СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРАЕКТОРИЕЙ БУРЕНИЯ ВТОРОЙ СКВАЖИНЫ С ЕЕ ПРОХОЖДЕНИЕМ ВБЛИЗИ ПЕРВОЙ СКВАЖИНЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2014 года по МПК E21B47/228 E21B47/13 E21B7/04 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Данное изобретение относится к области техники, связанной с управлением бурением скважины, и, в частности, к управляющим установкам, в которых используются электромагнитные поля, относящиеся к обсадной колонне имеющейся скважины, для управления бурением второй скважины с ее прохождением вблизи обсадной колонны первой скважины.

[0002] Нередко существует необходимость в бурении второй скважины смежно с уже имеющейся скважиной. Например, пара горизонтально расположенных скважин может быть выполнена бурением для добычи нефти из пласта тяжелой нефти или природного битума. К горизонтальным скважинам относятся скважина, часть которой действительно проходит в земле по горизонтали, и скважины, в которых «горизонтальная» часть наклонена вверх или вниз для обеспечения достижения контакта с нефтью (или другими ресурсами) продуктивного пласта в земле. Таким образом, указанная горизонтальная часть скважины с геометрической точки зрения может быть не горизонтальной, а проходить по траектории, повторяющей траекторию прохождения месторождения в земле. В указанной паре скважин верхняя скважина может вводить пар в подземный пласт тяжелой нефти или природного битума, тогда как нижняя скважина собирает разжиженную нефть из залежи. Указанная пара скважин должна быть расположена в пределах нескольких метров друг от друга по их длине, и особенно это касается ответвлений скважин, которые обычно проходят горизонтально. Скважины расположены близко друг к другу, так что, например разжиженная паром нефть из первой скважины может быть собрана второй скважиной.

[0003] Существует назревшая необходимость в способах бурения скважин, например пары скважин, в непосредственной близости друг к другу. Выравнивание второй скважины относительно первой скважины вызывает трудности. Траектория бурения второй скважины может быть задана с обеспечением прохождения в пределах нескольких метров, например 4-10 м, от первой скважины и удерживаться в пределах допуска, например, плюс-минус 1 м от заданной траектории бурения. Необходимы способы и установки для управления бурением, обеспечивающие сохранение надлежащего выравнивания траектории бурения второй скважины относительно первой скважины вдоль всей траектории бурения второй скважины.

[0004] Исследование траектории бурения в последовательных точках, расположенных вдоль нее, является обычным способом управления бурением. Трудность, возникающая при обычном исследовании, заключается в возрастании суммарной погрешности в исследуемой траектории скважины, поскольку в расчеты, выполняемые в следующих друг за другом точках, вводятся небольшие погрешности, допущенные в каждой последовательной точке вдоль траектории скважины. Кумулятивный эффект от этих небольших погрешностей в конечном счете может вызвать отклонение траектории ствола второй скважины за установленные требуемые пределы расстояния или направления относительно первой скважины.

В патентах США №№6530154, 5435069, 5230387, 5512830 и 3725777, а также в опубликованной заявке на патент США №2002/0112856 описаны различные способы и установки, обеспечивающие управление траекторией ствола скважины и компенсацию кумулятивного эффекта, обусловленного обычными погрешностями при исследовании. Эти известные способы включают измерение магнитного поля, создаваемого магнитными свойствами обсадной колонны скважины или магнитным зондом, введенным в скважину. Эти способы и установки могут потребовать использования второй буровой вышки или другого устройства, расположенного в первой скважине, для обеспечения проталкивания или продавливания вниз источника магнитного сигнала. Магнитные поля, созданные таким источником, подвергаются магнитному ослаблению и искажению, вызываемому обсадной колонной первой скважины, и, кроме того, они могут создавать относительно слабое магнитное поле, которое трудно обнаружить с требуемой траектории бурения ствола второй скважины. С учетом этих трудностей сохраняется назревшая необходимость в способе и установке, обеспечивающих управление траекторией прохождения второй скважины с ее выравниванием относительно уже имеющейся скважины.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Разработаны установка и способ для точного управления траекторией бурения второй скважины с обеспечением надлежащего выравнивания второй скважины относительно первой скважины. В одном варианте выполнения металлическая обсадная колонна в первой скважине проводит переменный ток, который создает переменное магнитное поле в земле, окружающей первую скважину. Это магнитное поле является, по существу, более предсказуемым по величине, чем магнитное поле, созданное исключительно статическими магнитными свойствами первой скважины. Предполагаемая траектория прохождения второй скважины находится в пределах магнитного поля, созданного током в первой скважине и поддающегося измерению. В буровую установку, используемую для управления бурением второго ствола, вводят датчик магнитного поля. Указанный датчик измеряет магнитное поле, созданное переменным током в первой скважине. Измеренные значения напряженности и направления магнитного поля используются для выравнивания траектории бурового снаряда, бурящего ствол для второй скважины.

