СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА МНОГОЗАБОЙНОЙ СКВАЖИНЫ Российский патент 2012 года по МПК E21B7/08 E21B43/10 E21B47/02 

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации многозабойных горизонтальных скважин и предназначено для разработки сложнопостроенных газовых и нефтяных залежей с трудноизвлекаемыми запасами углеводородов.

Известен способ строительства и эксплуатации многозабойной горизонтальной скважины, включающий забуривание ответвлений от основного ствола с горизонтальным окончанием и спуском хвостовика (см. Григорян A.M. Вскрытие пластов многозабойными и горизонтальными скважинами. М.: Недра. 1969 г., с.31).

Данный способ не обеспечивает избирательного доступа в каждый боковой ствол и надежного контроля за состоянием каждого бокового ствола для предотвращения ухудшения всей разветвленной системы в случае истощения одного из боковых стволов или прорыва в него воды или газа.

Также известен способ строительства многозабойной скважины, включающий бурение основного ствола скважины, спуск в него обсадной колонны, ее цементирование, жесткое закрепление установочной распорной втулки в основном стволе скважины в месте намеченного ответвления бокового ствола, установку в нее клина с продольным каналом, вырезку бокового окна в обсадной колонне основного ствола скважины, бурение через него бокового ствола, спуск в боковой ствол на колонне труб хвостовика с направляющим башмаком на нижнем конце, с дальнейшим его цементированием (RU 2149247, E21B 7/04, 1999 г.).

Однако известный способ предполагает при каждом спуске инструмента в ответвление устанавливать направляющее устройство и не обеспечивает ориентации бурильного инструмента, хвостовика и насосно-компрессорных труб в ответвленных стволах. Кроме того, установка направляющего устройства предполагает дополнительные спуски и подъемы колонны бурильных труб и манипуляции в обсадной колонне (закрепление распорной втулки, установка клина, вырезание окна в обсадной колонне), что усложняет способ.

Также известен бесклиновой способ бурения многозабойной скважины, включающий бурение основного и дополнительных стволов, при этом после окончания бурения очередного дополнительного ствола, пробуренного с забоя основного ствола, поинтервально углубляют забой основного ствола, при этом радиусы забуривания основного и дополнительного стволов равны между собой, а все дополнительные стволы бурят компоновкой для набора зенитного угла не менее 90° с отклонителем или кривым переводником, а поинтервальное углубление забоя основного ствола производят прямой компоновкой (RU №2270908, E21B 7/06, 2006 г.).

Недостаток указанного способа заключается в том, что его можно применять только в крепких горных породах, не склонных к осыпанию стенки ствола скважины и обеспечивающих надежный ориентированный вход в боковой ствол. Поинтервальное углубление забоя основного ствола по окончании бурения очередного дополнительного усложняет как процесс проводки скважин, так и их взаимное ориентирование.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является способ строительства многозабойной скважины, включающий бурение основного и дополнительных стволов компоновками низа бурильной колонны с телеметрической системой, спуск и крепление в обсадной колонне хвостовика с предварительно созданными окнами в заданном направлении и доступ в боковой ствол путем возвращения отклоняющего инструмента (уипсток) в «оконное» соединение (Инструкция по безопасности производства работ при восстановлении бездействующих нефтегазовых скважин методом строительства дополнительного наклонно-направленного или горизонтального ствола скважины. РД 08-625-03. Раздел 12.2. Технико-технологические мероприятия по проводке стволов и ответвлений. С.103-109).

Недостатком указанного способа является сложность его осуществления, обусловленная необходимостью для доступа в боковые стволы осуществлять возвращение отклоняющего инструмента (уипсток) в «оконное» соединение, а также невысокая надежность взаимного ориентирования основного ствола и боковых отводов, поскольку контроль и ориентация производятся с помощью стационарного установленного в обсадной колонне защелочного соединения.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности строительства многозабойной скважины и упрощение технологии проводки боковых стволов за счет исключения спуско-подъемных операций для установки отклоняющего устройства и обеспечения достоверной взаимной ориентации основного и боковых стволов.

