Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ КУСТОВОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при кустовом бурении глубоких наклонно-направленных скважин на нефть и газ на суше.

Известен способ бурения нефтяной скважины, включающий отвод и обозначение границ земельного участка, снятие и временное хранение плодородного слоя почвы, доставку и монтаж бурового оборудования и привышечных сооружений, бурение, крепление, испытание и освоение скважины, демонтаж и эвакуацию бурового оборудования, рекультивацию нарушенных земель (см. Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин. - М.: Недра, 1985. - С. 13-23).

Недостатками данного способа является его применимость при бурении лишь одиночных поисковых, разведочных и эксплуатационных скважин, не обремененных сложными физико-географическими, гидрологическими и гидрогеологическими условиями, а также жесткими экологическими ограничениями на размещение бурового оборудования и привышечных сооружений, под которые требуется до 3-5 га земель. Строительство разрозненных эксплуатационных скважин на открытом месторождении потребует вывода из сельскохозяйственного оборота и отвода значительных земельных площадей, которые в процессе бурения подвергаются негативному воздействию и впоследствии должны быть рекультивированы.

Известен способ кустового бурения эксплуатационных скважин, включающий отвод и обозначение границ земельного участка, снятие и временное хранение плодородного слоя почвы, подготовку основания, сооружение фундаментов, доставку и монтаж кустовой буровой установки в блочном исполнении, содержащую подвижное и стационарное оборудование с механизмом для перемещения подвижного бурового оборудования, бурение, крепление, испытание и освоение скважины, перемещение подвижной части бурового оборудования на новую точку в пределах куста, последовательное бурение следующих наклонно-направленных скважин (см. Калинин А.Г., Никитин Б.А., Солодкий К.М. и др. Бурение наклонных и горизонтальных скважин: Справочник. Под ред. А.Г. Калинина. - М.: Недра, 1997. - С. 5-13, 581-585).

Недостатками данного способа, выбранного в качестве прототипа, являются последовательное выполнение работ по сооружению фундаментов, доставке и монтажу кустовой буровой установки в блочном исполнении, бурению, креплению, испытанию и освоению скважины, перемещению подвижной части бурового оборудования на новую точку в пределах куста, последовательному бурению следующих наклонно-направленных скважин, приводящие к значительному увеличению продолжительности бурения кустовых скважин и высокой стоимости аренды буровой установки.

Кроме этого, доставка и монтаж кустовой буровой установки в блочном исполнении, включающей подвижное и стационарное оборудование с механизмом для передвижения сопряжены с высокой трудоемкостью, требует подготовки основания и возведение фундаментов для подвижного и стационарного бурового оборудования. Бурение скважин сопровождается образованием на территории кустовой площадки отходов бурения, являющихся загрязнителями окружающей среды, которые должны быть утилизированы или экологически безопасно захоронены. Помимо этого, известный способ характеризуется высокой стоимостью аренды буровой установки, применяемой в процессе кустового бурения.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении эффективности кустового бурения глубоких наклонно-направленных скважин на нефть и газ на суше с одновременным снижением трудоемкости, продолжительности и стоимости работ, утилизации отходов бурения, включающих выбуренную породу и отработанный буровой раствор, образованные при бурении скважин под кондуктор.