[0006] Указанная установка может использоваться для обеспечения управления траекторией второй горизонтальной скважины, которую бурят рядом с первой горизонтальной скважиной для повышения добычи нефти из подземных резервуаров тяжелой нефти или битуминозного песчаника. Две параллельные скважины могут быть расположены одна над другой и отделены некоторым расстоянием, например, в пределах от 4 до 10 м, на протяжении всего горизонтального сечения пласта тяжелой нефти или природного битума. В одном варианте выполнения указанного способа выполняют управление траекторией бурения, так что вторая горизонтальная скважина проходит на постоянном и небольшом расстоянии от первой скважины, путем (1) создания электрического тока известной величины в металлической обсадной колонне или обсадной трубе (под общим названием «обсадная колонна») первой скважины для обеспечения генерации непрерывного магнитного поля в области вблизи первой скважины и (2) использования инструментов, измеряющих магнитное поле во второй скважине во время бурения, для обеспечения измерения и вычисления точных параметров расстояния и направления относительно первой скважины, так что бурильщик может корректировать траекторию и расположение второй скважины в необходимом соответствии с положением первой скважины.

[0007] В другом варианте выполнения данного изобретения предложен способ управления траекторией бурения второй скважины с ее прохождением вблизи первой скважины, включающий подачу изменяющегося во времени электрического тока к проводнику, расположенному в обсадной колонне первой скважины, измерение электромагнитного поля, созданного указанным током в проводнике, с траектории бурения второй скважины и управление траекторией бурения второй скважины с использованием измеренного электромагнитного поля.

[0008] Предложенный способ может быть способом, обеспечивающим управление траекторией бурения второй скважины с ее прохождением вблизи первой скважины и включающим бурение третьей скважины в направлении дальнего отрезка первой скважины и выполнение токопроводящего пути вдоль третьей скважины к указанному дальнему отрезку первой скважины, формирование электрической цепи, которая содержит электрогенератор, токопроводящую обсадную колонну первой скважины и токопроводящий путь вдоль третьей скважины и к которой указанный генератор подает изменяющийся во времени электрический ток, измерение электромагнитного поля, созданного указанным током в первой скважине, с траектории бурения второй скважины и управление траекторией бурения второй скважины с использованием измеренного электромагнитного поля.

[0009] Данное изобретение также может быть выполнено в виде управляющей установки, предназначенной для управления траекторией бурения второй скважины с ее прохождением вблизи первой скважины и содержащей первый токопроводящий путь, проходящий по длине первой скважины, генератор электрического тока, присоединенный к противоположным концам первой скважины для обеспечения подачи тока к указанному первому токопроводящему пути, и датчик магнитного поля, расположенный в пределах бурового снаряда второй скважины для обеспечения определения напряженности и направления электромагнитного поля, созданного током, проходящим по первому токопроводящему пути.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Фиг.1 изображает схематический вид сбоку плана расположения скважин при бурении сдвоенных горизонтальных скважин.

[0011] Фиг.2 изображает схематическую карту расположений сдвоенных горизонтальных стволов скважин и допустимую область прохождения траектории второй скважины.

[0012] Фиг.3 изображает схематический вид иллюстративной матрицы датчиков магнитного поля.

[0013] Фиг.4 изображает схематический вид иллюстративного электродного узла, предназначенного для размещения в третьей скважине.

[0014] Фиг.5 изображает вид сбоку иллюстративной установки для управления бурением, формирующей путь прохождения тока через землю между электродом, расположенным на поверхности земли, и электродом, проходящим за конец обсадной колонны существующей подземной скважины.

[0015] Фиг.6 изображает вид сбоку иллюстративной установки для управления бурением, в которой ток проходит по проводнику в обсадной колонне первой скважины по всей ее длине, через землю между электродом, проходящим от конца указанной обсадной колонны, и заземленным электродом.