Поставленная задача решается тем, что способ строительства многозабойной скважины включает бурение основного ствола скважины, спуск в него обсадной колонны и ее цементирование, спуск и крепление в обсадной колонне хвостовика с предварительно сформированными на его поверхности, по меньшей мере, двумя окнами для боковых стволов и установленным перед каждым окном одним электрическим разделителем на расстоянии друг от друга, равном длине последующего проектируемого бокового ствола, и электрическим разделителем, установленным перед передним окном на расстоянии, равном длине первого проектируемого бокового ствола скважины, затем на устье скважины производят сборку компоновки низа бурильной колонны, состоящей из центраторов и телеметрической системы для организации электромагнитного канала связи с устьем, производят спуск указанной компоновки в интервал размещения электрического разделителя последнего бокового окна, осуществляют пуск бурового насоса и фиксацию посредством центраторов телеметрической системы с обсадной колонной, осуществляют прием электромагнитных сигналов на устье скважины и по полученным данным об угле установки отклонителя забойного двигателя путем вращения колонны бурильных труб устанавливают отклонитель в заданном азимутальном направлении для ориентированного входа в окно хвостовика и бурения из окна хвостовика горизонтального ствола, по окончании которого производят спуск следующего хвостовика меньшего диаметра с искривленным на заданный угол окончанием, снабженного центраторами, установленными до и после промежуточного электрического разделителя, телеметрической системой, установленной над пакером, и разъединительным устройством, в интервал размещения предыдущего электрического разделителя основного хвостовика, производят фиксацию с его внутренней стенкой посредством центраторов и повторяют операции по получению электромагнитных сигналов и установке искривленного окончания в заданное азимутальное направление для входа в окно хвостовика, по окончании разбуривания и крепления всех запланированных боковых стволов производят спуск насосно-компрессорных труб с размещенными на них автономными скважинными приборами с электромагнитным каналом связи и шунтирующими центраторами, установленными против соответствующих электрических разделителей, при этом на конце насосно-компрессорных труб устанавливают искривленное на заданный угол окончание для ввода в хвостовик меньшего диаметра.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен процесс ориентируемого ввода отклонителя с забойным двигателем в дальний боковой ствол; на фиг.2 представлен процесс ориентируемого ввода искривленного окончания хвостовика малого диаметра в дальний боковой ствол; на фиг.3 представлен процесс ориентируемого ввода искривленного окончания хвостовика малого диаметра в ближний боковой ствол; на фиг.4 и 5 схематично изображен процесс установки автономных скважинных приборов и эксплуатации многозабойной интеллектуальной скважинной системы с боковыми стволами, расположенными в вертикальной и горизонтальной плоскостях соответственно.

На чертежах приняты следующие обозначения:

1 - обсадная колонна;

2 - хвостовик;

3 - дальнее окно;

4 - ближнее окно;

5 - электрический разделитель перед дальним окном;

6 - электрический разделитель перед ближним окном;

7 - дальний боковой ствол;

8 - электрический разделитель хвостовика;

9 - ближний боковой ствол;

10 - буровая установка;

11 - компоновка низа бурильной колонны;

12 - телеметрическая система с электромагнитным каналом связи;

13 - центраторы телеметрической системы;

14 - электрический разделитель телеметрической системы;

15 - отклонитель забойного двигателя;

16 - долото;

17 - колонна бурильных труб;

18 - буровой насос;

19 - электромагнитный канал связи;

20 - наземная антенна;

21 - приемное устройство;

22 - дальний хвостовик малого диаметра;

23 - пакер;

24 - разъединительное устройство;

25 - искривленное окончание дальнего хвостовика малого диаметра;

26 - искривленное окончание ближнего хвостовика малого диаметра;

27 - ближний хвостовик малого диаметра;

28 - устье скважины;

29 - насосно-компрессорные трубы;

30 - автономный скважинный прибор с электромагнитным каналом связи;

31 - шунтирующие центраторы;

32 - нижний нефтяной пропласток;

33 - средний нефтяной пропласток;

34 - верхний нефтяной пропласток;

35 - кровля нефтяного пласта;

36 - ствол под обсадную колонну;

37 - основной горизонтальный ствол;

38 - нижний боковой горизонтальный ствол;

39 - верхний боковой ствол;

40 - хвостовик нижнего бокового горизонтального ствола;

41 - искривленное окончание хвостовика малого диаметра;

42 - хвостовик верхнего бокового горизонтального ствола.

