Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОВОДКИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ ЧЕРЕЗ ГЛИНИСТЫЕ НЕУСТОЙЧИВЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

Изобретение относится к области бурения наклонно-направленных и горизонтальных стволов нефтяных и газовых скважин на девонские отложения.

Известен способ проходки горизонтальной скважины (Патент РФ №2159318, опубл. 20.11.2000 г.), включающий проходку вертикального участка, участка начального искривления и бурение горизонтального участка, при этом стабилизацию зенитного угла осуществляют до интервала устойчивых горных пород, расположенных ниже подошвы продуктивного пласта, а добор зенитного угла до 80°, и бурение горизонтального участка осуществляют на длину, обеспечивающую после набора зенитного угла более 90° вскрытие продуктивного пласта в проектной точке с последующей проходкой наклонного или горизонтального участка в продуктивном пласте.

Следует отметить, что в описании к этому патенту отсутствуют рекомендации по безаварийной проходке глинистых горных пород, в частности, кыновского горизонта при бурении горизонтальных скважин на девонские отложения.

Известен также способ бурения горизонтальных скважин с отдаленным забоем (Патент РФ №2278939, опубл. 27.06.2006 г.). Способ включает проходку вертикального участка, участка начального искривления с набором зенитного угла согласно проекту, участков набора зенитного угла с выходом на горизонталь и бурение горизонтального ствола.

Общим недостатком вышеуказанных способов является то, что они не учитывают ряд проблем при вскрытии бурением кыновских глин при строительстве горизонтальных скважин на девонские отложения, которое сопровождается, как известно, осложнениями ствола скважины осыпаниями, обвалами и кавернообразованиями, в результате чего из-за обрушения свода наклонного ствола скважины перекрывается кольцевой канал горной породой, отсюда и прихват бурильного инструмента. Несмотря на большие затраты времени, труда и материальных ресурсов, связанные с проработкой, освобождение его бывает безуспешным. В частности, в технологии строительства наклонных и горизонтальных скважин по известным патентам не предусмотрено, под каким зенитным углом вскрываются кыновские глины, характер движения потока промывочной жидкости в кольцевом канале, какой промывочный буровой раствор использован при этом, поскольку под действием бурового раствора происходит также разрушение ствола скважины в результате ухудшения механических свойств кыновских аргиллитов и приводящий также к прихвату бурильной колонны. При этом также не предусмотрено создание и контролирование необходимой нагрузки на долото при бурении винтовым забойным двигателем с большим смещением забоев от устья скважины для ускоренного прохода кыновских глин.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является способ строительства горизонтальной скважины на девонские отложения, который включает проходку вертикального участка, участка начального искривления с набором зенитного угла согласно проекту, участков набора зенитного угла с выходом на горизонталь и бурение горизонтального ствола. Для уменьшения вероятности прихвата бурильного инструмента глины кыновского горизонта проходят под зенитным углом менее 60°, причем если зенитный угол составляет 50-60°, тогда обсадную колонну спускают в скважину с входом в верхний известняк и цементируют, а если зенитный угол составляет 45-40° и менее, тогда скважину обсаживают обсадной колонной и цементируют после достижения забоя скважины продуктивного горизонта бурением по проектному профилю. Конкретное значение зенитного угла входа в верхний известняк на подошве кыновского горизонта определяют расстоянием от верхнего известняка до проектного нефтяного пласта и радиусом искривления при наборе кривизны в этом интервале до необходимого ее значения (Патент РФ №2421586, опублик. 20.06.2011 - прототип).

Недостатком известного способа является появление осложнений и даже аварий при прохождении неустойчивых пород вышележащего горизонта под большим зенитным углом.

Задачей предлагаемого изобретения является предотвращение возникающих осложнений и исключения случаев тяжелых аварий при прохождении неустойчивых пород под большим зенитным углом.

