Большая энциклопедия нефти и газа. Реферат: Наклонно-направленное бурение

• Искусственное искривление
• Существующие способы
  • Кустовой метод
  • Многозабойный метод
  • Наклонные скважины

• более чем на 2° в случае вращательного бурения;
• более чем на 6° при глубоком бурении.

Наклонно направленные скважины

Вертикальное отклонение скважин может быть вызвано природными условиями или искусственно.

Природное отклонение может быть обусловлено разными причинами. Если определить причины, получится контролировать размещение скважин.

Под искусственным отклонением подразумевается принудительное искривление. Скважина под наклоном, направление которой во время бурения может контролироваться, называется наклонно направленной.

Типы профилей наклонно-направленных скважин: 1 – наклонный участок; 2 – участок набора угла наклона ствола; 3 – прямолинейный наклонный участок; 4 – участок снижения угла наклона ствола.

Наклонное бурение скважин производится при помощи использования профилей. Подобные конструкции могут отличаться, но верхняя часть ствола должна располагаться вертикально. В процессе исследовательских работ на твердые ископаемые бурение производится шпиндельными устройствами для бурения с поверхности земли.

Бурение подобных конструкций отличается тем, что сначала они будут иметь прямое направление, которое задается шпинделем станка для бурения, после чего в силу анизотропии разбуриваемого основания они будут отклоняться от подобного направления.

Объемы наклонного бурения с углами вертикального отклонения ствола конструкций более 50° растут, что обусловливается ограничениями по использованию стандартных способов исследований при помощи устройств, погружаемых в скважину на кабеле.

Поэтому появилась необходимость в разработке особых технологий доставки необходимых устройств в промежуток исследований. Данную проблему можно с легкостью решить при помощи систем для измерения без кабеля, которые доставляются на забой при помощи инструмента для бурения.

Наклонно направленные скважины подобного типа разделяются на одно- и многозабойные. В случае многозабойного бурения из главного, вертикального или ствола под наклоном будут проходить еще несколько вспомогательных стволов.

Вернуться к оглавлению

Искусственное искривление

Искусственное искривление скважины широко применяют в процессе бурения подобных конструкций для нефти и газа. Принудительное искривление можно разделить на многозабойное и кустовое бурение.

Искусственное искривление может использоваться в таких случаях:

1. В процессе скрытия слоев, которые залегают под отлогим спуском или между несколькими спусками.
2. В случае отклонения ствола от места сброса в направлении плодородного слоя.
3. В случае установки стволов на территории с наличием нефти, которые залегают под соляными куполами. Следует знать, что через соляные купола бурить достаточно сложно.
4. Если есть необходимость обойти места осыпания и чрезмерные поглощения жидкости промыва.
5. Использование наклонно направленного бурения целесообразно в случае вскрытия слоев, которые залегают под дном моря, реки, озера, канала, под жилыми или нежилыми строениями.
6. В случае устройства конструкций на пласты из отдельных оснований, которые располагаются в море.
7. В случае устройства скважин на слои, которые располагаются под земельными участками с неровным рельефом местности.
8. Если есть необходимость уйти в сторону новым стволом.
9. Если нет возможности устранить неисправность в скважине.
10. В случае забуривания 2-го ствола для того, чтобы взять керн из плодородного слоя.
11. Если есть необходимость бурить стволы во время подавления горящего фонтана и устранения открытых выбросов.
12. Если нужно перебурить нижний элемент ствола в использующейся скважине.
13. Если надо будет вскрыть продуктивный слой под конкретным углом, чтобы увеличить основание дренажа.
14. Во время многозабойного вскрытия продуктивных слоев.
15. Во время бурения кустовым методом на равнинных территориях для того, чтобы снизить затраты капиталовложений на устройство промысла и уменьшения времени разбуривания месторождений.
16. В процессе бурения по пласту уголя с целью дегазификации или подземного выщелачивания.

В большинстве случаев искусственное искривление скважины осуществляется забойными двигателями, среди которых:

1. Турбобур.
2. Винтовый двигатель.
3. Электрический бур.