Предлагаемый способ геонавигации многозабойной скважины осуществляют следующим образом.

После спуска и крепления в обсадной колонне 1 хвостовика 2 с заранее вырезанными и установленными в заданном направлении окнами 3 и 4 с установленными перед ними электрическими разделителями 5 и 6 на расстоянии между ними, равном длине проектируемого бокового ствола 7, и с электрическим разделителем 8, установленным от электрического разделителя 6 на расстоянии, равном длине проектируемого ближнего бокового ствола 9, на буровой установке 10 собирается компоновка низа бурильной колонны 11 с телеметрической системой с электромагнитным каналом связи 12 и с центраторами 13, установленными по обе стороны электрического разделителя 14 для определения посредством телеметрической системы 12 места выхода из окон 3 и 4 и набора проектных параметров кривизны отклонителем забойного двигателя 15 с долотом 16. Компоновку низа бурильной колонны 11 на колонне бурильных труб 17 спускают в интервал электрического разделителя 5 перед боковым окном 3 хвостовика 2, пуском бурового насоса 18 обеспечивают выработку электричества генератором телеметрической системы 12 или запуск батарейного питания (на фиг.1 и 2 не показано), организуется передача электромагнитного сигнала 19 от электрического разделителя 14 телеметрической системы 12 к электрическому разделителю 5 хвостовика 2 посредством контакта центраторов 13 телеметрической системы 12 с внутренней стенкой хвостовика 2 выше и ниже электрического разделителя 5 и обеспечивается условие приема электромагнитных сигналов 19 на наземную антенну 20 и приемное устройство 21, где обрабатываются данные угла установки отклонителя - забойного двигателя 15, выдаются на экран монитора и печатающее устройство (на фиг.1 и 2 не показано). По данным угла установки отклонителя забойного двигателя 15, получаемым с телеметрической системы 12, путем вращения колонны бурильных труб 17 устанавливается отклонитель забойного двигателя 15 в требуемом азимутальном направлении и осуществляется ориентированные вход в окно 3 и бурение из окна 3 хвостовика 2 бокового горизонтального ствола 7 (фиг.1).

После бурения бокового горизонтального ствола 7 из бокового окна 3 хвостовика 2 спускается хвостовик малого диаметра 22. Спуск хвостовика 22 осуществляется на колонне бурильных труб 17 с установкой телеметрической системы 12 над пакером 23 и разъединительным устройством 24. Телеметрическая система 12, установленная над хвостовиком малого диаметра 22, спускается в интервал электрического разделителя 6 хвостовика 2, пуском бурового насоса 18 обеспечивается выработка электроэнергии генератором телеметрической системы 12 или включение батарейного питания, организуется передача электромагнитного сигнала 19 от электрического разделителя 14 телеметрической системы 12 к электрическому разделителю 6 хвостовика 2 посредством контакта центраторов 13 телеметрической системы 12 с внутренней стенкой хвостовика 2, установленных выше и ниже электрического разделителя 6, и обеспечивается прием электромагнитных сигналов 19 на наземную антенну 20 и приемное устройство 21, где они обрабатываются и выдаются на экран монитора и печатающего устройства. По данным угла установки искривленного окончания 25 хвостовика малого диаметра 22, получаемым с телеметрической системы 12, путем вращения колонны бурильных труб 17 искривленное окончание 25 входит в боковое окно 3, обеспечивая прохождение хвостовика малого диаметра 22 в боковой ствол 7 и крепление пакером 23. Посредством разъединительного устройства 24 колонной бурильных труб 17 производится отворот телеметрической системы 12 и подъем ее на поверхность. Ориентирование отклонителя - забойного двигателя 15 при бурении следующего бокового ствола 9, ориентирование искривленного окончания 26 ближнего хвостовика малого диаметра 27 и ввод хвостовика малого диаметра 27 в боковой ствол 9 осуществляется таким же способом, но с использованием электрического разделителя 8 хвостовика 2 для передачи информации на поверхность по электромагнитному каналу связи 19 (фиг.2 и 3).

