Технологические способы забуривания боковых стволов

1.

2.

Зарезка боковых стволов
Метод зарезки боковых стволов скважин характеризуется высокой продуктивностью, который применяется для оптимизации
добычи полезного ископаемого из заброшенных скважин или их реконструкции. Во время зарезки боковых стволов скважин,
удается получить доступ к труднодоступным залежам нефти или природного газа.
Существует два основных способа зарезки боковых стволов скважин: бурение клиновым методом или удаление части
колонны. Для удлинения ствола допускается использование небольшого числа отклонений по горизонтали. Иногда зарезка
боковых стволов скважин успешно комбинируется с процессом гидравлического разрыва пласта или с организацией пологих
скважин, что способствует эффективной разработке. Обычно зарезку боковых стволов скважины проводят в качестве
аварийного мероприятия с целью восстановления скважины. Такая методика позволяет быстрее найти точку залегания
полезного ископаемого и быстрее окупить все расходы, связанные с организацией процесса.
Схема зарезки боковых стволов скважин изображена на рисунках ниже.
2

3.

Выбор способа зарезки бокового ствола скважины
Основной вариант зарезки бокового ствола заключается в вырезании «окна». В скважину спускается клин-отклонитель (уипсток)
с ориентирующим устройством и устанавливается на искусственный забой. Работы по спуску и установке клин-отклонителя
производятся в соответствии с технологией фирм-производителей. Спуск компоновки на стальных бурильных трубах (СБТ)
производится с замером длины инструмента со скоростью не более 0,2 м/с.
Установка клин-отклонителя в наклонно-направленных скважинах должна производиться ориентировочно в пределах ±90º по
отношению к азимуту искривления основного ствола в месте установки.
После установки клин-отклонителя компоновка с подвесным устройством и телесистемой поднимается и спускается компоновка
для вырезания «окна», либо производится сразу вырезка окна без дополнительного подъема.
Второй вариант забуривания бокового ствола рекомендуется осуществлять путём вырезания части эксплуатационной колонны,
установки цементного моста на всю длину вырезанной части и забуриванием бокового ствола с цементного моста.
При зарезке вторых стволов из обсадных колонн вырезание окна с клина чаще всего является более предпочтительным приёмом,
чем фрезерование секции обсадной колонны по следующим причинам:
1. На участке вырезания окна высокое качество цементирования обсадной колонны не обязательно, в то время как при сплошном
фрезеровании колонны при показаниях приборов акустической цементометрии (АКЦ) менее 70 % рекомендуется проводить
дополнительное цементирование под давлением.
2. С точки зрения геологического разреза окна можно вырезать в любых породах, тогда как при фрезеровании секции желательно
иметь в этом интервале песчаные породы.
3. При фрезеровании секции обсадной колонны для обеспечения выноса стружки к параметрам бурового раствора и режиму
промывки предъявляются особые требования. При вырезании окна никаких специальных требований ни к параметрам бурового
раствора, ни к режиму промывки нет.
3

4.

Выбор способа зарезки бокового ствола скважины
4. При вырезании окна не возникает проблем, связанных с выносом металлической стружки, так как при вырезании окна
образуется мелкая стружка, а объём фрезеруемого металла в 4–6 раза меньше, чем при фрезеровании секции колонны.
5. Зарезка второго ствола при использовании клина гарантирована на 100 %, так как осуществляется одновременно с вырезом
окна. В случае фрезерования секции обсадной колонны зарезка второго ствола является отдельной операцией, и её успех не
всегда гарантирован, так как зависит от целого ряда факторов:
● длины фрезерования секции;
● качества установленного цементного моста;
● типа и крепости пород в интервале зарезки;
● типа компоновки низа бурильной колонны (КНБК), режима зарезки и т.д.
6. Начало второго ствола, образованное желобообразным металлическим клином, надёжнее, чем образованное в цементном
камне, так как этот участок в дальнейшем будет подвергаться воздействию элементов КНБК и замков бурильных труб при
спускоподъёмных операциях и вращении бурильной колонны. Разрушение цемента в
интервале второго ствола может привести к непредвиденным проблемам.
7. В вертикальных скважинах, благодаря применению гироскопического инклинометра, клин ориентируется, и новый ствол
зарезается сразу в нужном направлении. В случае фрезерования секции второй ствол чаще всего забуривается произвольно и
только затем разворачивается в нужном направлении.
8. Операция по вырезанию окна, как правило, дешевле операции фрезерования
секции обсадной колонны.
4

5.