Задача решается тем, что в способе проводки ствола скважины через глинистые неустойчивые горные породы, включающем проходку вертикального участка, участка начального искривления с набором и стабилизацией зенитного угла менее 60°, спуск обсадной колонны в скважину с входом в верхний известняк и цементирование заколонного пространства, проходку участков набора зенитного угла с выходом на горизонталь и бурение горизонтального ствола, согласно изобретению, проводку участка начального искривления осуществляют с применением стабилизирующей компоновки нижней части бурильной колонны (КНБК) и промывочной жидкости с устойчивыми параметрами на глинистом буровом растворе, в котором использована в качестве основы глинистая промывочная жидкость плотностью ρ=1250-1400 кг/м³ с добавлением модифицированного дисперсного кремнезема в количестве 0,1-0,3 об.%, набор зенитного угла до 60° производят при помощи навигационной телеметрической системы, проводку ведут при расходе промывочной жидкости от 12 до 15 л/с, вскрытие продуктивной части производят бурением ствола на полимер-глинистом растворе плотностью ρ=1112-1200 кг/м³ с набором зенитного угла, необходимого для выхода на горизонталь в середине проектного пласта.

Сущность изобретения

Как показала практика строительства горизонтальной скважины на девонские отложения, особую трудность, вызванную осложнением, в частности, осыпанием, кавернообразованием, обрушением и прихватом бурильного инструмента, представляет проходка кыновского горизонта, толщина которого составляет от 16 до 35 м, который является покрышкой нефтеносных залежей пашийского горизонта и живетского яруса нефтяных месторождений Татарстана. Он представлен пластинчатыми глинистыми сланцами (аргиллитами), которые относятся к категории хрупких пород, пластической деформации не подвергаются. Поскольку в горном массиве аргиллиты находятся под действием горного и порового давлений в равновесном состоянии, то при вскрытии бурением равновесие нарушается и на стенках скважины возникают напряжения. Последние определяются соотношением взаимодействующих горного, порового давлений и давления столба промывочной жидкости. Если напряжение превышает прочность несущую способность горных пород, то стенки скважины мгновенно обрушиваются, отсюда, как следствие, возникает прихват бурильного инструмента. Каверны в основном образуются при проходке неустойчивых глинистых пород - глинистых сланцев кыновского, пашийского горизонтов в результате поверхностной, капиллярной и осмотической гидратации фильтратом бурового раствора, прочностные характеристики кыновских глин в приствольной зоне ухудшаются. В предложенном способе решается задача - предотвращения возникающих осложнений и исключения случаев тяжелых аварий при прохождении неустойчивых пород под большим зенитным углом. Задача решается следующим образом.

Набор зенитного угла до 60° производят при помощи навигационной телеметрической системы, которая при бурении выдает на поверхность данные по пространственному положению пробуренного забоя. В качестве навигационной телеметрической системы могут быть использованы такие как: телесистема с гидравлическим каналом связи Geolink и телесистема с электромагнитным каналом связи ЗТС-42ЭМ-М. При проводке ствола скважины выполняют проходку вертикального участка, участка начального искривления с набором и стабилизацией зенитного угла менее 60°, спуск обсадной колонны в скважину с входом в верхний известняк и цементирование заколонного пространства, проходку участков набора зенитного угла с выходом на горизонталь и бурение горизонтального ствола.

Проводку участка начального искривления осуществляют с применением стабилизирующей компоновки нижней части бурильной колонны, представляющей собой долото, ниппельный центратор, переводник, забойный двигатель и утяжеленные бурильные трубы (УБТ). Проводку участка начального искривления осуществляют с применением промывочной жидкости с устойчивыми параметрами: вязкость - 40-50 с; водоотдача - 4-6 см³/30 мин; рН 6,5-8. Под устойчивыми понимается, что буровой раствор на весь процесс бурения не меняет свои свойства. На глинистом буровом растворе используют в качестве основы глинистую промывочную жидкость плотностью ρ=1250-1400 кг/м³ с добавлением модифицированного дисперсного кремнезема в количестве 0,1-0,3 об.%. Дисперсный кремнезем согласно ТУ 245810-001-50618596-2000 представляет собой порошок от белого до серо-желтого цвета с водородным показателем суспензии 2-10, гидрофобностью 96-99,8%, насыпной плотностью 40-245 г/дм³ и удельной поверхностью 140-380 м²/г.

Механизм действия гидрофобной модификации МДК «Кварц» основан на способности закрепляться на поверхности поровых каналов коллектора и наряду с частичной адгезионной кольматацией перового пространства существенно гидрофобизовать ее в призабойной зоне, что, в свою очередь, приводит к самопроизвольному подтягиванию в промытую зону нефти из зон с повышенной нефтенасыщенностью, т.е. зон, не охваченных воздействием. В результате этого нефтенасыщенность призабойной зоны пласта и его фазовые проницаемости по нефти в обеих зонах (промытой и непромытой) выравниваются, что приводит к увеличению дебитов скважин по жидкости и уменьшению обводненности добываемой продукции.