После окончания геонавигации многозабойной скважины для организации ее интеллектуального заканчивания при помощи насосно-компрессорных труб 29 напротив каждого электрического разделителя 5, 6 и 8 устанавливается автономный скважинный прибор 30 с устройствами электропитания, измерения и передачи глубинной информации с использованием электромагнитного канала связи 19 на поверхность в процессе эксплуатации многозабойной скважины. Шунтирующие центраторы 31, перекрывающие электрические разделители 5, 6 и 8, обеспечивают электрическую цепь по хвостовику 2 и колонне обсадных труб 1 от автономных скважинных приборов 30 до устья 28 многозабойной скважины. Электромагнитные сигналы 19 принимаются наземной антенной 20 с приемным устройством 21, где он обрабатывается, и забойная информация выдается на экран монитора и печатающее устройство (фиг.4).

Боковые стволы могут располагаться в любом направлении, в том числе и в вертикальной плоскости (фиг.5). Хвостовик 2 в местах установки электрических разделителей 5, 6 и 8, центраторы 13 и шунтирующие центраторы 31, изготовленные из диамагнитных сталей, обеспечивают измерение магнитным датчиком вектора естественного магнитного поля Земли, направленного на северный магнитный меридиан с целью определения телеметрической системой 12 или автономным скважинным прибором 30 угла установки отклонителя - забойного двигателя 15, искривленного окончания 25 и 26 хвостовиков малого диаметра 22 и 27 (фиг.1-5).

Ниже приведен пример возможной реализации способа на Самотлорском месторождении.

Рассмотрим залежь нефти в пласте AB_1-2, состоящую из трех изолированных нижнего 32, среднего 33 и верхнего 34 пропластков (фиг.5). После вскрытия кровли 35 нефтяного пласта AB_1-2,, крепления ствола 36 обсадной колонной 1 и бурения основного горизонтального ствола 37 в нижнем нефтяном пропластке 32 спускается хвостовик 2 с внутренним диаметром D=0,15 м с ориентирумыми в заданном направлении окнами 3 и 4 и с установленными перед ними электрическими разделителями 5 и 6, отстоящими друг от друга на расстоянии l_дл=150 м, равном длине проектируемого нижнего бокового ствола 38, и с электрическим разделителем 8, установленным от электрического разделителя 6 на расстоянии l_бл=250 м, равном длине проектируемого верхнего бокового ствола 39. По данным угла установки отклонителя забойного двигателя 15, получаемым с телеметрической системы 12 посредством электрического разделителя 5, путем вращения колонны бурильных труб 17 устанавливается отклонитель - забойный двигатель 15 в требуемом положении и осуществляется ориентированный вход в окно 3 и бурение из окна 3 хвостовика 2 нижнего бокового горизонтального ствола 38 в нефтяном пропластке 33 (фиг.1 и 5). Телеметрическая система 12 устанавливается над хвостовиком 40 с внешним диаметром d=0,127 м нижнего бокового ствола 38, спускается в интервал электрического разделителя 6 хвостовика 2 и обеспечивает ориентирование искривленного на величину δ=arcsin [(D-d)/l]=arcsin [(0,15-0,127)1]=1,3 град окончания 41 длиной l=1 м хвостовика малого диаметра 40, вход в боковое окно 3 и прохождение хвостовика малого диаметра 40 в боковой ствол 38. Бурение верхнего бокового ствола 39 и его крепление хвостовиком верхнего бокового ствола 42 осуществляется таким же способом, но с использованием электрического разделителя 8 хвостовика 2 для передачи информации на поверхность по электромагнитному каналу связи 19 (фиг.5).

Интеллектуальное заканчивание скважины осуществляется установкой автономных скважинных приборов 30 напротив электрических разделителей 5, 6 и 8, измерением и передачей глубинной информации с использованием электромагнитного канала связи 19 на поверхность в процессе эксплуатации многозабойной интеллектуальной скважины 28.

