Способ проходки неустойчивых пород при бурении бокового ствола с горизонтальным окончанием Российский патент 2020 года по МПК E21B7/04 E21B33/10 

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к способам предотвращения разрушения и обвала стенок скважины при бурении интервалов с неустойчивыми породами.

Известен способ бурения дополнительного ствола из эксплуатационной колонны скважины (патент RU № 2172384, МПК Е21В 7/06, опубл. 20.08.2001 в бюл. № 23), включающий забуривание дополнительного ствола, меньшего диаметра по сравнению с основным, с использованием отклонителя, бурение дополнительного ствола и крепление его экспандируемыми профильными трубами. При этом бурение дополнительного ствола ведут до кровли продуктивного пласта, после чего в скважину закачивают изоляционный материал и крепят пробуренную часть дополнительного ствола экспандируемыми профильными трубами, а затем вскрывают продуктивный пласт при поддержании на забое давления, равновесного с внутрипластовым или депрессивного по отношению к нему.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ проходки неустойчивых пород при бурении бокового ствола c горизонтальным окончанием (патент RU № 2344263, МПК Е21В 7/10, опубл. 20.01.2009 в бюл. № 23), включающий вырезание окна в эксплуатационной колонне, бурение бокового ствола, крепление бокового ствола колонной труб с установленным на нижнем конце башмаком, бурение бокового ствола до проектного забоя. Бурение бокового ствола в неустойчивых породах и крепление стенок скважины производят последовательными участками, причем длину участка выбирают такой, чтобы не произошел обвал неустойчивых пород за время подъема долота и установки профильного перекрывателя. При этом установку профильных перекрывателей производят с перекрытием внахлест с последовательным уменьшением внутреннего диаметра устанавливаемых профильных перекрывателей в рабочем положении при бурении с расширением ствола скважины на первом участке интервала пласта или встык при последовательном бурении с расширением всех участков ствола скважины.

Недостатками способов являются:

- невозможность прорабатывать труднопроходимые участки с неустойчивыми породами пласта компоновкой с профильным перекрывателем, так как из-за низких механических свойств профильные трубы не воспринимают крутящий момент от прорабатывающего инструмента, кроме того невозможно создавать промывку скважины, так как при этом происходит расширение профильных труб;

- низкая надежность реализации способа, обусловленная невозможностью расширить профильный перекрыватель подаваемым давлением до проектных геометрических размеров после спуска в скважину, так как обрушенная неустойчивая порода пласта препятствует равномерному расширению;

- трудоемкость и продолжительность способа, связанные с дополнительными спускоподъемными операциями по развальцовыванию недовыправленных участков при установке профильного перекрывателя;

- высокая стоимость применения способа, связанная с дороговизной профильных труб (профильного перекрывателя), а также недостаточная прочность профильного перекрывателя после установки, так как профильные трубы при изготовлении предварительно деформируют и многократно отжигают.

Техническими задачами изобретения являются повышение эффективности способа проходки неустойчивых пород при бурении бокового ствола c горизонтальным окончанием за счет обеспечения проходки и проработки неустойчивых труднопроходимых пород пласта с диаметром проходного канала скважины, позволяющего добурить скважину до проектного забоя с максимально возможным диаметром, обеспечение проведения прямой промывки скважины для удаления шлама, повышение надежности реализации способа, снижение трудоемкости и продолжительности реализации способа, снижение финансовых затрат на реализацию способа.

Технические задачи решаются способом проходки неустойчивых пород при бурении бокового ствола c горизонтальным окончанием, включающим вырезание окна в эксплуатационной колонне, бурение бокового ствола, крепление бокового ствола колонной труб с установленным на нижнем конце башмаком, бурение бокового ствола до проектного забоя.