[0016] Фиг.7 изображает вид сбоку иллюстративной установки для управления бурением, в которой ток проходит по всей длине обсадной колонны первой скважины, через землю между дальним концом обсадной колонны первой скважины и электродом, опущенным в третью скважину, проходящую около обсадной колонны первой скважины, но не пересекающуюся с ней.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017] На фиг.1 схематически изображен типичный план расположения скважин при бурении сдвоенных горизонтальных скважин 10, 12. Бурение указанных скважин может быть выполнено с одной буровой платформы 16, расположенной на поверхности 14 земли, причем бурение второй скважины выполняют из второго положения буровой установки, находящегося на небольшом расстоянии от положения, в котором выполнялось бурение первой скважины. После выполнения первоначального, по существу, вертикального бурения увеличивают углы наклона скважин, пока скважины не займут горизонтальное положение с прохождением в необходимый пласт, например, тяжелой нефти или природного битума. Бурение и обсадку первой скважины 12 обычно выполняют до начала бурения второй горизонтальной скважины 10. Обсадная колонна скважины или обсадная труба со щелевидными отверстиями является металлической и проводит электрический ток. Горизонтальная часть первой скважины может быть расположена ниже второй скважины на несколько метров, например на 4-10 м.

[0018] Для определения местоположения траектории скважины и облегчения планирования поверхностного расположения вертикальной скважины 20 малого диаметра, являющейся третьей скважиной, определяют искривление ствола первой скважины. Указанная скважина малого диаметра предпочтительно почти пересекает 21 первую скважину у ее дальнего завершающего конца. Скважина малого диаметра с временно установленной обсадной колонной, предпочтительно выполненной из непроводящего материала, например из ПВХ, должна иметь размер, достаточный лишь для обеспечения вмещения специального электрода 22, опускаемого в положение вблизи дна и около обсадной колонны первой скважины. Вертикальный ствол малого диаметра третьей скважины может иметь такой же размер, как водозаборная скважина, и может проходить на несколько метров глубже первой скважины.

[0019] В варианте выполнения, показанном на фиг.1, токопроводящий путь между обсадной колонной 18 в первой скважине 10 и электродом в третьей скважине при необходимости может быть улучшен путем закачивания подходящей токопроводящей текучей среды в третью скважину 20. Электрод 22 опускают в вертикальный ствол скважины для обеспечения создания пути тока, проходящего через скважину малого диаметра. Электрод 22 электрически присоединяет обсадную колонну или обсадную трубу 18 (под общим названием «обсадная колонна») первой скважины к токопроводящему пути, например проводу, в скважине 20 малого диаметра. Указанный токопроводящий путь может проходить через землю между электродом 22, идущим от третьей скважины, и дальним концом обсадной колонны 18 первой скважины. При нагнетании токопроводящей текучей среды в землю, расположенную между дальним концом первой скважины и дальним концом третьей скважины, повышается электропроводность этого участка земли, что содействует прохождению тока между электродом 22 и обсадной колонной 18 первой скважины.

[0020] Наземный токопроводящий путь, например провода 24, присоединяет наземные концы третьей скважины 20 и обсадной колонны или обсадной трубы 18 первой скважины 10 к электрогенератору 26 переменного тока или другому источнику изменяющегося во времени электрического тока. Провод и электрод 22 в третьей скважине могут опускаться и подниматься с помощью лебедки 27 с глубиномером. Указанная лебедка присоединена к проводу 24 с изоляционным покрытием и содержит катушку изолированного провода, к которой присоединен электрод 22. Лебедка опускает электрод 22 предпочтительно до глубины обсадной колонны первой скважины. Электроэнергия, вырабатываемая генератором, обеспечивает поддержание тока 28, который течет через провод 24, третью скважину 20, электрод 22, обсадную колонну или обсадную трубу 18 первой скважины и возвращается к генератору.

[0021] Переменный ток 28 создает электромагнитное поле 30 в земле, окружающей обсадную колонну 18 первой скважины. Характеристики электромагнитного поля, созданного токопроводящим путем, хорошо известны. Напряженность электромагнитного поля 30 пропорциональна переменному току, созданному генератором. Величина тока в обсадной колонне может быть точно измерена, например, с помощью амперметра. Поскольку напряженность магнитного поля пропорциональна току, то существует однозначная взаимосвязь между током, измеренной напряженностью магнитного поля в новой скважине и расстоянием между новой скважиной и обсадной колонной первой скважины. Напряженность и направление магнитного поля указывают на расстояние до обсадной колонны первой скважины и направление к ней.

[0022] Фиг.2 изображает схематический вид первой и второй скважин в плоскости сечения скважин вдоль их вертикальных частей. От обсадной колонны 18 первой скважины 10 в окружающую землю распространяется электромагнитное поле 30. Вторая скважина 12 показана как верхняя скважина, однако расположение первой и второй скважин может быть обратным в зависимости от практического назначения бурения. Магнитное и гравитационное поля земли, а также электромагнитное поле, распространяющееся от первой скважины, измеряют с помощью узла 40 датчиков во второй скважине.