Благодаря использованию предлагаемого способа строительства многозабойной скважины повышается надежность разработки сложно построенных газовых и нефтяных залежей с трудноизвлекаемыми запасами углеводородов, снижается количество скважин за счет увеличения охвата залежи множеством стволов многозабойной скважины, обеспечивается контролируемая с поверхности ориентация инструмента и ввод его в ответвления, создаются условия для использования электрического разделителя в качестве элемента скважинной системы для измерения и передачи в процессе эксплуатации забойной информации на поверхность, расширяется область применения технологии строительства и эксплуатации многозабойных горизонтальных скважин с интеллектуальным заканчиванием.

Предлагаемый способ повышает надежность геонавигации многозабойных скважин с горизонтальным окончанием, создает условия для сооружения скважин с десятками боковых стволов с возможностью идентификации каждого ствола, ориентированного входа инструмента и интеллектуального заканчивания. Предлагаемый способ впервые объединяет понятия: геонавигация (управление, ориентирование траектории стола скважины и КНБК) и интеллектуализация скважины в процессе ее эксплуатации в единую систему - киберскважину, самонастраивающуюся скважинную систему, обладающую способностью к устойчивому сохранению или достижению некоторых состояний в условиях взаимодействия внешних факторов, нарушающих эти состояния или мешающих их достижению.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к способам, используемым при строительстве и эксплуатации многозабойных горизонтальных скважин. Включает бурение основного ствола скважины, спуск и крепление в нем обсадной колонны и хвостовика с окнами для боковых стволов и спуск компоновки низа бурильной колонны. При этом скважинное оборудование оснащено электромагнитной системой ориентированного ввода в боковые стволы бурового инструмента и хвостовиков малого диаметра. Образуют электромагнитный канал связи с устьем и по полученным данным об угле установки отклонителя забойного двигателя устанавливают отклонитель в заданном азимутальном направлении для ориентированного входа в окно хвостовика и бурения из окна хвостовика горизонтального ствола, по окончании которого также производят ориентированный спуск хвостовика меньшего диаметра с искривленным на заданный угол окончанием. По окончании разбуривания и крепления всех запланированных боковых стволов производят спуск насосно-компрессорных труб с размещенными на них автономными скважинными приборами обеспечивающими измерение и передачу глубинной информации на поверхность. Повышает надежность и упрощает технологию строительства многозабойной скважины, а также обеспечивает достоверную взаимную ориентацию основного и боковых стволов. 5 ил.

Способ строительства многозабойной скважины, включающий бурение основного ствола скважины, спуск в него обсадной колонны и ее цементирование, спуск и крепление в обсадной колонне хвостовика с предварительно сформированными на его поверхности, по меньшей мере, двумя окнами для боковых стволов и установленными перед каждым окном по одному электрическому разъединителю на расстоянии друг от друга, равном длине последующего проектируемого бокового ствола, и электрическим разъединителем, установленным перед передним окном на расстоянии, равном длине первого проектируемого бокового ствола скважины, затем на устье скважины производят сборку компоновки низа бурильной колонны, состоящей из центраторов и телеметрической системы для организации электромагнитного канала связи с устьем, производят спуск указанной компоновки в интервал размещения электрического разъединителя последнего бокового окна, осуществляют пуск бурового насоса и фиксацию посредством центраторов телеметрической системы с обсадной колонной, осуществляют прием электромагнитных сигналов на устье скважины и по полученным данным об угле установки отклонителя забойного двигателя путем вращения колонны бурильных труб устанавливают отклонитель в заданном азимутальном направлении для ориентированного входа в окно хвостовика и бурения из окна хвостовика горизонтального ствола, по окончании которого производят спуск следующего хвостовика меньшего диаметра с искривленным на заданный угол окончанием, снабженного центраторами, установленными до и после промежуточного электрического разъединителя, телеметрической системой, установленной над пакером, и разъединительным устройством, в интервал размещения предыдущего электрического разъединителя основного хвостовика, производят фиксацию с его внутренней стенкой посредством центраторов и повторяют операции по получению электрических сигналов и установке искривленного окончания в заданное азимутальное направление для входа в окно хвостовика, по окончании разбуривания и крепления всех запланированных боковых стволов производят спуск насосно-компрессорных труб с размещенными на них автономными скважинными приборами с шунтирующими центраторами, установленными против соответствующего электрического разъединителя, при этом на конце насосно-компрессорных труб устанавливают искривленное на заданный угол окончание для ввода в хвостовик меньшего диаметра.