Вернуться к оглавлению

Существующие способы

На сегодня чаще всего используются такие методы искусственного искривления скважин:

1. Использование регулярности природного отклонения на имеющемся месторождении (метод типовых трасс). В данном случае бурение проектируется и производится на основе профилей, которые сооружены по имеющимся данным природного отклонения изготовленных скважин. Подобный метод используется исключительно на изученных территориях, при этом кривизну скважины контролировать не нужно, а понадобится лишь приспособиться к ее естественному отклонению. Недостатком этого способа является увеличение стоимости конструкций за счет увеличения объемов бурения. Для каждой территории по ранее изготовленным скважинам надо будет определять места высокой интенсивности отклонения и учитывать данную информацию при составлении профилей.
2. Управление искажением конструкции за счет применения разных сочетаний инструментов для бурения. С помощью изменения порядка бурения и использования различных сочетаний подобных инструментов можно определять направление ствола конструкции. Данный метод позволяет пройти скважину в заданном направлении, при этом не нужно будет использовать специальные отклонители. Недостатком способа является то, что в данном случае имеется значительное ограничение возможностей ускоренных режимов бурения.
3. Направленное искажение скважины основывается на использовании неровных ниппелей и других специальных приспособлений. Подобные искажающие конструкции применяются в зависимости от имеющихся условий территории.

Наклонно направленные скважины являются конструкциями, для которых по проекту предусмотрено конкретное отклонение оси ствола от вертикали по определяемой кривой.

К подобным конструкциям можно отнести скважины, которые забуриваются с основания вертикально с дальнейшим отклонением в необходимом направлении. Максимальный угол при этом равен 90°.

Забой можно смещать горизонтально по отношению к вертикали. Поэтому были созданы кустовой и многозабойный методы бурения.

Вернуться к оглавлению

Кустовой метод

Кустовой тип бурения – это метод, при котором устья скважины определяются в группы на единой площадке, а конечные забои располагаются в точках, которые соответствуют проектам месторождения.

С помощью использования кустового бурения можно сократить строительные и установочные работы, уменьшить объем сооружения дорог, линий передачи электроэнергии, водопровода и так далее.

К отличительным чертам проводки скважины кустовым методом наклонно направленного бурения следует отнести необходимость выполнения условий непересечения стволов других конструкций. К недостаткам подобного метода наклонно направленного бурения относятся:

1. Принудительная остановка изготовленных скважин до окончания определенной конструкции куста для пожарной безопасности.
2. Увеличение риска состыковки стволов конструкций.
3. Сложности в выполнении капитальных ремонтов конструкций под землей.
4. Трудности в устранении грифонов при морском бурении.

Подобные способы наклонно направленного бурения используются для того, чтобы увеличить газо- и нефтеотдачу продуктивных территорий в случае первичного освоения территории с плохими распределителями, а также в случае возобновления неработающего ресурса скважины.

Если во время изготовления скважин под наклоном надо будет достичь конкретной области слоя и пересечь его под углом, то понадобится бурить с целью продольного пересечения пласта.

В данном случае протяженность конечного участка конструкции, размещенного в плодородном слое, может превысить 1000 м.

Условия, при которых нужно использовать кустовое бурение, можно разделить на следующие:

1. Технические. Разбуривание подобным способом месторождений, которые залегают под готовыми участками.
2. Технологические. Скважины объединяются в кусты для того, чтобы избежать нарушения сетки разработки в процессе естественного отклонения.
3. Геологические. Используются для разбуривания многослойной залежи.
4. Орографические. Подобным способом бурения вскрываются месторождения, которые залегают под водоемами или земельными участками с неровным основанием. Используются при проводке конструкций на продуктивные слои с морских поверхностей.
5. Климатические. Разбуриваются залежи зимой, когда имеется большое количество снега, а также в весенний период времени, когда есть большие паводки.

Кустовое бурение имеет следующие разновидности:

• двухствольное последовательное;
• двухствольное параллельное;
• трехствольное бурение.

Кусты конструкций имеют форму конуса или треугольника с вершинами в виде кустовых площадок.

В случае разбуривания многопластковых месторождений количество скважин в 1 кусте может быть увеличено. Если кусты располагаются вдоль магистрали транспорта, то количество скважин в 1 кусте будет уменьшено.

Объем работ по подготовке, монтажу и демонтажу может изменяться исходя из используемого варианта размещения устьев в кусте. От применяемого способа будет зависеть и площадь территории, которую нужно будет отчуждать.

Вариант размещения устьев играет важную роль и в процессе использования скважин. В случае бурения конструкций на кустовой площади количество одновременно функционирующих буровых устройств может отличаться.

Максимальный эффект от подобного может быть обеспечен в условиях местностей с болотом.

