Результат интеллектуальной деятельности: Способ строительства скважины в сложных геологических условиях

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при строительстве наклонно направленной скважины с зенитным углом более 25° на участках ствола с кавернообразованием и поглощением пород, расположенных ниже верейского горизонта.

Отложения верейского горизонта представлены чередованием органогенно-обломочных и органогенных, неравномерно глинистых серых и темно-серых известняков толщиной 2-2,5 метра, а также темно-серых аргиллитов толщиной 3-6 метров в нижней части горизонта и аргиллитов толщиной до 18 метров в верхней части горизонта. Аргиллиты характеризуются ярко выраженным слоистым строением, что приводит к неустойчивости за счет межслойного смещения и осыпания при вскрытии их бурением. Осыпание приводит к образованию каверн, а также может вызвать засыпание и аварийный прихват бурового инструмента. Для предотвращения осыпания проводят изоляционные работы цементным раствором с последующим разбуриванием цементного моста после затвердевания.

Известен способ проводки ствола скважины через глинистые неустойчивые горные породы, исключающий случаи тяжелых аварий при проходке неустойчивых пород под большим зенитным углом (патент RU 2474669, Е21В 7/06, 2013). Способ проводки ствола скважины через глинистые неустойчивые горные породы включает 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.

В известном способе зона осыпания перекрывается эксплуатационной колонной, что приводит к уменьшению диаметра эксплуатационной колонны, и тем самым осложняется процесс эксплуатации скважины.

Известен способ строительства горизонтальной скважины на девонские отложения, решающий проблему предотвращения эрозионного разрушения и образования каверн в стволе скважин при проходке бурением интервалов кыновского горизонта наклонно направленной скважиной (патент RU 2421586, Е21В 7/06, 2011). Способ включает проходку вертикального участка, участка начального искривления с набором зенитного угла согласно проекта, 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.

В данном случае в геологическом разрезе ниже обсадной колонны отсутствуют зоны кавернообразования, не определены критические зенитные углы, при которых возникают риски неустойчивых глинистых пород.

Известные способы не учитывают случаи, когда в геологическом разрезе присутствуют нижележащие зоны кавернообразования и поглощения.

В геологическом разрезе Ромашкинского месторождения ниже подошвы верейских отложений на глубинах 10-20 м, 60-90 м, 130-140 метров располагаются зоны кавернообразования, сложенные глинистыми известняками толщиной в среднем 2-5 метров, которые при бурении за счет циркуляции бурового раствора, особенно при промывке водой, размываются и осыпаются в ствол скважины. Ниже зоны кавернообразования располагается зона поглощения, при вскрытии которой происходит снижение гидростатического давления на породы верейского горизонта за счет снижения уровня жидкости в стволе. Увеличение перепада давления между гидростатическим давлением в стволе скважины и горным давлением на стенки скважины вызывает вероятность повторного частичного осыпания верейских аргиллитов, а при зенитном угле более 25° риск осыпания существенно увеличивается и может произойти аварийное прихватывание бурильного инструмента. Чтобы исключить осложнения при бурении, зоны кавернообразования и поглощения, расположенные ниже верейского горизонта, также необходимо изолировать цементным раствором.

Изоляционные работы могут быть проведены с установкой единого цементного моста большой протяженности с перекрытием верейских аргиллитов и нижерасположенных зон кавернообразования и поглощения, Длина моста может составить от 150 метров до 250-400 метров в зависимости от глубины залегания зон кавернообразования и поглощения. Разбуривание такого моста при малых менее 25° зенитных углах происходит без осложнений. Однако при разбуривании протяженного цементного моста при зенитных углах более 25° в зоне кавернообразования возможны осложнения, связанные с потерей пробуренной части ствола. В этой связи актуальным является разработка способа строительства наклонно направленной скважины для месторождений с несколькими зонами кавернообразования, особенно при зенитных углах более 25°.

В качестве прототипа выбран способ строительства скважины в условиях кавернообразования и осыпания пород (патент RU 2407879, Е21В 7/00, Е21В 33/138, 2010). Способ строительства скважины включает бурение и спуск направления, кондуктора, вскрытие зоны осыпания верейского горизонта, углубление забоя ниже зоны осыпания на 10-15 м, промывку ствола скважины для образования каверн в зоне осыпания, технологическую выдержку для осыпания грунта из каверн, установку цементного моста, технологическую выдержку на ожидание затвердения цемента в течение 4-6 ч, разбуривание цементного моста в интервале зоны осыпания и бурение скважины до проектной глубины.