Проводку в неустойчивых кыновских глинах ведут при минимальном (от 12 до 15 л/с) расходе промывочной жидкости при, так называемом, переходном режиме (между ламинарным и турбулетным режимами течения промывочной жидкости), который обеспечивает вынос выбуренной породы из ствола скважины и кратковременную устойчивость стенок скважин, не образуя эрозионных размывов.

Вскрытие продуктивной части производят бурением ствола с сопровождением навигационной системой и станцией геолого-технический исследований (ГТИ) на полимер-глинистом растворе плотностью ρ=1112-1200 кг/м³, представляющим собой глинистую суспензию на водной основе, обработанную полимером, с набором зенитного угла, необходимого для выхода на горизонталь в середине проектного пласта.

В результате удается провести скважину без осложнений и прихватов бурового инструмента.

Примеры конкретного выполнения

На фиг.1 изображена схема строительства скважины.

На фиг.1 приняты следующие обозначения: 1 - кондуктор диаметра 245 мм, 2 - эксплуатационная колонна диаметра 168 мм, 3 - хвостовик диаметра 114 мм, 4 - пласт кыновских глин, 5 - пласт "верхний известняк", 6 - пашийский горизонт.

Бурят скважину диаметром 215,9 мм. Выполняют проходку вертикального участка, затем участка начального искривления с набором и стабилизацией зенитного угла, равного 50-60°, т.е. менее 60° с сопровождением телесистемы типа MWD на глубину, соответствующую глубине вскрытия кыновских глин. Проводку участка начального искривления осуществляют с применением стабилизирующей компоновки нижней части бурильной колонны, представляющей собой долото 215,9Т3-ГАУ-R437, ниппельный центратор НС-214, удлиненный переводник длинной 0,4 м, забойный двигатель ДВ-172М; утяжеленные бурильные трубы УБТ ⌀165(178)-16 м. При этом применяют промывочную жидкость с устойчивыми параметрами: вязкость - 40-50 с; водоотдача - 4-6 см³/30 мин; рН 6,5-8 на глинистом буровом растворе следующего состава: комовая глина; мел; карбоксиметилцеллюлоза; бикарбонат натрия; КМК-БУР2 или СКМ; катамин АБ; нефть; неонол (АФ9-12); модифицированный дисперсный кремнезем МДК «Кварц» в количестве 0,1-0,3 об.%.

Проводку ведут при расходе промывочной жидкости от 12 до 15 л/с, не допуская выхода за указанные граничные значения. Изменения плотности промывочной жидкости допускают в пределах от 1250 до 1400 кг/м³, не допуская выхода за указанные пределы. Количество модифицированного дисперсного кремнезема поддерживают в пределах от 0,1 до 0,3 об.%, не допуская выхода за указанные пределы.

Выход за указанные пределы приводит к осложнениям и прихватам инструмента при бурении скважины.

Проводят геофизические исследования. Определяют местоположение текущего забоя. Продолжают углубление без телесистемы со стабилизацией зенитного угла до подошвы «верхнего известняка». Спускают обсадную колонну диаметром 168 мм в скважину с входом в верхний известняк и цементируют заколонное пространство.

Продолжают бурение долотом диаметра 144 мм с сопровождением телесистемы MWD с интенсивностью набора зенитного угла, обеспечивающей выход на проектный пласт пашийского горизонта под 90°. Вскрытие продуктивной части производят бурением ствола на полимер-глинистом растворе плотностью ρ = от 1112 до 1200 кг/м³. Поддерживают плотность полимер-глинистого раствора в данных пределах, не допуская выхода за указанные пределы.

Далее добуривают ствол по горизонтали длиной 100 м, не меняя режим бурения и параметры бурового раствора. Обсаживают ствол малого диаметра хвостовиком диаметра 114 мм и цементируют заколонне пространство.

В результате удается пробурить скважину без осложнений и аварий.

Применение предложенного способа позволит предотвратить осложнения и исключить случаи тяжелых аварий при прохождении неустойчивых пород под большим зенитным углом. Внедрение данной технологии позволяет бурить горизонтальный ствол на отложения продуктивного пласта без привлечения дорогостоящих технологий и оборудования, соответственно с минимальным временем бурения.