В процессе бурения скважины, подверженные естественному искривлению, могут не выйти на нефтегазоносные слои и, следовательно, не выполнить своих проектных заданий. Но накопленный фактически материал по естественному искривлению позволил установить ряд общих закономерностей, учитывая которые буровики научились проходить скважины в строго направленном направлении. Искусственное отклонение – это направление ствола скважины в процессе бурения по определённому плану с доведением забоя до заданной точки.

Можно выделить следующие виды искусственно искривленных скважин:

Наклонно направленные

Горизонтальные

Многозабойные

Многоствольные (куст скважин)

Рассмотрим подробнее каждый вид скважин.

Наклонно направленной скважиной называется скважина, специально направленная в какую-либо точку, удаленную от вертикальной проекции ее устья.

Цели бурения наклонно направленных скважин:

Разведка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений, расположенных под крупными промышленными объектами, в условиях гористой, заболоченной местности, под крупными водоемами;

Увеличение поверхности фильтрации продуктивного пласта в отдельных скважинах, а также при многозабойном вскрытии пласта;

Экономия плодородных земель и лесных массивов;

Глушение фонтанов и тушение пожаров в других скважинах;

Забуривание второго ствола на определенной глубине с целью обхода оставленного в скважине инструмента;

Вскрытие пластов при наличии сброса, в стратиграфических ловушках, при обходе соляных куполов.

В России наклонное бурение применяют при бурении скважин на нефть и газ в Западной Сибири, на севере европейской части, на Северном Кавказе, в Татарстане, Башкортостане, Самарской области и других районах.

В Российской Федерации подавляющее большинство наклонно направленных скважин бурят с применением забойных двигателей, тогда как за рубежом преобладает бурение таких скважин роторным способом, а забойные двигатели в основном используются только на участке набора кривизны в заданном направлении. Отечественные и зарубежные специалисты считают наиболее перспективными для набора кривизны в заданном направлении винтовые забойные двигатели.

Профили наклонных скважин

При отклонении забоя скважины от вертикали до 300 м применяется тангенсальный трехинтервальный профиль, состоящий из вертикального участка, участка начального искривлении и тангенсального участка.

При отклонении забоя скважины свыше 300 м используют S-образный четырхинтервальный профиль, включающий вертикальный участок начального искривления, тангенсальный участок и участок уменьшения зенитного угла.

Для проектирования наклонно направленных скважин специального назначения применяется j-образный вид профиля, включающий вертикальный участок; участок начального искривления, тангенсальный участок и участок малоинтенсивного увеличения зенитного угла до проектной глубины.

Рисунок 1.

Все рассмотренные выше виды профиля проектируются в одной плоскости, т.е. являются плоскими. При проводке скважин в сложных горно-геологических условиях используются профили пространственного типа. В российской Федерации бурение наклонно направленных скважин с профилем пространственного типа распространено в Грозненском нефтяном районе.

Многозабойные скважины являются дальнейшим развитием технологии наклонно направленного и горизонтального бурения. Извлечение нефти производится из одного наиболее близкого к вертикали ствола, а ответвления служат дополнительными дренажными каналами, по которым нефть поступает в основной ствол из отдаленных участков нефтеносного пласта, а также из вскрытых стволами высокопродуктивных трещин или линз, остающихся между обычными однозабойными скважинами и не затронутых разработкой. Другими словами, под многозабойными скважинами (МЗС) понимаются скважины, имеющие в нижней части основного ствола разветвления в виде двух или более протяженных горизонтальных, пологонаправленных или волнообразных стволов, у каждого из которых интервал вскрытия продуктивного пласта, как правило, в два раза и более превышает толщину пласта.

Форма скважины может быть самой различной: стволы могут ответвляться на различной высоте от подошвы продуктивного пласта или на различных расстояниях друг от друга и иметь различные ракурсы искривления, оканчиваться вертикально, наклонно или горизонтально вдоль пласта. По форме выполнения дополнительных стволов и их пространственному положению различают следующие виды многозабойных скважин:

Разветвленные наклонно направленные;

Горизонтально разветвленные;

Радиальные скважины.

Разветвленные наклонно направленные скважины состоят из основного ствола, обычно вертикального, и дополнительных наклонно-направленных стволов.

Горизонтально разветвленные скважины – это разновидность разветвленных наклонно направленных скважин, так как их проводят аналогичным способом, но в завершающем интервале дополнительного ствола его зенитный угол увеличивают до 90º и более.

У радиальных скважин основной ствол проводят горизонтально, а дополнительные – в радиальном направлении.

