СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ И СПОСОБЫ ВСКРЫТИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ ПОСРЕДСТВОМ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 2002 года по МПК E21B7/04 E21B37/00 E21B43/24 

Изобретения относятся к области разработки месторождений углеводородов горизонтальными скважинами и могут быть использованы для добычи газа из гидратосодержащих залежей.

Известен способ сооружения горизонтальной скважины, согласно которому с одного из устьев забуривают и крепят вертикальное направление и кондуктор, при бурении набирают зенитный угол в азимуте, направленном на противоположное устье, выходят на горизонталь и бурят горизонтальный участок скважины на длину, обеспечивающую эффективную эксплуатацию месторождения, на проектном расстоянии с другого устья забуривают и крепят второе вертикальное направление и кондуктор, соединяют устья горизонтальным участком, пробуренный ствол скважины крепят эксплуатационной колонной, спускаемой с любого устья путем ее протаскивания по стволу с выходом на другое устье (Патент RU 2159317, Е 21 В 7/04, 43/20, 1999).

Известен способ вскрытия месторождения углеводородов горизонтальными скважинами, включающий бурение в продуктивном пласте по меньшей мере двух параллельных горизонтальных скважин, одна из них является нагнетательной, а другая - добывающей, или эксплуатационной (Патент USA 5273111, Е 21 В 43/30, 1992).

Известен способ эксплуатации горизонтальной скважины, заключающийся во вскрытии продуктивного пласта горизонтальными стволами, причем в верхние горизонтальные скважины нагнетается соответствующий рабочий агент, а из нижних горизонтальных добывающих скважин осуществляется отбор нефти (Патент USA 5273111, Е 21 В 43/30, 1992).

Однако указанные способы обладают низкой эффективностью при разработке месторождений газовых гидратов. Так, в способе сооружения горизонтальной скважины предлагается бурение одного горизонтального ствола, что не позволяет создать разветвленную сеть искусственных каналов, обеспечивающих циркуляцию рабочего агента в добывающих и нагнетательном стволах и непроницаемой на начальном этапе разработки залежи газовых гидратов. Техногенные последствия разработки значительны, так как сооружение одноствольных скважин многократно увеличивает площадь вскрытия неустойчивых горных пород в верхних горизонтах, особенно многомерзлотных, и число нефтепромысловых объектов: скважин, кустовых оснований, промысловых пунктов, технологических установок и трубопроводов.

В способе вскрытия месторождения углеводородов горизонтальными скважинами отсутствует возможность циркуляции рабочего агента через непроницаемые гидратонасыщенные горные породы, что исключает фильтрацию при доставке в скважину рабочего агента, например пара, или растворителя, например метанола.

В способе эксплуатации горизонтальной скважины расположение нагнетательной скважины над добывающей затруднит добычу газа, так как выделяющийся при разложении гидратов газ поднимается по растепленной поверхности, а вода скапливается в нижнем добывающем стволе, добываемый газ обводняется, образуя гидратные пробки в эксплуатационной колонне.

Задачей предлагаемой группы изобретений является повышение эффективности разработки месторождений газовых гидратов, а именно: повышение степени извлечения углеводородов за счет замкнутых искусственных фильтрационных каналов, использования двухустьевой многоствольной горизонтальной скважины для одновременной добычи углеводородов и нагнетания в продуктивный пласт рабочих агентов, в частности теплового агента или растворителя.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа однообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, а именно заявленная триада способов составляет целостный комплекс технологий по разработке месторождений углеводородов, причем каждый из заявленных объектов группы в приведенной последовательности предназначен для осуществления другого.

Поставленная задача достигается тем, что в способе сооружения горизонтальной скважины, согласно которому с одного из устьев забуривают и крепят вертикальное направление и кондуктор, при бурении набирают зенитный угол в азимуте, направленном на противоположное устье, выходят на горизонталь и бурят горизонтальный участок скважины на длину, обеспечивающую эффективную эксплуатацию месторождения, на проектном расстоянии с другого устья забуривают и крепят второе вертикальное направление и кондуктор, соединяют устья горизонтальным участком, пробуренный ствол скважины крепят эксплуатационной колонной, спускаемой с любого устья и протаскиваемой по стволу к другому устью, согласно изобретению выполняют вертикальные кондукторы с несколькими окнами в башмаке, причем для сбойки горизонтального участка со вторым устьем набирают зенитный угол по заданному радиусу до встречи с кондуктором, наводят долото на входное окно башмака кондуктора навигационными системами, установленными около окна башмака и в компоновке низа бурильной колонны.