[0023] Приемлемая траектория бурения второй скважины определяется типичной допустимой зоной 32, которая показана на фиг.2 в поперечном сечении. Указанная допустимая зона 32 может быть областью, которая обычно сосредоточена в пределах 4-10 м от первой скважины. Зона 32 может иметь короткую ось вдоль радиуса, проведенного от верхней скважины, и длинную ось, перпендикулярную к вертикальной плоскости, проходящей через верхнюю скважину. Колебания размеров допустимой зоны могут составлять плюс-минус один метр вдоль короткой оси и плюс-минус два метра вдоль длинной оси. Форма и размеры допустимой зоны являются известными для каждой области применения бурения, однако они могут отличаться в зависимости от применения.

[0024] Траектория бурения второй скважины должна оставаться в пределах допустимой зоны 32 по всей длине горизонтальной части двух скважин. Установка для управления бурением, которая содержит узел 40 датчиков, используется для поддержания траектории бурения второй скважины в пределах допустимой зоны. Попадание траектории бурения второй скважины 12 в допустимую зоны 32 определяется исходя из направления и напряженности электромагнитного поля 30 вдоль пути прохождения второй скважины, измеренных узлом 40 датчиков.

[0025] Измерения интенсивности и направления поля узлом 40 датчиков во второй скважине обеспечивают получение информации, достаточной для определения направления к первой скважине и расстояния между двумя скважинами. Эта информация передается бурильщику в удобной форме, так что он может предпринять соответствующие действия для сохранения надлежащей взаимосвязи между траекториями двух скважин. Узел 40 встроен в скважинный зонд инструмента, спускаемого в скважину на тросе, или в установку для скважинного исследования в процессе бурения, используемую при бурении второй скважины 12. Таким образом, узел датчиков обеспечивает управление бурением второй скважины для контроля направления траектории ствола скважины.

[0026] Когда в токопроводящей обсадной колонне 18 первой скважины протекает переменный ток, переменные электромагнитные поля, возникающие в окружающей проводник области, являются предсказуемыми с точки зрения напряженности, распределения и полярности. Магнитное поле (В), созданное длинным прямым проводником, таким как обсадная колонна скважины, пропорционально току (I) в проводнике и обратно пропорционально расстоянию (r) по нормали от проводника. Взаимосвязь между магнитным полем, током и расстоянием определяется по закону Био-Савара, согласно которому

[0027] В=µI/(2Пr),

[0028] где µ - магнитная проницаемость области вокруг проводника, являющаяся константой. Таким образом, расстояние (r) от обсадной колонны первой скважины до второй скважины может быть определено на основе измерения тока (I) в обсадной колонне и напряженности (В) магнитного поля во второй скважине.

[0029] Фиг.3 изображает схему узла 40 датчиков компонентного типа (показанного в разрезе), который может определять направление поля. Магнитные датчики компонентного типа, например магнетометры и акселерометры, являются измерительными датчиками направленного действия, которые обычно используются для проведения измерений в процессе бурения. Обычно узел 40 датчиков перемещается по стволу второй скважины на несколько метров позади головки бура и соответствующего бурового оборудования. Указанный узел 40 собирает данные, используемые для обеспечения определения положения второй скважины. Эта информация используется для обеспечения направления головки бура по необходимой траектории бурения второй скважины.

[0030] Узел 40 содержит как стандартные датчики ориентации, например три ортогональных магнетометра 48 (для измерения магнитного поля земли), три ортогональных акселерометра 51 (для измерения гравитационного поля земли), так и три высокочувствительных ортогональных датчика 44, 46, 52 переменного магнитного поля для регистрации электромагнитного поля около первой (базовой или эксплуатационной) скважины. Указанные магнитные датчики имеют компонентную структуру отклика и являются наиболее чувствительными к интенсивности переменного магнитного поля, которая соответствует частоте источника переменного тока. Эти датчики установлены в закрепленном взаимном положении в корпусе для указанного узла.

[0031] Пара магнитных датчиков 44, 46 и 52 для радиальных компонент (обычно три датчика) расположены в узле 40 таким образом, что их магниточувствительные оси являются взаимно ортогональными. Каждый компонентный датчик 44, 46 и 52 измеряет относительные напряженности магнитного поля (В) во второй скважине, причем каждый из них определяет различные напряженности поля благодаря своим ортогональным ориентациям. Направление поля (В) может определяться арктангенсом соотношения напряженностей поля, измеренных радиальными датчиками 44, 46. Система координат для радиальных датчиков 44, 46 задана силой тяготения земли и направлением на северный магнитный полюс, которые определяются обычными магнитными датчиками 48 и гравиметрами 51. Направление к проводнику тока определяют путем добавления 90° к направлению поля в точке измерения. Направление от датчиков к первой скважине и расстояние по нормали между датчиками и первой скважиной предоставляют информацию, достаточную для обеспечения управления траекторией второй скважины с ее прохождением в допустимой зоне 32.