Выбор формы разветвления скважин зависит от толщины продуктивного пласта и его литологической характеристики, наличия или отсутствия над ним пластов, требующих изоляции. Радиусы искривления стволов и глубины мест забуривания зависят от пластового давления, режима движения жидкостей в пласте и применяемых мер по поддержанию пластового давления. Профили стволов, их длинна и число ответвлений зависят от степени неоднородности продуктивного пласта, толщины пласта, литологии, распределения твердости пород, степени устойчивости разреза. Рекомендации на составление проекта МЗС для каждого конкретного месторождения должны выдаваться в результате совокупного рассмотрения указанных геолого-технических условий.

Рисунок 2,3.

Рисунок 4.

Под площадкой куста понимается участок территории, на котором расположены скважины, технологическое оборудование, а также бытовые и и другие помещения, необходимые для производства работ. Размер площадки зависит от количества скважин в кусте и размещения специальной техники для ликвидации возможных аварийных ситуаций (пожары, открытые фонтаны и т.д.)

Взаимное расположение скважин разнообразно и зависит от типа буровой установки, конструкции буровой вышки, способа перемещения бурового оборудования, противопожарных норм и обеспечения предполагаемых методов эксплуатации скважин.

В мировой практике имеется опыт бурения 64 скважин с одного основания. В России имеется ряд месторождений, позволяющих строительство 80 скважин с одной кустовой площадки. Например, в Печорском море предлагается пробурить 60 горизонтальных скважин с одной буровой платформы, вместо использования двух платформ, планируемых ранее для разбуривания месторождения только наклонными скважинами.

Строительство скважин кустовым способом имеет ряд существенных достоинств экономического и социального характера. При этом способе значительно сокращаются материальные и трудовые затраты на обустройство площадок под скважины, подъездных дорог к ним и месторождениям в целом, особенно на заболоченных территориях, где возникает необходимость сооружения искусственных оснований и дорог специальных конструкций. Существенно уменьшаются затраты на промысловое обустройство скважин, строительство нефтегазосборных сетей, энергообеспечение промысловых объектов, ремонт и эксплуатационное обслуживание скважин.

Значительно снижаются затраты на вышкостроение, так как буровое оборудование перемещается в пределах кустовой площадки. При этом способе улучшается баланс времени буровой бригады, до минимума снижаются затраты на новую скважиноточку в кусте. При кустовом строительстве скважин сокращается площадь земель, изъятых из сельскохозяйственного производства, сокращаются затраты на природоохранные мероприятия (рекультивация и т.д.).

Строительство скважин кустовым методом составляет в настоящее время более 70% всего объема эксплуатационного бурения.

В последние годы доля разведанных запасов нефти и газа в низкопродуктивных коллекторах заметно возросла. Традиционные технологии извлечения нефти и газа из таких залежей имеют низкую технико-экономическую эффективность, а иногда оказываются нерентабельными. Одним из возможных направлений повышения эффективности разработки месторождений углеводородного сырья могут стать так называемые горизонтальные технологии, включающие способы строительства ГС и ГРС, а также проводки новых боковых стволов из старых. Эти способы являются перспективными достижениями развития нефтегазовой индустрии за последние два десятилетия.

Применение горизонтальной технологии позволяет решить следующий ряд проблем разработки нефтяных, нефтегазовых и газовых месторождений:

Значительно уменьшить количество эксплуатационных скважин на месторождениях, особенно в морских акваториях, где строительство буровых платформ требует больших капиталовложений;

Увеличить коэффициент нефте-, и газоотдачи пластов, а также текущую добычу;

Замедлить процесс обводнения скважин, образования газовых воронок;

Улучшить эффективность вскрытия пластов с вертикальной трещиноватостью, низкопроницаемых пластов, линзовидных залежей;

Улучшить результаты строительства подземных газохранилищ, закачки воды и газа для поддержания пластового давления на необходимом уровне, захоронения сточных вод;

Вовлечь в разработку залежи высоковязкие нефти и битумы. Кроме того, горизонтальная технология применяется все шире для прокладки трубопроводов под различными сооружениями и через водные преграды.

Рисунок 7,8.

Рисунок 9.

По величине радиуса кривизны различают три вида профилей ГС: с большим, средним и малым радиусами кривизны.

Рисунок 10.

Горизонтальные скважины с большим радиусом кривизны (более 190м.) бурятся при кустовом строительстве скважин на суше и на море с большим отклонением от вертикали при длине горизонтального участка 600-1500 м.