Поставленная задача достигается также тем, что в способе вскрытия месторождения углеводородов горизонтальными скважинами, включающем бурение в продуктивном пласте по меньшей мере двух параллельных горизонтальных скважин, одна из них является нагнетательной, а другая - добывающей или эксплуатационной, согласно изобретению из кондукторов с окнами в башмаках забуривают горизонтальные нагнетательные и добывающие стволы, причем добывающий ствол располагают над нагнетательным или в окаймлении нагнетательных стволов, при бурении под эксплуатационную колонну горизонтальный участок бурят на длину, обеспечивающую эффективное разложение газовых гидратов под воздействием рабочего агента и транспортировку газа по добывающему стволу на дневную поверхность, каждый из горизонтальных стволов связан кондуктором со вторым устьем, причем для прогрева эксплуатационной колонны нагнетательными стволами кондукторы на обоих устьях обсаживают трубами диаметром D≥D_д+2d_н+4Δ, где D_д и d_н - диаметры эксплуатационной колонны добывающего и нагнетательного стволов горизонтальной скважины, Δ - технологический зазор между стенками эксплуатационных колонн добывающего и нагнетательных стволов и кондуктора, причем в башмаках кондукторов выполняют окна, соответствующие диаметрам и числу стволов горизонтальной скважины, эксплуатационную колонну добывающего ствола располагают в центре башмака кондуктора для лучшего прогревания нагнетательными стволами и снижения вероятности гидратообразования, стволы горизонтальной скважины крепят эксплуатационными колоннами, спускаемыми с любого устья вместе с пакерами для установки в кровле залежи и противопесочными фильтрами, в горизонтальном участке, тем же способом крепят нагнетательные стволы.

Поставленная задача достигается также тем, что в способе эксплуатации горизонтальной скважины, включающем вскрытие продуктивного пласта горизонтальным стволом, согласно изобретению после установки оборудования для отбора газа и нагнетания рабочего агента на устьях освоение горизонтальной скважины начинают с циркуляции рабочего агента в добывающем и нагнетательных стволах, причем направление закачки пара периодически меняют для предотвращения образования гидратов и интенсификации воздействия на эксплуатационный элемент до восстановления требуемой проницаемости околоскважинного пространства, переходят на режим добычи газа из обоих устьев добывающего ствола и закачки рабочего агента через нагнетательные стволы в продуктивный пласт.

В предпочтительных вариантах:
- для увеличения объема разложения газовых гидратов бурят нагнетательные стволы с любого устья или другой горизонтальной скважины под добывающим стволом вкрест простирания вертикальной плоскости, проходящей через ось добывающего ствола;
- при возникновении гидратной пробки продолжают добывать газ из дальнего устья, а через ближнее ликвидируют гидратную пробку;
- после прекращения эксплуатации месторождения или его части закачивают агент, легко проникающий в поровое пространство выработанного пласта через добывающий и нагнетательные стволы и придающий горным породам термодинамические и физические свойства, соответствующие начальным, для предупреждения техногенных последствий разработки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показано расположение нагнетательных и добывающего стволов горизонтальной скважины при разработке месторождения газовых гидратов, на фиг.2 изображена схема сооружения горизонтальной скважины; на фиг.3 показан пример разработки месторождения газовых гидратов горизонтальной скважиной; на фиг.4 рассмотрено а и б - вскрытие, в - эксплуатация, г - ремонт и д - ликвидация техногенных последствий разработки месторождения газовых гидратов.

На фиг.1-4 цифрами обозначены: 1 - эксплуатационный элемент месторождения газовых гидратов; 2 - продуктивный пласт; 3 - добывающий ствол горизонтальной скважины; 4-7 - нагнетательные стволы горизонтальной скважины; 8 - устье горизонтальной скважины; 9 - вертикальное направление; 10 -вертикальный кондуктор; 11 - второе устье; 12 - второе вертикальное направление; 13 - второй вертикальный кондуктор; 14 - башмаки кондукторов; 15 - входное окно кондуктора; 16 - эксплуатационная колонна; 17 - долото, 18 - навигационная система компоновки низа бурильной колонны; 19 - навигационная система у входного окна; 20 - пакер; 21 - противопесочные фильтры; 22 - компоновки низа бурильной колонны; 23 - оборудование для отбора газа; 24 - оборудование для нагнетания рабочего агента; 25 - гидратная пробка.

Способ сооружения, вскрытия и эксплуатации горизонтальных скважин в газогидратном пласте осуществляют следующим образом.