[0032] Фиг.4 изображает схематический вид иллюстративного электрода 22, опущенного в вертикальный ствол 20 скважины малого диаметра до зоны, в которую введена токопроводящая текучая среда. Электрод 22 содержит металлические дугообразные пружины 50, например растяжимую сеть, которая расширяется с обеспечением контакта со стенками необсаженного ствола скважины 20. Пружинные элементы 50 также сжимаются до размера, который проскальзывает через временную обсадную колонну 53 вертикальной скважины 20. Временная обсадная колонна обеспечивает предотвращение осыпания материала, находящегося вокруг скважины, в ствол. Электрод 22 расположен около первой обсадной колонны 18 максимально близко к месту пересечения 21 двух скважин. Токопроводящая текучая среда в третьей скважине 20 просачивается в землю 56, окружающую место пересечения 21 скважин. Указанная среда повышает электрическую связность земли между первой обсадной колонной и электродом в третьей скважине. Электрод присоединен к изолированному проводу 54 проводника, проходящему через скважину 20 к земной поверхности и присоединенному с помощью провода 24 к обратной стороне генератора.

[0033] Фиг.5 изображает вид сбоку иллюстративной установки 60 для управления бурением, которая формирует путь 62 электрического тока, проходящий через участок земли 63 между расположенным на поверхности земли электродом 64 и электродом 66, проходящим за конец имеющейся подземной обсадной колонны 68 скважины.

[0034] Электрод 66 проходит на расстояние несколько метров, например 10 м или больше, за дальний конец обсадной колонны 68 скважины. Расстояние между электродом 66 и концом обсадной колонны должно быть достаточным для обеспечения предотвращения прохождения тока от электрода 66 вверх через обсадную колонну первой скважины к расположенному на поверхности электроду.

[0035] Обсадные колонны скважин обычно выполнены из металла и имеют щелевые отверстия, обеспечивающие возможность выпуска пара и других газов в землю. В обычных скважинах металлические обсадные колонны со щелевидными отверстиями не вызывают значительного ослабления электромагнитных полей, созданных низкой частотой источника переменного тока, например частотой предпочтительно ниже 10 Гц, наиболее предпочтительно 5 Гц. Электромагнитные поля, созданные током в изолированном проводнике, проходят через указанные щелевые отверстия в обсадной колонне в землю. Вихревые токи, которые возникают на обсадной колонне и могут нарушать электромагнитное поле, являются несущественными вследствие низкой частоты источника переменного тока.

[0036] Источник 70 переменного тока подает переменный ток к обратному заземленному электроду 64 и к подземному электроду 66 с образованием пути 62 тока (а также, например, с созданием рассеянного электрического поля), проходящего через землю 63 между заземленным электродом 64, расположенным на земной поверхности или вблизи нее, и подземным электродом 66. Провод 74 с изоляционным покрытием проходит от источника 70 переменного тока по всей длине (S) обсадной колонны 68 скважины и через удлиненный ствол скважины на некоторое расстояние за дальний конец обсадной колонны скважины к электроду 66, входящему в контакт с землей. Путь 62 прохождения тока через землю к обратному заземленному электроду 64 замыкает электрическую цепь, которая содержит источник 70 переменного тока, провод 74 и электрод 66.

[0037] Путь 62 прохождения тока через землю к обратному заземленному электроду 64 замыкает электрическую цепь, которая содержит источник 70 переменного тока, провод 74 и электрод 66. Предпочтительно провод 74, проходящий вниз через обсадную колонну первой скважины к подземному электроду 66, изолирован и содержит стальную оплетку, обеспечивающую механическую прочность указанного провода. Электромагнитные поля, созданные проводом 74, проходят через изоляцию, оплетку и обсадную колонну 68 скважины в землю. Стальная оплетка придает проводу механическую прочность.

[0038] Наземный провод 75, проходящий к проводу 74, а также наземный провод 24 и провод 112, проходящий вниз по третьей скважине, могут иметь экранирующую оболочку, обеспечивающую предотвращение возникновения паразитных электромагнитных полей, распространяющихся в землю и наводимых электромагнитными полями этих проводов. Кроме того, между источником тока и проводом 74, а также между источником тока и наземным проводом 78 установлены соединения, обеспечивающие предотвращение утечки тока в почву. Для обеспечения предотвращения случайной утечки тока в почву и создания нежелательных электромагнитных полей, которые могут повлиять на собираемые датчиками 88 данные, принимаются меры по настройке электрической цепи.

