсмическими условиями. Искусственное отклонение от вертикали является принудительным. Если во время бурения есть возможность контролировать угол движения бура, такое строение скважины считается наклонным.

Направленное бурение скважин может быть многозабойным и однозабойным. В первом случае выполняют главный ствол, затем от него вертикально или под наклоном делают несколько дополнительных забоев, во втором же – с помощью оборудования изначально задается необходимый угол скважины, и бурение выполняется в один заход под необходимым наклоном.

Профили наклонно-направленной скважины

Наклонное бурение скважин имеет несколько профилей.

Для организации технически правильного бурения, необходимо заранее очертить участки будущего забоя, его глубину и положение.

Профили бурения могут быть следующими:

• Наклонный участок – отрезок первого прохождения бура, который отклоняется на один-два градуса.
• Участок набора угла – следующий за наклонным отрезок, на котором угол бурения искривляется и становится круче.
• Прямолинейный участок – после набора угла делается небольшой отрезок прямой линией, как бы продолжающий направление крутого угла.
• Отрезок снижения угла наклона – бур направляется в сторону уменьшения угла, вплоть до самой глубокой точки забоя.

Независимо от конструкции профиля, верхняя часть забоя всегда должна быть вертикальной. При геологических исследованиях бурение наклонных скважин выполняют шпинделями с поверхности грунта. Сначала стакан забоя имеет прямое направление, которое задается шпинделем, затем в результате анизотропии разбуриваемого грунта, линия будет отклоняться от первоначально заданного движения.

При отклонении более чем на пятьдесят градусов, объем бурения возрастает в результате ограничения традиционных способов геологического исследования через кабель, погружаемый в скважину.

По этим причинам востребованными стали технологии, позволяющие исследовать почву без пропускания кабеля, но с использованием систем, доставляемых буровым инструментом.

Способ искусственного искривления

Искусственное искривление оси бурового стакана применимо, когда необходимо бурение нефтяных или газовых скважин. Искусственное отклонение подразделяют на кустовое и многозабойное. Такой способ успешно применяется в следующих случаях:

• Для работы с глубинными слоями под спусками;
• При отклонении выполненного ствола;
• При залегании нефти под слоем соляных залежей;
• При необходимости обхода осыпающихся мест;
• Для вскрытия слоев, находящихся под дном водоема;
• При строительстве забоя на слои под жилыми домами;
• При невозможности устранения засыпанной скважины;
• Для ухода в сторону с новым направлением;
• Для экономии времени на разбуривание;
• При бурении кустовым методом на равнинной территории;
• При прохождении пласта угля для дегазификации.

Для процесса принудительного искривления необходимы специальные двигатели, в числе которых электробур, турбобур и винтовой двигатель.

Методы принудительного искривления

Принудительное отклонение выполняется, в основном, тремя способами:

• Способом типовых трасс;
• Управлением разными буровыми инструментам;
• Использованием неровных ниппелей.

Способ типовых трасс

В первом случае используется регулярность естественного отклонения на необходимом участке работы. Бурение планируют на профилях, сооруженных заранее по собранной информации о естественном отклонении скважин. Такой метод целесообразно применять на хорошо изученной местности, к тому же, кривизна забоя не нуждается в контроле – необходимо лишь приноровиться к прохождению естественного отклонения.

Отрицательной стороной способа считается увеличение затрат на строительство конструкции из-за повышения объема бурения. По ранее подготовленным скважинам на каждом участке выделяют места наибольшей интенсивности отклонения, а по полученной информации составляют профили.

Сочетание буровых инструментов

Управлять отклонением и искажением можно и с помощью сочетания разных буровых инструментов. Меняя порядок применения разных инструментов, можно определить и изменить направление ствола. Метод удобен для прохождения скважины в заданном направлении, позволяет отказаться от использования специальных инструментов-отклонителей.

Съемный клин-отклонитель

Среди недостатков метода можно отметить лишь то, что он значительно ограничен в применении ускоренного режима бурения.

Применение специальных ниппелей

Наклонное бурение с применением специальных неровных ниппелей и прочих приспособлений, применимое только при условии их прохождения в определенном участке территории. Применяется редко.

Методы бурения

Бурение газовых и нефтяных скважин в наклонно-направленной технике подразумевает заранее спроектированное отклонение оси ствола от вертикальной оси в сторону необходимой кривой.