Для достижения указанного технического результата в известном способе, включающем отвод и обозначение границ земельного участка, снятие и временное хранение плодородного слоя почвы, подготовку основания, сооружение фундаментов и земляного амбара-накопителя отходов бурения, доставку и монтаж кустовой буровой установки эшелонного типа, содержащей подвижное и стационарное оборудование с механизмом для перемещения подвижного бурового оборудования, бурение, крепление, испытание и освоение скважины, перемещение подвижной части бурового оборудования на новую точку в пределах куста, последовательное бурение следующих наклонно-направленных скважин, согласно прототипу, кустовое бурение осуществляют в два этапа с использованием двух типов буровых установок: мобильной и основной, причем на первом этапе на подготовленном основании в пределах территории кустовой площадки с использованием мобильной буровой установки последовательно бурят все скважины в интервале под кондуктор с установкой в каждой последовательно пробуренной скважине кондуктора и цементного моста, после многоступенчатой очистки бурового раствора осуществляют раздельный сбор в инвентарные емкости экологически безвредных отходов бурения с крупными, средними, мелкими, мелкодисперсными и коллоидными фракциями, в процессе бурения последующих скважин под кондуктор и перемещения мобильной буровой установки в пределах кустовой площадки одновременно на устье первой скважины, пробуренной под кондуктор, сооружают фундаменты под подвижное и стационарное оборудование кустовой буровой установки для продолжения цикла бурения до проектной глубины и секционный земляной амбар-накопитель отходов бурения, который оснащают противофильтрационным экраном с одновременной утилизацией экологически безвредных крупных, средних, мелких, мелкодисперсных и коллоидных глинистых фракций отходов бурения, включающих выбуренную породу и отработанный буровой раствор, образованные в интервале бурения скважин под кондуктор, на втором этапе доставляют и осуществляют монтаж подвижного и стационарного оборудования кустовой буровой установки, последовательно после разрушения цементного моста в кондукторе скважины продолжают процесс бурения наклонно-направленных скважин до продуктивного горизонта.

Сущность изобретения заключается в следующем. При разработке месторождений нефти и газа, расположенных в сильно заболоченной местности, на особо охраняемых природных территориях или в местности со сложным рельефом поверхности и с целью охраны земель наиболее целесообразно кустовое бурение скважин. При этом под кустовым бурением понимается способ, при котором устья скважин группируются на общей площадке, а конечные забои находятся в точках, соответствующих проекту разработки месторождения. На нефтегазовых промыслах обычно группируют 16-24 скважин в куст. Но известны случаи, когда число скважин в кусте превышает 60.

Предлагаемый способ бурения кустовых скважин осуществляют с использованием двух типов буровых установок. Последовательное забуривание кустовых скважин в интервале под кондуктор осуществляют при помощи мобильной буровой установки (меньшей грузоподъемности, чем это требуется для бурения скважин до проектного горизонта и с меньшей арендной платой, чем за кустовую буровую установку эшелонного типа) с опорой наиболее нагруженного вышечного блока на инвентарные съемные плиты, укладываемые на подготовленное основание площадки. При бурении скважин под кондуктор в соответствии с санитарными требованиями, обусловленными вскрытием пресных подземных вод питьевого качества, запрещается обрабатывать буровой раствор вредными химическими реагентами и нефтью. В связи с этим образующиеся при бурении скважин под кондуктор отходы в виде выбуренной породы - бурового шлама и отработанного бурового раствора являются экологически безвредными. На сбросных лотках различных очистных устройств бурового раствора (вибросито, пескоотделитель, илоотделитель, центрифуга) осуществляют раздельный сбор в металлические инвентарные контейнеры отходов бурения, отличающиеся по размерам крупные, средние, мелкие и коллоидные фракции (см. таблицу). После спуска и крепления цементом кондуктора до устья скважины устанавливают цементный мост. Мобильную буровую установку перемещают на точку устья следующей скважины и операция повторяется. После бурения трех-пяти скважин в интервале под кондуктор на освободившейся части кустовой площадки на устье первой пробуренной под кондуктор скважины сооружают фундаменты под буровую установку эшелонного типа (с грузоподъемностью, обеспечивающей бурение скважин до проектного горизонта) и монтируют эту установку, состоящую из подвижной и стационарной частей, для продолжения углубления скважины до проектной глубины. Одновременно с бурением мобильной буровой установкой последующих скважин под кондуктор и монтажом буровой установки эшелонного типа отрывают земляные секционные котлованы под амбары-накопители отходов бурения на последующих интервалах бурения кустовых скважин до проектной глубины. Оснащают земляные секционные котлованы для сбора отходов бурения противофильтрационным экраном. При этом утилизируют экологически безвредные отходы бурения путем подачи и выпуска отходов с мелкими и коллоидными фракциями на участки секций земляных котлованов, сложенные сильнофильтрующимися грунтами, до достижения ими толщины, обеспечивающей допустимую фильтрацию. Отходы бурения с крупными и средними фракциями утилизируют путем их складирования на внешней поверхности грунтового обвалования амбара-накопителя отходов бурения или на гравийной площадке в пределах земельного отвода для кустового бурения скважин. При этом сооружение фундаментов под буровую установку эшелонного типа и монтаж этой установки, а также сооружение земляного секционного амбара-накопителя отходов бурения производят одновременно с продолжающимся бурением кустовых скважин под кондуктор с использованием мобильной буровой установки.