[0039] Переменный ток в проводе 74 создает электромагнитное поле, которое проходит вокруг обсадной колонны 68 первой скважины и за ее пределы. К проводу 74 и электроду 66 подан ток известной величины. Зная ток в проводе 74, можно выполнить вычисления, например, применяя закон Ампера, для оценки электромагнитного поля на любом заданном расстоянии от провода 74 и обсадной колонны 68. Полученное расчетное расстояние может быть использовано для управления бурением второй скважины.

[0040] Фиг.6 изображает вид сбоку установки 60 для управления бурением, в которой бурение второй скважины 80 выполняется параллельно первой скважине 68. Буровая вышка 82, которая может быть вышкой, используемой и для первой скважины, направляет буровую головку 84, создающую вторую скважину, по траектории 86, проходящей параллельно обсадной колонне 68 первой скважины. Электромагнитные датчики 88, расположенные во второй скважине за буровой головкой, регистрируют электромагнитное поле, распространяющееся от первой скважины 68 и расположенного в скважине провода 80. Путь 90 тока проходит от источника 70 переменного тока по проводу 74, идущему вдоль обсадной колонны 68 первой скважины, затем уходит от дальнего конца указанной обсадной колонны к электроду 66 по пути 62 рассеянного тока в земле 63 между электродом 66 и обратным заземленным электродом 64, а затем от обратного заземленного электрода по обратному проводу 92 к источнику 70 тока.

[0041] Датчики 88 переменного тока расположены приблизительно в 18 или 20 метрах за буровой головкой и поэтому не подвергаются воздействию более сконцентрированного тока в области выхода с электрода, который становится все более рассеянным по мере удаления от электрода. На практике датчики переменного тока в нагнетательной скважине расположены на расстоянии около 40 или более метров за электродом в точке, максимально близкой к месту завершения бурения (нижней) нагнетательной скважины.

[0042] Расчет теоретической напряженности электромагнитного поля на расстоянии от обсадной колонны первой скважины используется для оценки расстояния от обсадной колонны первой скважины до траектории 86 второй скважины, бурение которой выполняют параллельно обсадной колонне 68 первой скважины. Поскольку напряженность магнитного поля может быть рассчитана на любом расстоянии от обсадной колонны первой скважины, то измеренная датчиками 88 напряженность поля может использоваться для определения расстояния между второй и первой скважинами. Эти данные, относящиеся к расстоянию между положениями электромагнитных датчиков 88 во второй скважине, используются для обеспечения направления траектории буровой головки 84 вдоль пути, параллельного обсадной колонне первой скважины.

[0043] При расчете электромагнитного поля вокруг обсадной колонны первой скважины также могут учитываться другие элементы цепи переменного тока, которые вносят вклад в магнитное поле, регистрируемое датчиками 88 во второй скважине. Например, электромагнитные поля, распространяющиеся в землю, могут создаваться обратным проводом 92, установленным на поверхности и проводящим ток между источником 70 переменного тока и обратным заземленным электродом 64, например заземляющим стержнем. Аналогичным образом токопроводящий провод 74, расположенный в вертикальной части 94 обсадной колонны 68 первой скважины, создает электромагнитное поле в земле. Эти дополнительные электромагнитные поля предпочтительно должны учитываться при расчете ожидаемой интенсивности поля в участке земли около горизонтальной части первой скважины. Расчеты ожидаемой напряженности электрического поля, создаваемого различными источниками тока, например проводом 92, вертикальным участком 84 провода 74 и рассеянным электрическим током 62 в участке 63 земли, могут быть выполнены с помощью известных способов расчета напряженности электрического поля. Предпочтительно расчет ожидаемой интенсивности поля и измерение интенсивности поля датчиками во второй скважине выполняются в реальном времени и, по существу, одновременно.

[0044] Ток 62 в участке земли 63 между электродом и заземляющим стержнем настолько рассеян, что возбуждаемое этим током результирующее поле не зарегистрируется датчиками 88 переменного тока с их позиций во второй скважине. Таким образом, при расчете электромагнитного поля вокруг обсадной колонны первой скважины током 62 можно пренебречь. Напряженность электромагнитного поля, возбуждаемого током 62 в земле 63, может быть относительно большой вблизи дальнего конца первой скважины. Однако нет необходимости в измерении поля у дальнего конца первой скважины, так как эта точка расположена в конце второй траектории 86 бурения или вблизи него. В конце указанной траектории, вероятно, необходимость в текущем контроле поля гораздо меньше или вообще отсутствует, поскольку траектория бурения близка к завершению и в дальнейшем значительно не изменяется.