Новым является то, что предварительно определяют зону неустойчивых пород пласта, после вырезания окна в эксплуатационной колонне производят бурение бокового ствола долотом диаметром на 1,3–2,5% меньше диаметра вырезанного окна со вскрытием зоны неустойчивых пород пласта, спускают до забоя безмуфтовую колонну-летучку на колонне бурильных труб, оснащенную посадочным устройством сверху, а снизу - разбуриваемым, прорабатывающим башмаком, повышают гидравлическое давление в колонне бурильных труб, отцепляют и извлекают посадочное устройство с колонной бурильных труб, при этом выбирают диаметр безмуфтовой колонны-летучки на 7–8% меньше диаметра пробуренного бокового ствола, бурение бокового ствола из безмуфтовой колонны-летучки до проектного забоя производят долотом на 1,5–3% меньше внутреннего диаметра безмуфтовой колонны-летучки.

На фиг. 1 схематично и последовательно показана реализация предлагаемого способа.

На фиг. 2 показан узел соединения безмуфтовой колонны-летучки с колонной бурильных труб.

Способ осуществляют в следующей последовательности.

Предварительно определяют зону неустойчивых пород пласта 1 по соседним скважинам и по материалам геофизических исследований скважины.

В эксплуатационной колонне 2 (фиг. 1) вырезают окно 3 любым известным способом, например, с установкой клина-отклонителя 4, с помощью фреза для вырезания окна (на фиг. 1, 2 не показано). Проходной диаметр вырезанного окна 3 равен диаметру применяемого фреза.

Далее на колонне бурильных труб спускают долото, например, с PDC резцами (на фиг. 1, 2 не показано), имеющее диаметр на 1,3–2,5% меньше диаметра вырезанного окна 3 (фиг. 1) в эксплуатационной колонне 2. Такое соотношение диаметров обеспечивает беспрепятственный спуск и прохождение через вырезанное окно 3 спускаемого оборудования и бурение бокового ствола 5 со вскрытием зоны неустойчивых пород пласта 1, тем самым повышают надежность способа. При этом диаметр бокового ствола 5 равен диаметру долота. Далее извлекают долото на устье скважины.

Далее для крепления зоны неустойчивых пород пласта 1бокового ствола 5 на колонне бурильных труб 6 (фиг. 2) производят спуск в скважину безмуфтовой колонны-летучки 7 (фиг. 1 и 2). Предварительно на предприятии-изготовителе безмуфтовую колонну-летучку 7 оснащают сверху узлом соединения с колонной бурильных труб 6, а снизу - разбуриваемым, прорабатывающим башмаком (на фиг. 1, 2 не показаны).

Безмуфтовая колонна-летучка 7 представляет собой колонну цилиндрических труб, соединенных между собой сваркой, диаметр которых на 7–8% меньше диаметра пробуренного бокового ствола 5 (фиг. 1), что соответствует условиям проходимости спускаемого оборудования. Для ускорения процесса спуска безмуфтовая колонна-летучка 7 может состоять из предварительно подготовленных плетей труб по две трубы (24 м).

Разбуриваемый, прорабатывающий башмак используют любой известной конструкции, например, оборудованный спиралевидными лопастями с резцами PDC или с наплавкой слоя с включением карбид-вольфрама и имеющий промывочные отверстия.

В процессе спуска безмуфтовой колонны-летучки 7 в случае прихватов и затруднения проходимости ее вращают вправо до 40 оборотов в минуту с одновременной промывкой промывочной жидкостью. Разбуриваемый, прорабатывающий башмак при этом разбуривает шламовую подушку, обеспечивая этим проходимость безмуфтовой колонны-летучки 7 неустойчивых труднопроходимых пород пласта 1.

Узел соединения безмуфтовой колонны-летучки 7 с колонной бурильных труб 6 представляет собой посадочное устройство 8 (фиг. 2), зафиксированное на верхней трубе безмуфтовой колонны-летучки 7 с помощью завальцованной части 9 и имеющее уплотнительную манжету 10.

После проработки и достижения забоя 11 скважины (фиг. 1) в колонну бурильных труб 6 с устья скважины бросают шар (на фиг. 1, 2 не показан). При этом шар доходит до разбуриваемого, прорабатывающего башмака и перекрывает центральное отверстие, циркуляция промывочной жидкости прекращается.