Способ осуществляют следующими действиями в порядке изложения:

I этап:

- отводят и обозначают границы земельного участка;

- снимают и организуют временное хранение плодородного слоя почвы;

- подготавливают основание;

- доставляют на кустовую площадку мобильную буровую установку;

- последовательно с использованием мобильной буровой установки бурят все кустовые скважины в интервале под кондуктор, спускают и крепят цементом кондуктор;

- в процессе бурения скважины под кондуктор осуществляют раздельный сбор образующихся на различных очистных устройствах бурового раствора (вибросито, пескоотделитель, илоотделитель, центрифуга) в металлические инвентарные контейнеры экологически безвредные отходы бурения, отличающиеся по размерам фракции (крупные, средние, мелкие и коллоидные);

- устанавливают цементный мост в каждой последовательно пробуренной скважине под кондуктор;

- одновременно с процессом бурения последующих скважин под кондуктор и перемещения мобильной буровой установки в пределах кустовой площадки сооружают на устье первой скважины, пробуренной под кондуктор, фундаменты под подвижное и стационарное оборудование кустовой буровой установки эшелонного типа для продолжения цикла бурения до проектной глубины;

- сооружают земляные котлованы под секционный амбар-накопитель отходов бурения на территории кустовой буровой площадки;

- оснащают земляной котлован под секционный амбар-накопитель отходов бурения противофильтрационным экраном с одновременной утилизацией экологически безвредных мелких, мелкодисперсных и коллоидных фракций глинистых отходов бурения, включающих выбуренную породу и отработанный буровой раствор, образованных на многоступенчатой системе очистки бурового раствора в интервале бурения скважин под кондуктор;

- утилизируют экологически безвредные отходы бурения с крупными и средними фракциями при сооружении внешней поверхности грунтового обвалования секционного амбара-накопителя отходов бурения и при покрытии гравием кустовой площадки;

- доставляют на кустовую площадку буровую установку эшелонного типа для продолжения цикла бурения наклонно-направленных скважин до проектного горизонта;

- одновременно с продолжением бурения последующих скважин под кондуктор с использованием мобильной буровой установки монтируют подвижное и стационарное оборудование кустовой буровой установки эшелонного типа на первой скважине для продолжения процесса бурения наклонно-направленных скважин до продуктивного горизонта;

- эвакуируют мобильную буровую установку с территории кустовой площадки после завершения бурения всех скважин на кусте под кондуктор и установки в нем цементного моста.

II этап:

- разрушают цементный мост в кондукторе первой скважины с использованием подвижного и стационарного оборудования кустовой буровой установки эшелонного типа;

- бурят первую наклонно-направленную скважину до продуктивного горизонта;

- перемещают подвижное оборудование кустовой буровой установки эшелонного типа с помощью механизма передвижения с устья первой скважины на устье второй скважины для разрушения цементного моста в кондукторе и продолжения ее бурения до продуктивного горизонта;

- последовательно продолжают перемещение подвижного оборудования кустовой буровой установки эшелонного типа с помощью механизма передвижения на устье последующей скважины для разрушения цементного моста в кондукторе и ее бурения до продуктивного горизонта.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена мобильная буровая установка для бурения скважин в интервале под кондуктор (вид сбоку); на фиг. 2 - мобильная буровая установка для бурения скважин в интервале под кондуктор (вид А фиг. 1); на фиг. 3 - блок многоступенчатой очистки бурового раствора с раздельным сбором отходов бурения по размерам фракций; на фиг. 4 - схема кустовой площадки с кустовой буровой установкой эшелонного типа.