С основания такие скважины забуривают вертикально, затем отклоняют в нужном направлении, максимальный угол составляет девяносто градусов. Забой может быть смещен под прямым углом к вертикали, потому применяются многозабойные и кустовые методы бурения.

Кустовое бурение

Такое название метод носит по той причине, что готовая схема устьев и забоев напоминает собой своеобразный куст. К одному устью сходятся скважины из нескольких забоев, сгруппированных на одной площадке. В случае такого метода значительно сокращаются монтажные и подготовительные работы, снижается количество рабочих транспортных сообщений, линий электропередач и подачи воды.

Особенностью кустового способа является определенное условие строительства скважины. В частности, важнейшим условием является отсутствие пересечения стволов между собой.

Недостатки способа:

• Требуется прекращение работы скважин до завершения строительства определенной конструкции в целях противопожарной безопасности.
• Высокий риск пересечения проделанных стаканов.
• Капитальный ремонт такой конструкции достаточно сложен.
• При подводном бурении сложно устранить грифоны.

Кустовое бурение используется в тех случаях, когда требуется повышение нефте- и газоотдачи в продуктивной территории, либо при возобновлении работы неработающей скважины. Строительство скважины кустовым способом может быть трехствольным, двуствольным параллельным, двуствольным последовательным.

Конструкция куста имеет конический вид с вершиной в виде кустовой площадки. Объем монтажных и подготовительных работ зависит от размещения устья куста, также от этого зависит и площадь территории для будущего отчуждения от куста. Максимальная эффективность такого способа бурения достигается в условиях болотистой местности.

Многозабойный способ

Такой способ заключается в проведении двух стволов из главного забойного стакана, при этом главный ствол используется не единожды.

В таком случае растет рабочая площадь и поверхность фильтрации, но сокращаются объемы бурильной работы в поверхностном пласте.

В зависимости от вспомогательных стволов возможны следующие виды многозабойной конструкции:

• Радиальная – горизонтальный главный ствол и радиальные – вспомогательные.
• Разветвленная – состоит из наклонных двух стволов и наклонного главного.
• Горизонтально разветвленная – похожа на предыдущий тип, но угол вспомогательных стволов составляет девяносто градусов.

Выбор типа многозабойной конструкции определяется формой конструкции вспомогательных стволов и их размещением в пространстве.

Наклонный способ

Для выполнения наклонной методики бурения необходимы следующие инструменты и материалы:

Буровой земляной инструмент:

• Тесак;
• Балка;
• Бечевка;
• Длинный буровой направляющий штырь;
• Кабель;
• Обсадные трубы;
• Металлический трос.

Такой способ чаще всего используется при ремонте коммуникаций, особенно в тех случаях, когда жилое здание уже сооружено, но необходимо провести канализацию или водопровод через фундамент. Чтобы избежать рытья глубоких траншей, используют наклонное бурение. Для начала рассчитывают угол наклона так, чтоб нижняя часть шурфа совпадала с концом закладной трубы.

Земляной бур устанавливают в заранее выбранное место и сразу придают ему желаемый угол наклона с помощью поперечной балки, уложенной на траншею. На бур устанавливают направляющий штырь, позволяющий сохранить заданное перед началом работы направление, и начинают сверление отверстия. Здесь требуется непрерывный контроль процесса, так как при заглублении или отклонении от нужной траектории следует подтесывать стенки шурфа.

Когда шурф готов, в него опускают обсадную трубу, повторяющую диаметр скважины.

Структура обсадной трубы

В трубу пропускают кабель и металлический трос, затем с помощью троса протаскивают в трубу необходимый кабель или шланг. К тросу привязывают бечевку, с помощью которой при необходимости трос тянут назад.

Если в трубе размещен силовой трос, шланг или кабель легко поддаются замене. В этом случае можно справиться только с помощью одного лишь наклонного сверления, при этом рыть глубокую траншею и нарушать целостность фундамента не придется.

Заключение

Методы искусственного искривления прохода забоя позволяют работать в таких условиях, которые непригодны для прямого глубокого или поверхностного бурения. Наклонно-направленные способы позволяют сохранить пласт над забоем, избежав его нарушения. Это имеет огромное значение для сохранения целостности окружающей среды, позволяя в то же время выполнить все необходимые работы.

Современное оборудование позволяет выполнять направленное бурение скважин так же просто, как и обычное вертикальное.

Видео по теме: Бурение горизонтального участка