Выбор интервала зарезки второго ствола скважины
При выборе интервала зарезки второго ствола скважины руководствуются следующими критериями:
● глубиной от устья до верхнего края залегания аварийного оборудования, исходя из этого, второй ствол забуривают на 30–50
м выше верхнего края аварийного оборудования;
● наличием в месте предполагаемой зарезки одной эксплуатационной колонны;
● наличием цементного кольца за обсадной колонной, его качеством;
● устойчивостью стенок скважины и минимальной твёрдостью горных пород, для
этого лучше всего подходят глинистые пропластки;
●максимальной интенсивностью искривления ствола скважины выше интервала
забуривания (она не должна превышать 2-3° на 10 м);
● глубиной нахождения муфт эксплуатационной колонны в интервале предполагаемого выреза;
● герметичностью эксплуатационной колонны в предполагаемом интервале;
● глубиной кровли продуктивного пласта;
● отклонением нового ствола от вертикали;
● радиусом искривления в интервале набора зенитного угла;
● глубиной текущего забоя.
На основании всего вышеперечисленного выбирают интервал и проектируют
профиль скважины для зарезки второго ствола.
5

6.

Забуривание второго ствола скважины
в интервале сплошного выреза обсадной колонны роторным способом
Забуривание через щелевидный вырез в колонне проводят в 3 этапа:
1) устанавливают клиновой отклонитель;
2) фрезеруют вырез в колонне;
3) забуривают дополнительный ствол.
При создании выреза применяют, клин-отклонители различного типа.
Существует множество конструкций отклонителей, которые отличаются друг от друга формой рабочей части клина и
способом их фиксации в колонне.
Многообразие конструкций клиновых устройств связано с отсутствием надёжного отклоняющего инструмента для
забуривания дополнительных стволов в обсаженных скважинах через щелевидные вырезы. Наиболее сложные аварии связаны
с поворотами отклоняющего клина вокруг оси скважины или с отходом верхнего козырька клина от стенки обсадной трубы.
При забуривании дополнительного ствола из выреза уменьшенной длины бурильная колонна ломается. Сложные аварии
обычно ликвидировать не удаётся. В таких случаях все операции по вырезанию окна в колонне повторяются заново.
Отклоняющий инструмент ориентируют путём визированного спуска или ориентирования на забое. Для этого используют
данные об азимуте в интервале забуривания нового ствола.
Ввиду спуска отклоняющего инструмента на трубах малых диаметров (73 и 89 мм) пользуются гироскопическими
инклинометрами диаметром 50 и 36 мм.
6

7.

Зарезка боковых стволов
Требования к выбору скважин для бурения в них горизонтальных стволов
1. Все работы по зарезке и бурению БС представляются следующими основными этапами:
выбор основных стволов для заданного множества забоев БС;
выбор интервала вырезания «окна» (секции) в эксплуатационной колонне;
расчет траектории БС;
вырезание «окна» (секции) в эксплуатационной колонне;
зарезка и бурение бокового ствола;
закачивание бокового ствола.
2. При выборе скважины для бурения из них боковых стволов необходимо учитывать текущие характеристики
эксплуатационной колонны, качество ее крепления, фактическое пространственное положение ствола скважины:
состояние эксплуатационной колонны выше интервала зарезки бокового ствола по данным соответствующих приборов и
опрессовки должно быть технически исправным;
необходимо обладать достоверной информацией о траекториях стволов подобранной и соседних с ней скважин для
предотвращения пересечения стволов.
7

8.

Зарезка боковых стволов
При этом следует руководствоваться следующими основными требованиями:
пространственное положение интервала забуривания должно быть оптимальным с точки зрения экономической
целесообразности. Величина отхода точки забуривания до начала эксплуатационного забоя должна быть минимальной, но
не менее величины, определяемой допустимой интенсивностью искривления бокового ствола, максимальный отход от
точки забуривания до начала эксплуатационного забоя обусловливается техническими характеристиками буровой
установки и вероятной глубиной забуривания;
допустимая величина разности азимутальных направлений основного и нового стволов не должна превышать величины,
определяемой техническими возможностями бурения бокового ствола;
траектория бокового ствола должна иметь минимальную вероятность пересечения с существующими и проектными
стволами соседних скважин;
поиск оптимальных вариантов, отвечающих технико-экономической целесообразности использования обводненных и
бездействующих скважин для зарезки и бурения боковых стволов, должен осуществляться, как правило, с использованием
автоматизированных программ
Одним из условий эффективности разработки месторождения БС является качественное проектирование их траекторий.
Проектирование профиля заключается в формировании регламентирующих параметров, выборе типа профиля, определении
комплекса параметров, необходимых для его расчета, построении оптимизационной процедуры расчета выходных параметров
траектории БС.
8

9.