Скважины со средним радиусом кривизны применяются при бурении одиночных скважин и для восстановления продуктивности эксплуатационных скважин. Максимальная интенсивность искривления скважины составляет 3-10 градусов на 10 м. проходки (радиус кривизны 60-190 м.), а длина ствола 450-900 м. Эти скважины более экономичны, так как имеют меньшую длину ствола, а также обеспечивают более точное попадание ствола в заданную точку на поверхности продуктивного пласта.

Горизонтальные скважины с малым радиусом кривизны, равным 10-30 м., успешно применяются для восстановления фонда малодебитных и обрабатывающих скважин путем зарезки в них боковых горизонтальных стволов.

Интенсивность искривления при бурении таких скважин составляет 1-2,5º на 1 м. при длине горизонтального участка 90-250 м.

При разбуривании пластов большой толщины (100 м. и более) иногда сооружают по два-три яруса горизонтальных стволов. Такие скважины позволяют успешно эксплуатировать залежи с высоковязкой нефтью. В этом случае теплоноситель закачивают в средний ярус скважин, а отбор нефти ведут через ярус дополнительных стволов.

Рисунок 11, 12.

Многоярусные скважины с горизонтальными стволами сооружаются при разбуривании залежей большой толщины, имеющих газовую шапку. В этом случае верхний ярус стволов бурится в пределах газовой шапки, а нижний – в нефтяной части залежи.

На месторождениях, характеризующихся плохими фильтрационно-емкостными свойствами коллекторов, могут быть рекомендованы горизонтально-разветвленные скважины с определенным количеством радиальных стволов длиной о 150 м. с различными углами наклона плоскости искривления радиального ствола к горизонтальной плоскости.

Рисунок 13.

Cтраница 1

Метод наклонного бурения обеспечивает в строительный период сохранность дна и берегов реки. Вместо производства большого объема земляных работ по разработке и засыпке подводных траншей при строительстве перехода этим методом с одного берега реки или водоема на другой пробуривается скважина, при этом целостность дна и приурезных береговых участков не нарушается.  

Метод наклонного бурения называют наклонно направленным, горизонтальным, горизонтально-направленным, направленно-управляемым горизонтальным бурением, методом крота и др. Однако сущность метода состоит в следующем: по створу перехода под руслом реки, примерно повторяя очертание ее поперечного профиля, пробуривается скважина, по которой с одного берега на другой протягивается трубопровод.  

Метод наклонного бурения возник как новый способ прокладки труб под препятствиями, наносящий наименьший экологический ущерб окружающей среде, человеку и самому препятствию и экономически более выгодный по сравнению с традиционными методами.  

Метод наклонного бурения наносит наименьший экологический ущерб окружающей среде и, в конечном счете, экономически более выгоден по сравнению с традиционными методами. Однако он более сложен в осуществлении и предполагает использование дорогостоящего оборудования.  

В России идея метода наклонного бурения возникла в 30 - е годы. Она была реализована при прокладке коммуникаций под дорожными полотнами. В 70 - 80 - е годы была реализована профамма по созданию опытной специальной буровой установки.  

При проектировании ПП методом наклонного бурения особую задачу также представляют геотехнические исследования литологического строения грунтов под дном реки и в связи с этим исследования формирования прареки - древней долины реки. После инженерных расчетов выполняются специальные расчеты, связанные с наклонным бурением: расчеты минимального изгиба, радиусов, допустимых напряжений при протаскивании, плавучести.  

При проектировании и строительстве ПП методом наклонного бурения через судоходные реки необходимо выполнять весь комплекс исследований, присущий траншейному методу. Анализ материалов должен быть даже более основательным. Поскольку общепринятый срок эксплуатации бестраншейного ПП составляет 50 лет, то анализ и прогноз деформаций русла должен охватывать период по 50 лет в ретроспективе и перспективе. Особое внимание нужно уделять прогнозу горизонтальных смещений русла в створе перехода, а также деформации поверхности поймы.  

Поэтому очень важно, чтобы при проектировании ПП методом наклонного бурения были рассмотрены все положительные и отрицательные стороны внедрения нового метода.  

В начале развития многоступенчатого турбобура он значительно превзошел по коммерческим: показателям и по скорости проходки существовавший в то время роторный метод наклонного бурения. При роторном бурении скважин бурение искривленного участка скважины производится путем периодического спуска отклонителей - уипстоков, что приводит не только к большим затратам времени, а иногда и не представляется возможным из-за трудности закрепления уипстока в твердых породах. Именно непрерывность процесса турбинного бурения при искривлении ствола скважины явилась основой того, что он стал не только у нас единственным методом наклонного бурения, но по существу представляет собой единственный метод наклонного бурения и за рубежом.  