[0045] Установка электрода снаружи обсадной колонны 68 первой скважины (эксплуатационной скважины) в необсаженном стволе может быть выполнена различными способами. Указанный электрод может продавливаться вниз по любой трубчатой конструкции, используемой для его проталкивания в скважину, продвинут на место с помощью выступающей части рукава или бурильной трубы, используемой для его опускания в ствол скважины, или может быть продвинут на место с помощью удлиненного скважинного трактора. Также для обеспечения продвижения электрода на место могут использоваться насосно-компрессорные трубы.

[0046] При условии наличия подходящего способа установки электрода этот способ может быть более точным, чем способ трехствольного бурения, вследствие отсутствия потерь при прохождении тока через провод, расположенный в трубе, и при его использовании отсутствует погрешность, обусловленная малым количеством данных о проводимости пластов, окружающих обсадную колонну.

[0047] Фиг.7 изображает вид сбоку другой иллюстративной установки 100 для управления бурением, в которой ток проходит по всей длине токопроводящей обсадной колонны 102 первой скважины, через участок земли 104 между дальним концом 106 обсадной колонны и обратным заземленным электродом 108, опущенным в обсадную колонну третьей скважины 110, проходящую рядом с обсадной колонной 102 первой скважины, но не пересекающуюся с ней. Источник тока 70 подает ток непосредственно к токопроводящей обсадной колонне 102 первой скважины и к токопроводящему обратному проводу 112, проходящему по земной поверхности от источника 70 к третьей скважине 110 и вниз по ней к обратному заземленному электроду 108. Электрод 108 проходит за дальний конец обсадной колонны третьей скважины в необсаженный ствол скважины в земле и присоединяется к обратному проводу, проходящему через обсадную колонну третьей скважины, предпочтительно не являющуюся токопроводящей.

[0048] В земле между обратным электродом 108 и обсадной колонной первой скважины образован путь 115 рассеянного электрического тока. Этот путь является частью пути 114 тока, проходящего от источника 70 через обсадную колонну 102 первой скважины, обратный электрод 108 и обратный провод 112. Обратный электрод расположен вблизи обсадной колонны первой скважины (и предпочтительно в контакте с ней) для обеспечения сокращения пути тока через землю между обсадной колонной и обратным электродом.

[0049] По пути 114 течет ток, проходящий по горизонтальной части обсадной колонны 102 первой скважины и создающий вокруг нее электромагнитное поле, регистрируемое датчиками 88 во второй скважине 80, бурение которой выполняется с помощью буровой головки 84, следующей по необходимой траектории 86 бурения. Путем измерения электромагнитного поля в местоположениях датчиков 88 и при известном значении тока в обсадной колонне первой скважины расстояние между этими датчиками во второй скважине 80 может использоваться для расчета расстояния между первой и второй скважинами от местоположения датчиков.

[0050] Несмотря на то что данное изобретение описано применительно к варианту выполнения, считающемуся в настоящее время наиболее практичным и предпочтительным, следует понимать, что изобретение не ограничено описанным вариантом выполнения, а напротив, охватывает различные модификации и эквивалентные конструкции, находящиеся в рамках идеи и объема прилагаемой формулы изобретения.