Зарезка боковых стволов
При проектировании БГС следует учитывать вероятность пересечения соседних стволов, определяемую с помощью
автоматизированных расчетов.
Если зенитный угол составляет 55-75°, скважина считается пологой, если 75-97° - горизонтальной.
В качестве основных критериев выбора профилей принято считать:
форму профиля бокового ствола;
радиус искривления при выходе на горизонталь;
угол охвата резко искривленного участка.
По этим признакам в зависимости от способа бурения и используемых технических средств можно выделить три группы
характерных профилей боковых стволов, область их применения и рациональную технологию их реализации:
I - трехинтервальный профиль;
II, III - двухинтервальный профиль;
IV - четырехинтервальный профиль.
1- Участок набора ЗУ; 2- Участок стабилизации; 3- Участок падения
ЗУ; 4- Участок выхода на горизонталь; 5- Горизонтальный участок.
9

10.

Зарезка боковых стволов
Профиль БГС состоит из двух сопряженных между собой частей: направляющей и горизонтального участка.
Под направляющей частью профиля понимается часть бокового ствола скважины от ее устья до точки, являющейся началом
горизонтального участка. На стадии проектирования бурения началом горизонтального участка считается точка входа в
заданный цилиндр допуска. Высота цилиндра - коридор проводки горизонтального участка, радиус окружности (круга
допуска) - максимально допустимое отклонение фактического забоя от проектного. Эти параметры определяются с учетом
технологических возможностей бурения, исходя из последствий в нарушении сети разработки месторождения.
В практике бурения боковых стволов средние радиусы искривления на участке набора зенитного угла в зависимости от
геологических условий и технического оснащения бригад составляют 60-660 м. Этот показатель также зависит от решаемой с
помощью БС задачи. В одних случаях, например при наличии на забое аварийного инструмента, радиусы могут составить
малую величину, позволяющую реализовать небольшой отход от старого забоя. В других случаях, например при полном
обводнении скважины, радиус искривления составляет большую величину с целью максимального отхода от конуса
обводнения старого ствола.
В настоящее время разработано более пяти технологических способов бурения боковых стволов (рис.). При анализе способов
бурения было выявлено несколько проблем, возникающих в процессе строительства боковых стволов.
На части скважин для успешного отхода от основного ствола в заданном направлении устанавливается клин-отклонитель
(рис.). Он должен быть устойчивым в стволе скважины и не проворачиваться под воздействием нагрузок со стороны режущего
инструмента. Схемы также показывают необходимость фрезерования значительных объемов металла эксплуатационной
колонны. Поэтому требуются надежные вырезающие устройства с повышенной прочностью режущих элементов,
позволяющие фрезеровать колонну при разных зенитных углах основного ствола.
10

11.

Зарезка боковых стволов
Рис. Технологические способы забуривания боковых стволов:
а - вырезание окна в эксплуатационной колонне;
б- вырезание части эксплуатационной колонны;
в - извлечение верхней незацементированнои части
эксплуатационной колонны;
г - комбинированный способ бурения бокового ствола;
д - бурение бокового ствола с открытого забоя;
1 - клин-отклонитель;
2 - цементный мост
11

12.

Зарезка боковых стволов
Бурение скважин на старых месторождениях ранее проводилось без цементирования основной части ствола. Это упущение
может привести к экологически опасным последствиям. Бурение бокового ствола позволяет осуществить подъем верхней
части колонны после вырезания небольшого кольцевого окна, что существенно уменьшит объем фрезерования/
Для выхода бурового инструмента из старого ствола необходим также цементный мост высокой прочности. Межпластовые
перетоки при установке цементного моста вместо клинового отклонителя приводят к заметному снижению механической
прочности цементного камня. Это затрудняет, а в ряде случаев не позволяет осуществить выход долота из старого ствола.
Процесс крепления хвостовиков в БС сопровождается специфическими особенностями:
малые кольцевые зазоры между стенками скважины и обсадной колонной (в 2-3 раза меньше, чем в обычных наклонно
направленных скважинах диаметром 215,9 мм);
большая интенсивность набора кривизны ствола скважины, которая может достигать 10°/10 м и более;
низкие давления в пластах, выработанных путем заводнения, и высокие в пластах, расположенных как выше, так и ниже
продуктивных объектов.
12

13.