Для повышения экологичности подводных переходов при проектировании новых и реконструкции старых ПП рекомендуется применение конструкции труба в трубе, а также строительство ПП методом наклонного бурения.  

Кроме перечисленных выше преимуществ, этот метод позволяет бурить скважины при значительной глубине вод в прибрежной полосе, исключая необходимость строительства дорогостоящего специального ледостойкого основания в море. Вместе с тем, метод наклонного бурения не может полностью обеспечить освоение подводных нефтегазовых месторождений. Достигнутое значение предельного отклонения наклонных скважин от вертикали дает возможность освоить только небольшую часть прибрежной полосы залежи. В остальной же части разрабатываемой площади, более удаленной от берега, наклонное бурение можно применять только в комбинации с различными нефте-газопромысловыми инженерными сооружениями.  

Их большая надежность и безопасность достигается при применении метода наклонного бурения. Начиная с 1996 г, когда этот метод сооружения подводных переходов начал внедряться, реализовано более 70 проектов.  

Методы уклонения от воздействия дрейфующих ледовых образований на трубопровод координально решают проблему защиты. В настоящее время известны четыре таких метода: учет рельефа дна, метод наклонного бурения, сооружение туннеля и, наконец, заглубление трубопровода в грунт.  

Что касается прокладки трубопроводов методом наклонного бурения, то в этой области накоплен значительный мировой опыт. Надежность трубопровода, проложенного таким методом, значительно выше, чем проложенного другими способами , кроме того, в случае прокладки способом труба в трубе он обладает высокой ремонтопригодностью. Однако протяженность трубопровода, проложенного методом наклонного бурения, не может превышать 1 - 2 км , что и ограничивает широкое применение этого способа.  

НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ а. directional drilling; н. geneigtes Richtbohren; ф. forage dirige; и. sondeo dirigido (inclinado) — способ сооружения скважин с отклонением от вертикали по заранее заданному направлению. Наклонно-направленное применяется как при бурении на нефть и газ, так и при разведке твёрдых полезных ископаемых . Наиболее эффективная область использования наклонно-направленного бурения — при разработке месторождений в акваториях , в болотистых или сильно пересечённых местностях и в случаях, когда строительство буровых может нарушить условия охраны окружающей среды . Наклонно-направленное бурение применяют также при бурении вспомогательных скважин для глушения открытых фонтанов, при многоствольном бурении или отклонении нижней части ствола вдоль продуктивного горизонта с целью увеличения дренажа .

Наклонно-направленное бурение и газовых скважин осуществляется по специальным профилям. Профили скважин могут варьироваться, но при этом верхний интервал ствола наклонной скважины должен быть вертикальным, с последующим отклонением в запроектированном азимуте .

При геологоразведочных работах на твёрдые полезные ископаемые наклонно-направленное бурение осуществляется шпиндельными буровыми станками с земной поверхности или из подземных горных выработок. Бурение таких скважин отличается тем, что вначале они имеют прямолинейное направление, заданное шпинделем бурового станка, а затем в силу анизотропии разбуриваемых пород отклоняются от прямолинейного направления.

Существуют два способа наклонно-направленного бурения на и . Первый (распространён в ) представляет собой прерывистый процесс проводки скважин с использованием роторного бурения (применяется с начала 20 в.). При этом способе с скважины долотом меньшего диаметра, чем диаметр ствола скважин, забуривается углубление под углом к оси скважины на длину бурильной трубы (рис. 1) с помощью съёмного или несъёмного клинового либо шарнирного устройства (рис. 2, рис. 3).

Полученное таким образом направление углубляется и расширяется. Дальнейшее бурение ведётся долотом нормального диаметра с сохранением направления с помощью компоновки низа бурильной колонны , оснащённой стабилизаторами.

Второй способ (применяется в ), предложенный Р. А. Иоаннесяном, П. П. Шумиловым, Э. И. Тагиевым и М. Т. Гусманом в начале 40-х гг. 20 века, основан на использовании турбобура либо другого забойного двигателя . Этот способ представляет собой непрерывный процесс набора искривления и углубления скважины долотом нормального диаметра. При этом способе для набора искривления используется такая компоновка низа бурильной колонны, при которой на долото в процессе бурения действует сила, перпендикулярная его оси (отклоняющая сила). В этом случае весь процесс наклонно-направленного бурения сводится к управлению отклоняющей силой в нужном азимуте. Создание отклоняющей силы может осуществляться различными путями. Если турбобур односекционный, то для получения необходимой отклоняющей силы достаточно иметь над турбобуром переводник с перекошенными резьбами, либо искривлённую бурильную трубу (рис. 4).