Предложенное изобретение относится к области бурения направленных скважин, в частности к методам управления направлением бурения скважин. Техническим результатом является повышение точности управления траекторией бурения и выравнивания одной скважины относительно другой скважины. Предложен способ управления траекторией бурения второй скважины с ее прохождением в непосредственной близости к первой скважине, включающий прохождение первого электрода, соединенного с первым токопроводящим проводом через обсадную колонну; размещение в поверхностном слое земли обратного заземленного электрода; создание изменяющегося во времени электрического тока в первом токопроводящем проводе и первом электроде и во втором токопроводящем проводе, проходящем к обратному заземленному электроду; образование электромагнитного поля вокруг обсадной колонны первой скважины, вызванное протеканием изменяющегося во времени электрического тока в первом токопроводящем проводе; бурение второй скважины по траектории бурения параллельно первой скважине; измерение электромагнитного поля, образованного вокруг обсадной колонны первой скважины, выполняемое из буровой установки, находящейся во второй скважине; и управление траекторией бурения второй скважины с использованием измеренного электромагнитного поля. При этом первый электрод проходит в необсаженную часть ствола скважины за дальний конец обсадной колонны, так что указанный первый токопроводящий провод проходит по всей длине обсадной колонны первой скважины. Кроме того, расстояние между первым электродом и концом обсадной колонны должно быть достаточным для обеспечения предотвращения прохождения тока от первого электрода вверх через обсадную колонну первой скважины к обратному заземленному электроду. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ управления траекторией бурения второй скважины с ее прохождением в непосредственной близости к первой скважине, включающий
прохождение первого электрода, соединенного с первым токопроводящим проводом через обсадную колонну или обсадную трубу первой скважины, причем первый электрод проходит в необсаженную часть ствола скважины за дальний конец обсадной колонны или обсадной трубы, так что указанный первый токопроводящий провод проходит по всей длине обсадной колонны или обсадной трубы первой скважины,
размещение в поверхностном слое земли обратного заземленного электрода, причем расстояние между первым электродом и концом обсадной колонны должно быть достаточным для обеспечения предотвращения прохождения тока от первого электрода вверх через обсадную колонну первой скважины к обратному заземленному электроду,
создание, после размещения обратного заземленного электрода, изменяющегося во времени электрического тока в первом токопроводящем проводе и первом электроде путем подачи тока от источника изменяющегося во времени электрического тока к первому токопроводящему проводу и первому электроду, а также ко второму токопроводящему проводу, проходящему к обратному заземленному электроду, причем ток течет от первого электрода через землю к обратному заземленному электроду,
образование электромагнитного поля вокруг обсадной колонны или обсадной трубы первой скважины, вызванное протеканием изменяющегося во времени электрического тока в первом токопроводящем проводе,
бурение второй скважины по траектории бурения параллельно первой скважине,
измерение электромагнитного поля, образованного вокруг обсадной колонны или обсадной трубы первой скважины, выполняемое из буровой установки, находящейся во второй скважине, и
управление траекторией бурения второй скважины с использованием измеренного электромагнитного поля.

2. Способ по п.1, в котором обратный заземленный электрод размещают вблизи поверхности земли.

3. Способ по п.1, в котором изменяющийся во времени электрический ток имеет частоту не более 10 Гц.

4. Способ по п.1, в котором электромагнитное поле измеряют ортогональными магнитными датчиками (44, 46, 48, 52), расположенными на второй траектории бурения, при этом дополнительно определяют расстояние между указанными датчиками и первой скважиной и направление от датчиков к первой скважине.

5. Способ по п.1, в котором при подаче тока дополнительно создают токопроводящий путь (114) от генератора к противоположным концам первой скважины.

6. Способ по п.1, в котором при подаче тока дополнительно создают токопроводящий путь (114) от расположенного на поверхности (14) земли электрогенератора (26, 70) к противоположным концам первой скважины.

7. Способ по п.1, в котором при подаче тока дополнительно используют заземленный электрод (64), расположенный вблизи поверхности земли (63), и создают токопроводящий путь (62), проходящий через землю между дальним концом первой скважины и заземленным электродом и через токопроводящий провод, соединяющий заземленный электрод с источником (70) изменяющегося во времени электрического тока.

8. Способ по п.1, в котором при подаче тока в первом горизонтальном стволе скважины дополнительно размещают обратный электрод (66), расположенный на расстоянии от дальнего конца первой скважины, при этом дополнительно создают токопроводящий путь (63), проходящий через землю между дальним концом первой скважины (68) и вторым электродом (64) и через изолированный токопроводящий провод, соединяющий обратный электрод с источником изменяющегося во времени электрического тока.

9. Способ управления траекторией бурения второй скважины (80) с ее прохождением вблизи первой скважины (102), включающий
бурение, по существу, вертикальной третьей скважины (110) в направлении дальнего отрезка первой скважины и размещение обратного электрода (108) в указанной третьей скважине в земле (104) в месте, которое находится под поверхностью земли рядом с указанным дальним отрезком и не граничит или не входит в контакт с первой скважиной,
создание токопроводящего пути (114), проходящего от указанного дальнего отрезка первой скважины через землю и обратный электрод к источнику изменяющегося во времени электрического тока,
формирование электрической цепи, которая содержит электрогенератор (70), токопроводящую обсадную колонну (102) или обсадную трубу первой скважины и токопроводящий путь (112), проходящий вдоль третьей скважины, и к которой указанный генератор подает изменяющийся во времени электрический ток,
измерение датчиком (88) электромагнитного поля, созданного током в первой скважине, с траектории бурения второй скважины (80), и
управление траекторией (86) бурения второй скважины с использованием измеренного электромагнитного поля.

10. Способ по п.9, в котором первая скважина (102) является горизонтальной, при этом траектория бурения (86) второй скважины является горизонтальной вдоль части, направление которой задают с помощью измеренного датчиками электромагнитного поля.