Месторождение газовых гидратов разбивают на эксплуатационные элементы 1. С устья 8 забуривают и крепят вертикальное направление 9 и кондуктор 10, при бурении набирают зенитный угол в азимуте, направленном на противоположное устье 11, выходят на горизонталь и бурят горизонтальный участок 3 на длину, обеспечивающую эффективную эксплуатацию месторождения, на проектном расстоянии с устья 11 забуривают и крепят второе вертикальное направление 12 и кондуктор 13, соединяют устья горизонтальным участком, пробуренный ствол скважины крепят эксплуатационной колонной 16, спускаемой с любого устья и протаскиваемой к выходу на другое устье, причем выполняют вертикальные кондукторы 10 и 13 с несколькими окнами в башмаках 14, для сбойки горизонтального участка с устьем 11 набирают зенитный угол по заданному радиусу R до встречи с кондуктором 13, наводят долото 17 на входное окно 15 навигационными системами 18 и 19, установленными у окна 15 и в компоновке низа бурильной колонны 22.

Вскрытие эксплуатационного элемента 1 месторождения газовых гидратов предусматривает бурение в продуктивном пласте 2 по меньшей мере двух параллельных горизонтальных скважин: нагнетательной 5 и добывающей или эксплуатационной 3. Из кондукторов 10 и 13 с окнами в башмаках 14 забуривают нагнетательные и добывающие стволы, причем добывающий ствол 3 располагают над нагнетательным 5 или в окаймлении нагнетательных стволов 4, 5 и 6, при бурении под эксплуатационную колонну горизонтальный участок бурят на длину, обеспечивающую эффективное разложение газовых гидратов под воздействием рабочего агента и транспортировку газа по добывающему стволу на дневную поверхность, каждый из горизонтальных стволов связан кондуктором 13 с устьем 11, причем обсаживают кондукторы 10 и 13 для прогрева эксплуатационной колонны нагнетательными стволами обсадными трубами диаметром D≥D_д+2d_н+4Δ, где D_д и d_н - диаметры эксплуатационной колонны добывающего и нагнетательного стволов горизонтальной скважины, Δ- технологический зазор между стенками эксплуатационных колонн добывающего и нагнетательных стволов и кондуктора, причем в башмаках кондукторов выполняют окна, соответствующие диаметрам и числу стволов горизонтальной скважины, эксплуатационную колонну добывающего ствола располагают в центре башмака кондуктора для лучшего прогревания нагнетательными стволами и снижения вероятности гидратообразования, стволы горизонтальной скважины крепят эксплуатационными колоннами, спускаемыми с любого устья вместе с пакерами 20 для установки в кровле залежи и противопесочными фильтрами 21 - в горизонтальном участке, тем же способом крепят нагнетательные стволы 4, 5 и 6. Указанное соотношение удовлетворяет условиям прогрева эксплуатационной колонны нагнетательными.

Эксплуатация горизонтальной скважины включает вскрытие продуктивного пласта 2 горизонтальным стволом и установку оборудования для отбора газа 23 и нагнетания рабочего агента 24 на устьях 8 и 11. Освоение горизонтальной скважины начинают с циркуляции рабочего агента в добывающем 3 и нагнетательных 4, 5 и 6 стволах, причем направление закачки пара периодически меняют для предотвращения образования гидратов и интенсификации воздействия на эксплуатационный элемент 1 до восстановления требуемой проницаемости околоскважинного пространства, переходят на режим добычи газа на устьях 8 и 11 из добывающего ствола 3 и закачки рабочего агента через нагнетательные стволы 4, 5 и 6 в продуктивный пласт 2.

Для увеличения объема разложения газовых гидратов бурят нагнетательные стволы 7 с любого устья или другой горизонтальной скважины под добывающим стволом 3 вкрест простирания вертикальной плоскости, проходящей через ось добывающего ствола 3.

При возникновении гидратной пробки 25 продолжают добывать газ из дальнего устья, а через ближнее - ликвидируют гидратную пробку.

После прекращения эксплуатации элемента 1 закачивают в пласт 2 агент, легко проникающий в поровое пространство выработанного пласта через добывающий и нагнетательные стволы и придающий горным породам термодинамические и физические свойства, соответствующие начальным, для предупреждения техногенных последствий разработки.

Таким образом, основным техническим результатом промышленного использования предложенного способа добычи газовых гидратов горизонтальной скважиной является создание замкнутой системы циркуляции рабочего агента, восстанавливающей проницаемость порового пространства и увеличивающей объем разложения газовых гидратов со значительным экологическим эффектом.