При пропуске турбобура в скважину изогнутая часть компоновки над турбобуром за счёт упругих деформаций стремится выпрямиться, а в сечении изгиба возникает момент силы. Отклоняющая сила в этом случае равняется моменту силы, разделённому на расстояние от сечения изгиба до долота. Интенсивность набора угла искривления при описанной выше компоновке будет невысокой, а предельный угол искривления — менее 30°. Для более интенсивного набора искривления сечение изгиба, где возникает момент упругих сил, переносят ближе к долоту. Для этой цели применяются специальные шпиндели и турбобуры. Так как при таких шпинделях резко увеличивается отклоняющая сила, то интенсивность набора угла искривления и предельная величина искривления существенно увеличиваются.

На интенсивность набора угла искривления влияет также частота вращения долота и скорость подачи бурильной колонны в процессе бурения. Чем выше частота вращения долота и чем меньше скорость подачи бурильной колонны, тем интенсивнее, под действием отклоняющей силы, происходит фрезерование стенки скважины и тем интенсивнее искривление. Наибольшая интенсивность искривления может быть получена при применении в нижней части турбобура эксцентричного ниппеля, который позволяет выводить ствол скважины в горизонтальное положение.

Прямолинейные наклонные участки ствола скважины бурятся с компоновками, оснащёнными стабилизаторами. Ориентирование отклоняющей силы в нужном азимуте может осуществляться визирным спуском бурильной колонны либо с помощью инклинометра при установке над турбобуром диамагнитной трубы и магнитным устройством, расположенным в плоскости действия отклоняющей силы. Указанные методы ориентирования отклоняющей силы должны учитывать угол закручивания бурильной колонны, возникающий из-за реактивного момента турбобура, что в некоторой степени отражается на точности ориентирования.

В 80-х гг. распространяются системы телеконтроля, позволяющие в процессе бурения контролировать направление действия отклоняющей силы.

В CCCP наклонно-направленное бурение ведётся забойными двигателями. За рубежом при наклонно-направленном бурении интервалы набора искривления и выправления кривизны осуществляются в основном турбобурами либо объёмными двигателями, прямолинейные интервалы ствола бурятся роторным способом.

Бурение скважин представляет собой очень сложный и трудоемкий процесс, требующий специальной техники, а также определенных знаний и умений. Несмотря на свой опыт и профессионализм, люди, осуществляющие бурение, периодически сталкиваются со множеством трудностей. Например, при бурении скважины подвергаются естественному искривлению, в связи с чем могут не выйти на необходимые слои, содержащие залежи нефти или газа. Это является проблемой, поскольку в данном случае скважина не выполняет своих прямых назначений - она не становится инструментом для добычи полезных ископаемых. Однако, на протяжении многих лет, люди изучали данную проблему, в результате чего накопили определенный опыт, который позволяет сегодня проходить скважины в строго направленном направлении. Таким образом, создается искусственное отклонение скважины, т.е. ствол скважины во время бурения направляется согласно определенному плану, в результате чего он доводится до заданной точки.

В настоящее время существует несколько видов искусственно искривленных скважин, среди которых:

• наклонно-направленные скважины;
• горизонтальные скважины;
• многозабойные скважины;
• многоствольные скважины (куст скважин).

Наклонно-направленными скважинами называются такие скважины, которые имеют специальное направление в любую точку, находящуюся на определенном расстоянии от вертикальной проекции ее устья. К таким видам скважины относятся в том случае, если их отклонение по вертикали составляет:

• более 20 при вращательном бурении;
• более 60 во время глубокого бурения.

Бурением наклонно-направленных скважин называется такой метод строительства скважин, во время которого скважины характеризуются сложным пространственным профилем, который включает в себя вертикальный верхний интервал, с дальнейшими участками, имеющими заданные отклонения от вертикали. Такой вид скважин зачастую формируется во время как разведки, так и добычи нефти и газа, особенно, при многоствольном бурении.

