Способ спуска хвостовика в горизонтальную скважину с большим отклонением от вертикали Российский патент 2018 года по МПК E21B43/10 

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли и может использоваться при строительстве скважин с большими отклонениями от вертикали (БОВ).

Существует специфическая категория скважин БОВ, где хвостовик не может дойти до забоя под действием своего собственного веса из-за чрезмерных сил торможения (сил сопротивления движению в горизонтальной части скважины и при высоких значениях зенитного угла). На таких скважинах критический угол торможения превышен по интервалу достаточно большой длины, и поэтому вертикальные силы в скважине не могут преодолевать силы сопротивления движению. Отходы от вертикали могут составлять до 9000 м, а в некоторых случаях до 15000 м.

Анализ данных спуска хвостовиков в скважины на Ванкорском и Юрхаровском месторождениях показал, что величина коэффициента сопротивления движению составляет 0,35-0,60. Сопротивление движению возникает в результате взаимодействия муфт спускаемых труб со стенкой скважины и взаимодействия хвостовика со слоем шлама (шламовой постелью) на нижней стенке скважины (Туктаров Д.Х. Спуск обсадных колонн в скважины с большими отходами от вертикали. Проблемы и решения. Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2010. №6. С. 23-29.)

Большие величины сил сопротивления, близкие к осевой составляющей от веса обсадных колонн и хвостовиков, приводят к «посадкам» обсадных колонн и хвостовиков и не позволяют спускать хвостовики до заданной глубины (Туктаров Д.Х. Исследования и решения проблем для процессов спуска обсадных колонн и хвостовиков в скважины с большими отходами от вертикали. Вестник Ассоциации буровых подрядчиков. 2015. №4. С. 43-45).

Кроме того, одна из проблем при бурении скважин БОВ - неполный вынос шлама. В скважинах БОВ часть шлама всегда остается в скважине, поэтому при спуске обсадных колонн необходимо вращать обсадную колонну для предупреждения накопления («собирания») перед башмаком колонны шлама, при этом в осевом направлении снижается величина коэффициента торможения (Туктаров Д.Х. Спуск обсадных колонн в скважины с большими отходами от вертикали. Проблемы и решения. Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2010. №6. С. 23-29). Для спуска обсадных колонн с вращением буровая установка должна быть оборудована системой верхнего привода.

Известен способ установки хвостовика обсадной колонны в скважине (патент РФ №2167273, Е21В 43/10, опубл. 20.05.2001), используемый при креплении нефтяных и газовых скважин как вертикальных, так и наклонных, включающий спуск хвостовика с подвеской в скважину, установку хвостовика на подвеске в скважине, цементирование, отсоединение бурильных труб, промывку ствола выше хвостовика, подъем бурильных труб сразу после цементирования перед ожиданием затвердения цемента и ожидание твердения цемента. Перед спуском хвостовика с подвеской в скважину прорезают окно в обсадной колонне с последующим бурением бокового ствола, в который спускают хвостовик с подвеской, выполненной в виде центратора расчетного диаметра со скошенными ребрами для заклинивания в заданном по данным кавернометрии участке бокового ствола скважины, причем подвеску размещают ниже прорезанного окна в боковом стволе скважины. Данный способ обеспечивает повышение эффективности и качества крепления скважин, упрощение технологии производства работ при применении подвешивающих устройств. Однако известный способ не обеспечивает надежную установку хвостовика в скважинах БОВ и реализация указанного способа не позволяет спускать хвостовик до заданного интервала установки в указанных скважинах.