Изобретение относится к разработке месторождений углеводородов горизонтальными скважинами и может быть использовано для добычи газа из гидратосодержащих залежей. Задачей предлагаемой группы изобретений является повышение эффективности разработки месторождений газовых гидратов, а именно: повышение степени извлечения углеводородов за счет замкнутых искусственных фильтрационных каналов, использования двухустьевой многоствольной горизонтальной скважины для одновременной добычи углеводородов и нагнетания в продуктивный пласт рабочих агентов, в частности теплового агента или растворителя. Поставленная задача достигается тем, что при сооружении двухустьевой многоствольной горизонтальной скважины вертикальные кондукторы на устье скважины выполняют с несколькими окнами в башмаке, причем для сбойки горизонтального участка со вторым устьем набирают зенитный угол по заданному радиусу до встречи с кондуктором, а наводят долото на входное окно башмака кондуктора посредством навигационной системы. Вскрывают месторождение горизонтальными нагнетательными и добычными стволами, причем последние располагают над нагнетательными или в окаймлении нагнетательных стволов, при этом с целью исключения образования газовых гидратов эксплуатационную колонну добывающего ствола располагают с возможностью ее прогревания нагнетательными стволами, а при эксплуатации горизонтальной скважины ее освоение начинают с циркуляции рабочего агента в добывающем и нагнетательных стволах, причем направление закачки пара периодически меняют, после чего переходят на режим добычи газа из обоих устьев добывающего ствола и закачки рабочего агента через нагнетательные стволы в продуктивный пласт. 3 с. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ сооружения горизонтальной скважины, согласно которому с одного из устьев забуривают и крепят вертикальное направление и кондуктор, при бурении набирают зенитный угол в азимуте, направленном на противоположное устье, выходят на горизонталь и бурят горизонтальный участок скважины на длину, обеспечивающую эффективную эксплуатацию месторождения, на проектном расстоянии с другого устья забуривают и крепят второе вертикальное направление и кондуктор, соединяют устья горизонтальным участком, пробуренный ствол скважины крепят эксплуатационной колонной, спускаемой с любого устья и протаскиваемой по стволу к другому устью, отличающийся тем, что выполняют вертикальные кондукторы с несколькими окнами в башмаке, причем для сбойки горизонтального участка со вторым устьем набирают зенитный угол по заданному радиусу до встречи с кондуктором, наводят долото на входное окно башмака кондуктора навигационными системами, установленными около окна башмака и в компоновке низа бурильной колонны. 2. Способ вскрытия месторождения углеводородов горизонтальными скважинами, включающий бурение в продуктивном пласте по меньшей мере двух параллельных горизонтальных скважин, одна из них является нагнетательной, а вторая - добывающей или эксплуатационной, отличающийся тем, что из кондукторов с окнами в башмаках забуривают горизонтальные нагнетательные и добывающие стволы, причем добывающий ствол располагают над нагнетательным или в окаймлении нагнетательных стволов, при бурении под эксплуатационную колонну горизонтальный участок бурят на длину, обеспечивающую эффективное разложение газовых гидратов под воздействием рабочего агента и транспортировку газа по добывающему стволу на дневную поверхность, каждый из горизонтальных стволов связан кондуктором со вторым устьем, причем для прогрева эксплуатационной колонны нагнетательными стволами кондукторы на обоих устьях обсаживают трубами диаметром D≥D_д+2d_н+4Δ, где D_д и d_н - диаметры эксплуатационной колонны добывающего и нагнетательного стволов горизонтальной скважины, Δ - технологический зазор между стенками эксплуатационных колонн добывающего и нагнетательных стволов и кондуктора, причем в башмаках кондукторов выполняют окна, соответствующие диаметрам и числу стволов горизонтальной скважины, эксплуатационную колонну добывающего ствола располагают в центре башмака кондуктора для его прогревания нагнетательными стволами и снижения вероятности гидратообразования, стволы горизонтальной скважины крепят эксплуатационными колоннами, спускаемыми с любого устья вместе с пакерами для установки в кровле залежи и противопесочными фильтрами - в горизонтальном участке, тем же способом крепят нагнетательные стволы. 3. Способ эксплуатации горизонтальной скважины, включающий вскрытие продуктивного пласта горизонтальным стволом, отличающийся тем, что после установки оборудования для отбора газа и нагнетания рабочего агента на устьях освоение горизонтальной скважины начинают с циркуляции рабочего агента в добывающем и нагнетательных стволах, причем направление закачки пара периодически меняют для предотвращения образования гидратов и интенсификации воздействия на эксплуатационный элемент до восстановления требуемой проницаемости околоскважинного пространства, переходят на режим добычи газа из обоих устьев добывающего ствола и закачки рабочего агента через нагнетательные стволы в продуктивный пласт. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что для увеличения объема разложения газовых гидратов бурят нагнетательные стволы с любого устья или другой горизонтальной скважины под добывающим стволом вкрест простирания вертикальной плоскости, проходящей через ось добывающего ствола. 5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при возникновении гидратной пробки продолжают добывать газ из дальнего устья, а через ближнее ликвидируют гидратную пробку. 6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что после прекращения эксплуатации месторождения или его части закачивают агент, легко проникающий в поровое пространство выработанного пласта через добывающий и нагнетательные стволы и придающий горным породам термодинамические и физические свойства, соответствующие начальным, для предупреждения техногенных последствий разработки.