Далее поднимают внутри колонны бурильных труб 6 (фиг. 2) гидравлическое давление до расчетной величины, обеспечивающее расширение завальцованной части 9 узла соединения. При этом посадочное устройство 8 (фиг. 2) выходит из завальцованной части 9 верхней трубы безмуфтовой колонны-летучки 7, при этом раструб 12, выполненный в виде воронки, фиксирует верхнюю часть безмуфтовой колонны-летучки и обеспечивает заход спускаемого долота для последующего бурения.

Сигнализатором отцепа посадочного устройства 8 от безмуфтовой колонны-летучки 7 служит падение гидравлического давления. Колонну бурильных труб 6 вместе с посадочным устройством 8 извлекают из скважины.

В нижней части бокового ствола 5 (фиг. 1) скважины безмуфтовая колонна-летучка 7 зафиксирована от перемещения забоем 11 скважины, а в верхней – раструбом 12 в виде воронки.

Далее производят бурение горизонтальной части 13 бокового ствола 5 скважины из безмуфтовой колонны-летучки 7 до проектного забоя долотом (на фиг. 1, 2 не показано), имеющим диаметр на 1,5–3% меньше внутреннего диаметра безмуфтовой колонны-летучки 7. Такое соотношение позволяет беспрепятственно спускать долото через безмуфтовую колонну-летучку для дальнейшего бурения до проектного забоя и обеспечивает диаметр проходного канала скважины максимально возможным диаметром для последующего беспрепятственного спуска эксплуатационной колонны или хвостовика.

После бурения до проектного забоя спускают и цементируют любым известным способом эксплуатационную колонну 2.

Пример практического применения способа проходки неустойчивых пород при бурении бокового ствола c горизонтальным окончанием.

Определяют зону неустойчивых пород 1 по соседним скважинам и по материалам геофизических исследований скважины.

В эксплуатационной колонне 2 диаметром 168 мм (фиг. 1) вырезают окно 3 с установкой клина-отклонителя 4 с помощью оконного фреза диаметром 146 мм (на фиг. 1, 2 не показано).

Далее на колонне бурильных труб 6 спускают долото, например, PDC (на фиг. 1, 2 не показано), имеющее диаметр 143 мм, что на 2,1 % меньше диаметра вырезанного окна 3 (фиг. 1) в эксплуатационной колонне 2 и производят бурение бокового ствола 5 со вскрытием зоны неустойчивых пород 1 пласта и производят подъем инструмента на устье скважины.

Далее для крепления бокового ствола 5 в зоне неустойчивых пород 1 на колонне бурильных труб 6 (фиг. 2) спускают в скважину безмуфтовую колонну-летучку 7 диаметром 133 х 5 мм, что на 7,5% меньше диаметра пробуренного бокового ствола 5 (фиг. 1). Безмуфтовая колонна-летучка 7 (фиг. 1 и 2) оснащена сверху узлом соединения с колонной бурильных труб 6, а снизу - разбуриваемым, прорабатывающим башмаком, оборудованным спиралевидными лопастями с резцами PDC (на фиг. 1, 2 не показан).

В процессе спуска безмуфтовую колонну-летучку 7 вращают с крутящим моментом до 12 кН·м с одновременной промывкой промывочной жидкостью для исключения прихватов и затруднений проходимости, прорабатывающий башмак при этом разбуривает шламовую подушку, обеспечивая этим проходимость всей колонны.

По достижении забоя 11 скважины (фиг. 1) в колонну бурильных труб 6 с устья скважины бросают шар (на фиг. 1 и 2 не показан). Далее внутри колонны поднимают гидравлическое давление до 150 атм. При этом посадочное устройство 8 узла соединения с колонной бурильных труб 6 (фиг. 2) выходит из завальцованной части 9 верхней трубы безмуфтовой колонны-летучки 7, при этом раструб 12 образует заходную воронку. Сигнализатором отцепа посадочного устройства 8 служит падение гидравлического давления. Колонну бурильных труб 6 вместе с посадочным устройством 8 узла соединения извлекают на поверхность. Безмуфтовая колонна-летучка 7 при этом была зафиксирована от перемещения в боковом стволе 5 в нижней части забоем 11 скважины, а в верхней – раструбом 12. Диаметр раструба 12 после выхода посадочного устройства 8 увеличился до диаметра, равного внутреннему диаметру скважины – 143 мм.