Наиболее близким к предложенному способу (прототипом) является способ спуска хвостовика в горизонтальную часть ствола скважины БОВ (Майк Миме. Проектирование и ведение бурения для скважин БОВ и сложных скважин. К&М Текнолоджи Групп, ЛЛК: Хьюстон, Техас. 1999. С. 108), включающий спуск в вертикальную часть ствола скважины компоновки обсадной колонны, в которой для преодоления сил торможения используют более легкую нижнюю часть и более тяжелую верхнюю часть («переворачивание» обсадной колонны) для «проталкивания» нижней части компоновки обсадной колонны на забой. Применение известного способа позволяет улучшить условия спуска обсадных колонн в длинные горизонтальные и субгоризонтальные участки, избежать недохождения хвостовика до заданного интервала установки, предотвратить затяжки и прихваты колонны в процессе спуска. Однако известный способ предусматривает, что утяжеленная верхняя часть компоновки обсадной колонны имеет меньший внутренний диаметр (за счет большой толщины стенки металлических труб), что может создать проблемы в дальнейшем при заканчивании или ремонте скважины, а использование для нижней облегченной части компоновки труб с более тонкими стенками не всегда решает проблему «проталкивания» хвостовика до заданного интервала установки, если нижняя часть компоновки, состоящая из металлических труб, облегчена в недостаточной степени.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка эффективного способа спуска нецементируемого хвостовика в горизонтальную часть ствола скважины БОВ, обеспечивающего надежную установку хвостовика любой длины.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является расширение арсенала технических средств для спуска хвостовика в горизонтальную часть скважины с БОВ, упрощение процесса спуска за счет более легкого вращения спускаемых труб, а также повышение надежности установки хвостовика за счет минимизации дополнительных нагрузок на обсадную колонну и буровое оборудование при спуске хвостовика.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе спуска хвостовика в горизонтальную скважину с большим отклонением от вертикали, включающем спуск с вращением от верхнего привода в ствол скважины оснащенной роликовыми центраторами компоновки труб, содержащей облегченные нижние секции и утяжеленную верхнюю секцию, в скважину спускают за n-ое количество раз п облегченных нижних секций, каждая из которых выполнена в виде колонны стеклокомпозитных обсадных труб. Каждый из n спусков осуществляют с использованием утяжеленной верхней секции, выполненной в виде колонны стальных толстостенных бурильных труб. В процессе каждого из n спусков утяжеленную верхнюю секцию спускают на глубину до начала участка отклонения ствола скважины от вертикали, а спуск необходимого количества облегченных нижних секций осуществляют до окончательной установки в требуемом интервале горизонтальной части ствола скважины упомянутых секций в качестве хвостовика.

При реализации предлагаемого способа каждая из n облегченных нижних секций (колонны стеклокомпозитных труб) под весом утяжеленной верхней секции (колонны стальных толстостенных бурильных труб) перемещается в горизонтальной части скважины. При этом масса стеклокомпозитных труб в 3-5 раз меньше массы стальных труб такого же диаметра, и, кроме того, коэффициент трения для стеклокомпозитных труб меньше, чем для стальных, что позволяет уменьшить силу трения (силу сопротивления) при спуске и обеспечивает упрощение процесса спуска и повышение надежности установки хвостовика.

Последовательный поэтапный спуск при реализации предлагаемого изобретения поясняется рисунками 1-4, где на фиг. 1 изображена схема первого этапа спуска хвостовика в горизонтальную часть ствола скважины БОВ; на фиг. 2 - второго этапа; на фиг. 3 - третьего этапа; на фиг. 4 - окончательное положение хвостовика в горизонтальной части ствола скважины БОВ после спуска n-го количества нижних секций компоновки труб.

Способ осуществляют следующим образом.

На первом этапе в вертикальную часть (глубиной Н) 1 ствола скважины, имеющего стенку 2, вводят первую нижнюю секцию компоновки труб, состоящую из стеклокомпозитных обсадных труб 3, соединенных между собой в колонну с помощью муфт 4. Нижний конец спускаемой секции снабжен направляющим колонным башмаком-клапаном 5. В процессе спуска первой и каждой последующей нижней секции в расчетных местах устанавливают роликовые центраторы 6, обеспечивающие центрирование и свободный проход стеклокомпозитных обсадных труб 3 с муфтами 4 относительно стенки 2 в вертикальной части 1 ствола скважины, а затем в горизонтальной части 7 и, особенно, на участке 8 отклонения ствола скважины от вертикали. Использование роликовых центраторов позволяет снизить коэффициент трения на 50%. Кроме того, по мере спуска нижнюю секцию компоновки труб оснащают всей необходимой технологической оснасткой (на рисунках не показана), предназначенной для обеспечения функционирования хвостовика.

На втором этапе первую нижнюю секцию компоновки через участок 8 отклонения ствола скважины от вертикали вводят в горизонтальную часть (длиной L) 7 ствола скважины. Спуск первой нижней секции компоновки продолжают до начала ее торможения в горизонтальной части 7 ствола скважины.