Зарезка боковых стволов
В связи с указанными выше особенностями возникают дополнительные проблемы, требующие повышенного
внимания:
трудность прохождения колонн к забою;
ограничения к жесткости колонны;
опасность прорыва воды в скважину через интервал стыковки хвостовика с предыдущей колонной (колонной основного
ствола), т.е. через голову хвостовика;
возможность притока воды с забоя при открытом стволе;
трудность размещения в затрубном пространстве каких-либо устройств (центраторов, якорей, пакеров);
невысокая степень вытеснения глинистого раствора цементным;
более высокий уровень давлений в процессе продавливания, что может вызвать нарушение целостности пластов и
поглощение цементного раствора (в том числе продуктивными пластами).
Поэтому большое значение приобретает управление реологическими и тампонажными свойствами растворов, физикомеханическими характеристиками цементного камня и гидравлическими параметрами потока в заколонном пространстве.
В связи с этим научно обоснованное проектирование и реализация гидравлических режимов цементирования
эксплуатационных колонн-хвостовиков является важнейшим требованием для обеспечения надежности разобщения
нефтеводоносных пластов при креплении БС (в условиях малых кольцевых зазоров и большой кривизны ствола) и
максимальной их продуктивности.
Многочисленные исследования отечественных и зарубежных специалистов и производственная практика показывают, что
максимальное замещение глинистого раствора тампонажным в заколонном пространстве происходит при турбулентном
режиме его течения и использовании буферных жидкостей.
13

14.

Зарезка боковых стволов
Виды КО
14

15.

Зарезка боковых стволов
Клинья- высокоэффективные инструменты для
отклонения ствола.
Клинья изменяют угол на небольшую величину, но на
коротком интервале, обеспечивая высокую
пространственную интенсивность набора (DLS).
Клинья очень узкопрофильный инструмент, но
разнообразие моделей и вариантов все возрастает из-за
большой востребованности
15

16.

Виды КО
Клин-отклонитель цементируемый
Клин-отклонитель цементируемый предназначен для обеспечения необходимого
отклонения породоразрушающего инструмента от оси основного необсаженного
ствола скважины при зарезке и бурении нового ствола с целью обхода аварийного
участка.
Конструкция клина-отклонителя предполагает опору на забой и последующее цементирование.
Клин-отклонитель является неизвлекаемым и после спуска, установки и цементирования остается в скважине постоянно.
16

17.

Виды КО
Клин-отклонитель механический
Клин-отклонитель механический предназначен для обеспечения необходимого отклонения вырезающих фрез или фрезероврайберов от оси основного ствола скважины при прорезании «окна» в обсадной колонне.
Конструкция клина-отклонителя предпологает опору на ЦМ.
Клин-отклонитель является неизвлекаемым.
Используется совместно с фрезой стартово-оконной ФСО и арбузообразной фрезой
ФА, что позволяет проводить операцию по спуску, установке клина-отклонителя и
прорезанию «окна» в колонне за одну спуско-подъёмную операцию.
Возможно изготовление извлекаемого клина-отклонителя КОМ-И.
Извлечение из скважины производится при помощи крюка ловильного КЛ
или колокола ловильного ЛКз
17

18.

Виды КО
Клин-отклонитель извлекаемый
Клин-отклонитель предназначен для обеспечения необходимого отклонения вырезающих фрез или фрезеров-райберов от оси
основного ствола скважины при прорезании «окна» в эксплуатационной колонне, для отклонения режущего и бурильного
инструмента при бурении дополнительного ствола скважины.
Конструкция клина-отклонителя предполагает опору на забой (цементный мост или
пакер-пробку).
Используется совместно с фрезой стартово-оконной ФСО и арбузообразной фрезой
ФА, что позволяет проводить операцию по спуску, установке клина-отклонителя и
прорезанию «окна» в обсадной колонне за одну спуско-подъёмную операцию.
Клин-отклонитель является извлекаемым. После комплекса мероприятий по вырезанию «окна» и бурения бокового ствола
скважины извлекается из скважины припомощи крюка ловильного КЛ или колокола ловильного ЛК.
18

19.