Способ осуществляют следующим образом.

Геологической службой нефтегазовой компании всесторонне обосновываются и выносятся на местности устья проектных наклонно-направленных скважин, которые расположены на общей кустовой площадке ограниченных размеров.

Маркшейдерская служба совместно с землеустроителями недропользователя производит отвод и обозначение границ земельного участка, предоставленного во временное краткосрочное пользование на период строительства куста скважин. В пределах отведенного земельного участка механизированным способом снимают плодородный слой почвы и организуют его временное хранение в специальных буртах высотой не более 3 м. Механизированным способом осуществляют планировку земельного участка и подготавливают основание под установку и перемещение буровой установки. Для бурения скважин под кондуктор на подготовленное основание площадки устанавливают инвентарные съемные плиты 1 под опорные части наиболее нагруженного вышечного блока мобильной буровой установки, например МБУ-125. Мобильная буровая установка на полноприводном автомобильном шасси 2 МЗКТ 7003-011/БАЗ-69099С имеет буровую вышку 3, вышечный блок 4, приводной блок 5, приемный мост 6, стеллажи 7 для размещения труб. С использованием мобильной буровой установки, начиная с устья скважины 8, последовательно бурят все кустовые скважины в интервале под кондуктор, глубина которого составляет 800 м и имеет диаметр 340 мм. Грузоподъемность мобильной буровой установки вполне достаточна для спуска обсадных труб в интервале скважины под кондуктор. Назначением кондуктора является изоляция пресноводных горизонтов, слагающих разрез скважины. В этом интервале санитарными и природоохранными службами запрещается обработка глинистого бурового раствора химическими реагентами и нефтью, а выбуренная порода и отработанный буровой раствор, использованный при бурении скважины под кондуктор, являются экологически безвредными.

Многоступенчатая очистка бурового раствора осуществляется на блоке очистки (фиг. 3), на котором установлены два вибросита 9 (I ступень очистки бурового раствора), пескоотделитель 10 (II ступень очистки бурового раствора), илоотделитель 11 (III ступень очистки бурового раствора), центрифуга (не показана). Раздельный сбор отходов бурения по размерам фракций осуществляется в металлические инвентарные контейнеры 12, 13 и 14, размещенные под сбросными лотками соответствующего очистного оборудования (9, 10, 11) всех ступеней (I, II, III) блока очистки бурового раствора, представленные на фиг. 3.

После бурения скважины под кондуктор спускают и крепят цементным раствором обсадные трубы - кондуктор, устанавливают цементный мост для предотвращения попадания в кондуктор подземных вод.

После бурения первых трех-пяти скважин в интервале скважины под кондуктор и одновременно с процессом бурения последующих кустовых скважин с использованием мобильной буровой установки на устье первой скважины, пробуренной под кондуктор, сооружают фундаменты под подвижное и стационарное оборудование кустовой буровой установки эшелонного типа для продолжения цикла бурения наклонно-направленных скважин до проектного горизонта. Одновременно на территории кустовой площадки сооружают земляные котлованы под секционный амбар-накопитель отходов бурения 15 (фиг. 4) и оснащают котлованы противофильтрационным экраном. При этом утилизируют экологически безвредные мелкие, мелкодисперсные и коллоидные фракции глинистых отходов бурения (см. таблицу), включающих выбуренную породу и отработанный буровой раствор, образованные на многоступенчатой системе очистки бурового раствора (фиг. 3) в интервале бурения скважин под кондуктор. При фильтрации жидких отходов из земляного амбара-накопителя на его дне часть твердых и жидких составляющих буровой шлам и отработанный буровой раствор выпадает в осадок и создает значительное дополнительное сопротивление просачиванию через них загрязненных стоков. Согласно формуле Козени, между коэффициентом фильтрации k, пористостью n и действующим диаметром d существует следующая связь:

Принимая для слоя осадка эффективный диаметр частиц осадка d, коэффициент фильтрации k, пористости n, а для грунта противофильтрационного экрана, содержащего экологически безвредные мелкие, мелкодисперсные и коллоидные фракции глинистых отходов бурения, соответственно d_o, k_o, n_o и разделив друг на друга выражения k_o и k вида (1), найдем:

если n=n_o, то

Отсюда следует, если d_o/d=10^-1÷10^-2, то соотношение k_o/k=10^-2÷10^-4 и потому потери жидких отходов бурения из земляного амбара-накопителя существенно зависят от концентрации и диаметра размера частиц осадка, находящихся в них. Если диаметр частиц осадка в 10 раз меньше диаметра частиц грунта экрана, то потери воды уменьшаются примерно в 100 раз. Таким образом, эффективно утилизируются отходы бурения, образованные при бурении скважин под кондуктор, собранные на 2, 3 и 4 ступенях (см. таблицу) очистных устройств для регулирования содержания твердой фазы бурового раствора.

Экологически безвредные отходы бурения с крупными и средними фракциями утилизируют при сооружении внешней поверхности 16 грунтового обвалования секционного амбара-накопителя отходов бурения 15 и при покрытии гравием кустовой площадки (не показано);

После возведения фундаментов и сооружения секционного амбара-накопителя отходов бурения в процессе продолжения бурения мобильной буровой установкой остальных кустовых скважин под кондуктор осуществляют монтаж подвижного 17 и стационарного 18 оборудования кустовой буровой установки эшелонного типа, приемный мост 19 и стеллажи 20 для труб на первой скважине для продолжения процесса бурения наклонно-направленных скважин до продуктивного горизонта.

После завершения бурения всех скважин на кусте под кондуктор и установки цементных мостов эвакуируют мобильную буровую установку МБУ-125 с территории кустовой площадки, демонтируют съемные инвентарные плиты 1, использованные под МБУ-125.

С использованием подвижного 17 и стационарного 18 оборудования кустовой буровой установки эшелонного типа разрушают цементный мост, установленный в кондукторе первой скважины, бурят первую наклонно-направленную скважину до продуктивного горизонта. Перемещают подвижное оборудование 17 вместе с приемным мостом 19 и стеллажами 20 кустовой буровой установки эшелонного типа по направляющим 21 с помощью механизма перемещения (не показан) с устья первой скважины на устье второй скважины для разрушения цементного моста в кондукторе и ее бурения до продуктивного горизонта. Последовательно продолжают перемещение подвижного оборудования кустовой буровой установки эшелонного типа с помощью механизма перемещения на устье последующей скважины для разрушения цементного моста в кондукторе и ее бурения до продуктивного горизонта.

Бурение глубоких кустовых наклонно-направленных скважин на нефть и газ на суше в два этапа с использованием двух типов буровых установок, одна из которых мобильная (с меньшей грузоподъемностью), а вторая - кустовая буровая установка эшелонного типа, обеспечивающая проводку скважин до проектного горизонта, позволяет повысить эффективность кустового бурения скважин с одновременным снижением трудоемкости, продолжительности подготовительных работ к бурению скважин на кустовой площадке за счет совмещения по времени (одновременного производства) различных по характеру работ, объединенных общей целью - строительство глубоких наклонно-направленных скважин) и стоимости работ за счет снижения арендной платы за кустовую буровую установку эшелонного типа в течение всего цикла кустового бурения скважин, утилизации отходов бурения, включающих выбуренную породу и отработанный буровой раствор, образованные при бурении скважин под кондуктор, ускорить ввод в эксплуатацию нефтяных скважин.