На третьем этапе, после начала торможения, когда вертикальные силы в скважине уже не могут преодолевать силы сопротивления движению, первую нижнюю секцию компоновки, состоящую из стеклокомпозитных обсадных труб 3, начинают «проталкивать» в горизонтальную часть 7 скважины, для чего в вертикальную часть 1 ствола скважины спускают утяжеленную верхнюю секцию компоновки, представляющую собой допускную транспортировочную колонну, состоящую из стальных толстостенных бурильных труб 9, соединенных между собой с помощью муфт 10. В случае необходимости допускная транспортировочная колонна может быть выполнена из утяжеленных бурильных труб (УБТ). Верхняя секция компоновки является общей допускной транспортировочной колонной многоразового использования при выполнении всех n спусков. В процессе спуска нижняя секция компоновки под весом более тяжелой верхней секции перемещается в горизонтальной части 7 ствола скважины. Верхняя секция компоновки оснащена роликовыми центраторами 11, которые обеспечивают ее центрирование и свободный проход относительно стенки 2 ствола скважины в вертикальной части 1. Соединяют верхнюю и нижнюю секции компоновки, для чего используют стыковочно-разъединительный узел 12, представляющий собой состоящий из двух частей цангово-резьбовой механизм, выполненный с возможностью присоединения и отсоединения одной части от другой как натяжением, так и отворотом. Конструкция стыковочно-разъединительного узла 12, состоящего из верхней и нижней частей, обеспечивает возможность его многоразового использования для присоединения и отсоединения верхней и нижней секций компоновки. Верхнюю секцию компоновки, состоящую из толстостенных бурильных труб 9, спускают в вертикальную часть 1 ствола скважины на глубину H₁ (до начала участка 8 отклонения ствола скважины от вертикали) и за счет ее веса «проталкивают» первую секцию колонны стеклокомпозитных обсадных труб 3 в горизонтальную часть 7 ствола скважины, преодолевая силы торможения (силы сопротивления движению). При достижении нижним концом верхней секции компоновки глубины H₁ ее отсоединяют с помощью стыковочно-разъединительного узла 12 от первой нижней секции и с верхней частью стыковочно-разъединительного узла 12 поднимают на поверхность. Колонну стеклокомпозитных обсадных труб 3 (первую нижнюю секцию компоновки) с нижней частью стыковочно-разъединительного узла 12 оставляют в стволе скважины. Большая часть первой нижней секции располагается в горизонтальной части 7 ствола скважины, продвинувшись в ней на расстояние L₁, соответствующее Н₁, а меньшая часть (порядка 1,5-2 метров) располагается в вертикальной части 1 ствола скважины. После этого в вертикальную часть 1 ствола скважины на глубину H₁ спускают вторую нижнюю секцию компоновки, состоящую из стеклокомпозитных обсадных труб 3, и с помощью стыковочно-разъединительного узла 12 соединяют ее с первой нижней секцией компоновки, находящейся в скважине. Затем в вертикальную часть 1 ствола скважины снова спускают верхнюю секцию компоновки (колонну толстостенных металлических труб 9), опять на глубину H₁ (до начала участка 8 отклонения ствола скважины от вертикали) и соединяют ее с второй нижней секцией компоновки. При этом первую нижнюю секцию компоновки «проталкивают» в горизонтальную часть 7 ствола скважины еще на расстояние H₁. Затем снова приводят в действие стыковочно-разъединительный узел 12 и отсоединяют верхнюю секцию компоновки от второй нижней секции.

Спуск утяжеленной верхней секции компоновки (допускной транспортировочной колонны) осуществляют необходимое количество раз. За каждый спуск колонну стеклокомпозитных труб 3 увеличивают на длину L₁, равную Н₁, пока на заключительном этапе она не дойдет до забоя 13 скважины, достигнув длины L. Таким образом, нижняя часть компоновки, состоящая из стеклокомпозитных обсадных труб 3, занимает окончательное положение в заданном интервале горизонтальной части 7 ствола скважины и становится непосредственно хвостовиком.

Пример осуществления способа.

Для эксплуатационной наклонно направленной скважины с горизонтальным окончанием было выполнено заканчивание скважины путем спуска в скважину нецементируемого хвостовика диаметром 114,3 мм из стеклокомпозитных обсадных труб (производства ООО НИИ «Завод стеклопластиковых труб»). Длина каждой трубы 9,12 м. Нижний конец хвостовика оснащен направляющим колонным башмаком, совмещенным с обратным клапаном и посадочной муфтой. Глубина скважины по стволу составляет 9833 м, в том числе вертикальный участок - 1112 м, горизонтальный участок (отход от вертикали) - 8721 м. Скважина обсажена трубами диаметром 168 мм.