Строительство наклонно-направленных скважин впервые начали практиковать, начиная с середины ХХ века. Авторство данной технологии принадлежит американским нефтяникам Джону Истману, Роману Хайнсу, а также Джорджу Фейлингу. Именно они впервые использовали этот метод с целью добычи нефти из Техасского месторождения Конро в 1934 году. Спустя семь лет данная технология была применена в СССР для добычи полезных ископаемых на суше, а еще через некоторое время е также применили во время разработки месторождения в Каспийском море.

Развитие технологии контролируемого бурения происходило постепенно. Чтобы осуществить отклонение компоновки нижней части бурильной колонны от вертикали во время строительства наклонно-направленных скважин использовались клиновые отклонители. После этого бурение происходило роторными компоновками, как и обычно. Но такая технология формирования необходимых скважин зачастую не давала необходимых результатов, так как отклонения от целевых азимутов были значительно больше.

Начиная со второй половины ХХ века при строительстве данного вида скважин стали активно использовать компоновки, имеющие кривой переходник и забойный двигатель. Изначально угол кривых переходников был фиксированным и составлял от 0,5 до 1 градуса. Спустя некоторое время появились переходники, в которых стало возможно изменять уровень изгиба от 0 до 4 градусов. При этом не было необходимости поднимать компоновку на поверхность для изменения изгиба. Такие компоновки использовались совместно с забойным двигателем, формируя управляемы двигатель, способный работать в двух режимах - вращательном и скользящем. При работе в первом режиме роторный стол или верхний привод создает усилие, которое вращает бур. Во время второго режима бурильная колонна остается неподвижной, а забойный двигатель приводит в движение долото. При этом поворот колонны задает азимутальный угол отклонения, а изгиб управляемого переходника задает зенитный угол.

Конец ХХ века ознаменовался началом развития роторных управляемых систем - РУС. Благодаря появлению таких систем становится возможным управление наклоном скважины непосредственно при роторном бурении, при этом не прибегая к периодам скольжения. Сначала такие системы применялись исключительно с целью бурения скважин, имеющих большие отклонения от вертикали. Однако, спустя некоторое время РУС стали использоваться для строительства скважин любых профилей.

Наклонно-направленные скважины формируются для:

• разведки, а также эксплуатации нефтегазовых месторождений, которые находятся под масштабными объектами промышленности, а также в гористой или заболоченной местности, в водоемах;
• увеличения поверхности фильтрации продуктивного слоя в отдельных скважина или во время многозабойного вскрытия пласта;
• экономии плодородных земель и лесных массивов;
• глушения фонтанов и тушения пожаров, возникших в других скважинах;
• погружения второго ствола на определенной глубине для того, чтобы обойти инструмент, который был оставлен в скважине;
• вскрытия пластов, если есть сброс, а также в стратиграфических ловушках и во время обходя соляных куполов.

Наклонно-направленное бурение скважин имеет как свои преимущества, так и определенные недостатки. К преимуществам можно отнести следующие моменты:

• большая часть скважины проходит по продуктивному пласту в том случае, если наклон конечного участка четко совпадает с наклоном пласта;
• есть возможность сформировать скважину в залежах, к которым трудно или невозможно подобраться вертикально. К таким залежам относятся те, которые находятся под городами, озерами и т.д.;
• возможность осуществлять кустовое бурение, когда группирование устья скважин осуществляется на относительно маленькой площадке и они могут буриться одной буровой установкой с незначительным изменением ее местоположения. Отличным примером такого бурения является морская буровая платформа, на которой может находится около 40 скважин;
• благодаря использованию наклонного бурения становится возможным формировать глушащие скважины во время ликвидации аварий (например, с целью остановки фонтанирующей скважины). Начало формирования такой скважины осуществляется на расстоянии, считающимся безопасным, после чего постепенно она направляется в аварийную скважину с целью закачивания глушильного раствора.

Недостатками наклонно-направленного бурения являются:

• если углы большие и присутствуют горизонтальные участки, то во время бурения необходимо применять более сложные конструкции;
• при больших углах профилактика подачи песка в скважину существенно усложняется.

Таким образом, бурение подобных скважин является популярным явлением во время добычи нефти и газа на территории Западной Сибири, севере европейской части, в Северном Кавказе, Татарстане, Башкортостане, Самарской области, а также многих других регионах.

На территории России наклонно-направленные скважины формируются, в большей степени, с применением роторного способа, а забойные двигатели, как правило, применяются исключительно на участках, где набирается кривизна в западном направлении. По мнению как отечественных, так и зарубежных специалистов, винтовые забойные двигатели имеют существенное преимущество во время набора кривизны в западном направлении.