Виды КО
Клин-отклонитель гидромеханический
Клин-отклонитель гидромеханический предназначен для обеспечения необходимого отклонения вырезающих фрез или
фрезеров-райберов от оси основного ствола скважины при прорезании «окна» в обсадной колонне, для отклонения режущего
и бурильного инструмента при бурении дополнительного ствола скважины через обсадную колонну и последующем спуске
хвостовика.
Конструкция клина-отклонителя не предполагает опору на забой.
Клин-отклонитель является извлекаемым.
Клин-отклонитель можно применять в диапазоне рабочих температур в стволе скважины до 100°С.
Используется совместно с фрезой стартово-оконной гидравлической ФСО-ГТ и
арбузообразной фрезой ФА, что позволяет проводить операцию по спуску,
установке клина-отклонителя и прорезанию «окна» в колонне за одну
спуско-подъёмную операцию.
Извлечение из скважины производится при помощи крюка ловильного КЛ или
колокола ловильного ЛКз.
19

20.

Виды КО
Клин-отклонитель гидравлический
СОСТОИТ из гидравлического якоря, клина с гидросистемой, фрезера и
вспомогательного инструмента.
ПРОИЗВОДИТ зарезку бокового ствола в следующей последовательности.
Собранный на устье комплекс инструмента спускается в заранее
прошаблонированную
скважину
на
заданную
глубину.
После
ориентирования клина, насосом создается перепад давления, благодаря
которому раскрывается якорь, фиксирующий клиновой отклонитель в
обсадной колонне.
Натяжением бурильного инструмента транспортный винт срезается,
освобождая инструмент от клинового отклонителя. Далее начинается
фрезерование окна, до выхода расширяющей части фрезера за обсадную
колонну. Допускается бурение фрезером короткого ствола под КНБК для
последующего бурения.
ПРЕИМУЩЕСТВА
Позволяет производить зарезку бокового ствола без цементирования и опоры на искусственный забой в стволах с
зенитными углами до 90градусов. Фрезер армированный металлокерамической композицией и твердосплавными
пластинами на торцевой части, позволяет получать высокую скорость фрезерования.
Продолжительность фрезерования окна составляет 2-9 часов, в зависимости от марки стали и толщины стенки трубы в
обсадной колонне, а также зенитного угла ствола скважины в интервале зарезки.
Профиль клина-отклонителя с установленной на нем двойной фрезой обеспечивает необходимое направление при
вырезании окна в обсадной колонне.
Уклон отклоняющего клина составляет 2,5-3 град.
20

21.

Виды КО
ФРЕЗА СТАРТОВО-ОКОННАЯ
ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ТВЁРДОСПЛАВНАЯ
Фреза стартово-оконная гидравлическая твёрдосплавная
предназначена для спуска
и установки через линию высокого давления (гидролинию)
клина-отклонителя гидромеханического КОГМ, КОГМ-И и
прорезания «окна» в обсадной колонне скважины за один
рейс.
Может использоваться:
• индивидуально с промывкой через промывочные
отверстия в корпусе фрезы после демонтажа заглушки и
гидролинии;
• в компоновке с одной (двумя) арбузообразными
фрезами.
21

22.

Виды КО
ФРЕЗА АРБУЗООБРАЗНАЯ
Фреза арбузообразная предназначена для калибрования
«окна» в обсадной колонне для обеспечения проходимости
породоразрушающего инструмента диаметром
не более номинального диаметра арбузообразной фрезы.
Может использоваться:
самостоятельно на инструменте с промывкой через
отверстие в муфте (ниппеле);
в компоновке со второй арбузообразной фрезой и с
оконной фрезой с промывкой
через промывочные отверстия оконной фрезы;
в компоновке с породоразрушающим инструментом с
промывкой через промывочные отверстия
породоразрушающего инструмента;
в компоновке с фрезой стартово-оконной для прорезания и
калибровки «окна» за
один рейс.
Может изготавливаться в вариантах с муфтовой и
ниппельной резьбой.
22

23.

Зарезка боковых стволов
.
23