Далее производят бурение горизонтальной части 13 бокового ствола 5 скважины до проектного забоя из-под безмуфтовой колонны-летучки 7. Бурение производят долотом PDC (на фиг. 1 и 2 не показано), имеющим диаметр 120 мм, что на 2,5% меньше внутреннего диаметра безмуфтовой колонны-летучки 7. Затем в горизонтальный ствол скважины спускают хвостовик диаметром 102 мм с муфтами диаметром 110 мм, которые беспрепятственно проходят через безмуфтовую колонну-летучку 7 и доходят до проектного забоя.

Другие примеры выполняли аналогично примеру применения, описанному выше. Результаты приведены в таблице.

Таблица

Диаметр оконного фреза Диаметр долота для бурения бокового ствола Диаметр колонны-летучки Диаметр долота для бурения до забоя 146 144,7 134,6 122,7 143,5 132 120,3

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет обеспечить стабильность процесса проходки и проработки неустойчивых труднопроходимых пород пласта с диаметром проходного канала скважины, позволяет добурить скважину до проектного забоя максимально возможным диаметром, обеспечить проведение прямой промывки скважины для удаления шлама, повысить надежность реализации способа, снизить трудоемкость и продолжительность реализации способа, снизить финансовые затраты на реализацию способа.

Изобретение относится к области бурения нефтяных и газовых скважин, а именно к способам предотвращения разрушения и обвала стенок скважины при бурении интервалов с неустойчивыми породами. Способ проходки неустойчивых пород при бурении бокового ствола c горизонтальным окончанием, включающий вырезание окна в эксплуатационной колонне, бурение бокового ствола, крепление бокового ствола колонной труб с установленным на нижнем конце башмаком, бурение бокового ствола до проектного забоя. Предварительно определяют зону неустойчивых пород пласта, после вырезания окна в эксплуатационной колонне производят бурение бокового ствола долотом диаметром на 1,3-2,5% меньше диаметра вырезанного окна со вскрытием зоны неустойчивых пород пласта, спускают до забоя безмуфтовую колонну-летучку на колонне бурильных труб, оснащенную посадочным устройством сверху, а снизу - разбуриваемым прорабатывающим башмаком, повышают гидравлическое давление в колонне бурильных труб, отцепляют и извлекают посадочное устройство с колонной бурильных труб, при этом диаметр безмуфтовой колонны-летучки на 7-8% меньше диаметра пробуренного бокового ствола, бурение бокового ствола из безмуфтовой колонны-летучки до проектного забоя производят долотом на 1,5-3% меньше внутреннего диаметра безмуфтовой колонны-летучки. Обеспечивается стабильность процесса проходки и проработки неустойчивых труднопроходимых пород пласта с диаметром проходного канала скважины, добуривание скважины до проектного забоя максимально возможным диаметром, проведение прямой промывки скважины для удаления шлама, повышение надежности реализации способа, снижение трудоемкости и продолжительности реализации способа. 2 ил., 1 табл.

Способ проходки неустойчивых пород при бурении бокового ствола c горизонтальным окончанием, включающий вырезание окна в эксплуатационной колонне, бурение бокового ствола, крепление бокового ствола колонной труб с установленным на нижнем конце башмаком, бурение бокового ствола до проектного забоя, отличающийся тем, что предварительно определяют зону неустойчивых пород пласта, после вырезания окна в эксплуатационной колонне производят бурение бокового ствола долотом диаметром на 1,3-2,5% меньше диаметра вырезанного окна со вскрытием зоны неустойчивых пород пласта, спускают до забоя безмуфтовую колонну-летучку на колонне бурильных труб, оснащенную посадочным устройством сверху, а снизу - разбуриваемым прорабатывающим башмаком, повышают гидравлическое давление в колонне бурильных труб, отцепляют и извлекают посадочное устройство с колонной бурильных труб, при этом диаметр безмуфтовой колонны-летучки на 7-8 % меньше диаметра пробуренного бокового ствола, бурение бокового ствола из безмуфтовой колонны-летучки до проектного забоя производят долотом на 1,5-3% меньше внутреннего диаметра безмуфтовой колонны-летучки.