Вначале в вертикальную часть ствола скважины спустили первую секцию колонны стеклокомпозитных обсадных труб, состоящую из 132 труб общей длиной 1205 м, при этом первая и затем каждая десятая труба оснащены жесткими роликовыми центраторами ЦР-114/165 (производства ОАО «Краснодарский завод НЕФТЕМАШ»). Нижний конец секции миновал участок отклонения ствола скважины от вертикали, и под нагрузкой от собственного веса колонна стеклокомпозитных обсадных труб вошла в горизонтальную часть на расстояние 92 м. После этого спуск колонны затормозился.

Для дальнейшего «проталкивания» колонны стеклокомпозитных обсадных труб в горизонтальную часть ствола скважины была использована допускная транспортировочная колонна из стальных толстостенных бурильных труб, изготовленных ООО «Мотовилиха - гражданское машиностроение» по стандарту API Spec 7-1, диаметром 114,3 мм, общей длиной 1112 м. Допускную колонну спускали, соединив ее с первой нижней секцией колонны стеклокомпозитных труб через стыковочно-разъединительный узел.

Спустили допускную колонну на всю длину 1112 м. При этом вес допускной колонны позволил продвинуть на такое же расстояние первую секцию колонны стеклокомпозитных труб в горизонтальной части ствола скважины.

Затем привели в действие стыковочно-разъединительный узел, разъединили спущенные колонны и подняли допускную колонну вместе с извлекаемой частью стыковочно-разъединительного узла.

После этого спустили в скважину вторую секцию колонны стеклокомпозитных труб в количестве 121 шт., нижний конец которой оснащен извлекаемой частью стыковочно-разъединительного узла. Соединили вторую секцию с первой. Затем спустили допускную колонну второй раз, вторая секция стеклокомпозитных труб под весом более тяжелой допускной колонны переместилась в горизонтальной части скважины вместе с первой секцией, при этом общая длина колонны стеклокомпозитных труб в горизонтальной части ствола скважины увеличилась на 1112 м.

Далее в такой же последовательности спустили третью секцию и последующие. При каждом спуске длина колонны стеклокомпозитных труб в горизонтальной части ствола скважины увеличивалась на 1112 м. Спуск повторили восемь раз, пока общая длина колонны стеклокомпозитных труб в горизонтальной части ствола скважины не достигла 8721 м.

Изобретение относится к нефтегазовой отрасли, а именно к способу спуска хвостовика в горизонтальную скважину с большим отклонением от вертикали. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств для спуска хвостовика в горизонтальную часть скважины с большим отклонением от вертикали, упрощение технологии спуска, а также повышение надежности установки хвостовика. Способ включает спуск с вращением от верхнего привода в ствол скважины оснащенной роликовыми центраторами компоновки труб, содержащей облегченные нижние секции и утяжеленную верхнюю секцию. В скважину спускают за n-ое количество раз n облегченных нижних секций, каждая из которых выполнена в виде колонны стеклокомпозитных обсадных труб. Каждый из n спусков осуществляют с использованием утяжеленной верхней секции, выполненной в виде колонны стальных толстостенных бурильных труб. В процессе каждого из n спусков утяжеленную верхнюю секцию спускают на глубину до начала участка отклонения ствола скважины от вертикали, а спуск необходимого количества облегченных нижних секций осуществляют до окончательной установки в требуемом интервале горизонтальной части ствола скважины упомянутых секций в качестве хвостовика. 4 ил.

Способ спуска хвостовика в горизонтальную скважину с большим отклонением от вертикали, включающий спуск с вращением от верхнего привода в ствол скважины оснащенной роликовыми центраторами компоновки труб, содержащей облегченные нижние секции и утяжеленную верхнюю секцию, отличающийся тем, что в скважину спускают за n-ое количество раз n облегченных нижних секций, каждая из которых выполнена в виде колонны стеклокомпозитных обсадных труб, причем каждый из n спусков осуществляют с использованием утяжеленной верхней секции, выполненной в виде колонны стальных толстостенных бурильных труб, при этом в процессе каждого из n спусков утяжеленную верхнюю секцию спускают на глубину до начала участка отклонения ствола скважины от вертикали, а спуск необходимого количества облегченных нижних секций осуществляют до окончательной установки в требуемом интервале горизонтальной части ствола скважины упомянутых секций в качестве хвостовика.