Способ не учитывает скважины, в геологическом разрезе которых ниже верейского горизонта имеются зоны кавернообразования и поглощения, и подходит только для бурения вертикальных скважин или наклонно направленных скважин с малым зенитным углом менее 25°.

Техническая проблема заключается разработке способа строительства наклонно направленной скважины с зенитным углом более 25°, который исключает осложнения при разработке месторождений с зонами кавернообразования и поглощения, расположен нижнее верейского горизонта.

Техническая проблема решается способом строительства наклонно напрвленной скважины в условиях кавернообразования и поглощения, в котором до начала бурения на участке бурения определяют глубины залегания зон кавернообразования и поглощения, расположенных ниже верейского горизонта, затем производят бурение и спуск направления, кондуктора, вскрытие зоны осыпания верейского горизонта, углубление забоя ниже зоны осыпания на 10-15 метров, промывку ствола скважины для образования каверн в зоне кавернообразования, технологическую выдержку для осыпания вмещающих глинистых пород из каверн, установку цементного моста, технологическую выдержку на ожидание затвердения цемента в течение 4-6 ч, разбуривание цементного моста. Затем продолжают бурение на глинистом растворе с плотностью, близкой к плотности пластовой жидкости вмещающих пород, до вскрытия зоны поглощения, производят изоляцию зоны поглощения установкой цементного моста, затем устанавливают цементный мост на участке ствола скважины с перекрытием зоны кавернообразования высотой не более 80 м, проводят технологическую выдержку на затвердевание цементного моста в течение 4-6 часов с последующим его разбуриванием и продолжают бурение до проектной глубины.

Техническим результатом предполагаемого изобретения является исключение потери пробуренной части ствола и аварийного прихвата бурового инструмента при бурении наклонно направленной скважины с зенитным углом более 25° в условиях кавернообразования и поглощения. Сущность способа заключается в следующем.

В прототипе при бурении скважины допускается установка единого цементного моста, перекрывающего несколько зон кавернообразования. Разбуривание такого моста при малых зенитных углах менее 25° происходит без осложнений. Если закрепление ствола скважины производится установлением единого цементного моста протяженностью более 80 метров, одновременно перекрывающего зоны осыпания верейского горизонта и нижерасположенные зоны кавернообразования и поглощения, то при разбуривании этого цементного моста при зенитных углах более 25° высока вероятность потери ствола в зоне кавернообразования. Это происходит в результате того, что за время разбуривания цементного моста в зоне осыпания верейского горизонта твердость цементного камня в нижерасположенной зоне кавернообразования продолжает увеличиваться и становится больше твердости породы, в результате долото соскальзывает с поверхности цементного камня в каверну, что приводит к изменению траектории и потере пробуренной части ствола. Кроме того, при вскрытии зоны поглощения при зенитных углах более 25° с использованием в качестве бурового раствора воды существует риск аварийного прихвата бурового инструмента за счет повторного частичного осыпания верейских аргиллитов, что приводит к необходимости повторной изоляции зон кавернообразования в верейском горизонте.

Предлагаемый способ позволяет избежать осложнений за счет того, что в зоне осыпаний верейского горизонта устанавливают отдельный цементный мост, затем цементируют зону поглощения, после чего цементируют участок ствола скважины с перекрытием зоны кавернообразования, расположенной ниже верейского горизонта. Такая последовательность позволяет избежать повторного частичного осыпания глинистых пород верейского горизонта за счет того, что вскрытие зоны поглощения производят на глинистом буровом растворе с плотностью близкой к плотности пластовой жидкости вмещающих пород (отклонение ±15%), который, частично кольматируя зоны поглощения, не допускает катастрофического поглощения и тем самым исключается вываливание глинистых пород верейского горизонта в ствол скважины.

В случае близкого расположения зон кавернообразования и поглощения цементирование этих зон производят с образованием единого цементного моста. Если зоны кавернообразования и поглощения расположены на большом расстоянии друг от друга, то устанавливают два цементных моста. В любом случае протяженность зацементированного участка ствола скважины, перекрывающего зону кавернообразования, не должна превышать 80 метров.

Твердость пород в зоне поглощения больше, чем твердость цементного камня, поэтому разбуривание цементного моста в зоне поглощения проходит без осложнений.

Фактическое использование предлагаемого способа было осуществлено бурением скважины №32716 Миннибаевской площади Ромашкинского месторождения.

До начала бурения участок бурения в интервале верейского горизонта детально изучили на определение глубин залегания зон кавернообразования и поглощения по паспортам и геофизическим материалам (кавернограмма, нейтронный и гамма каротаж). По данным кавернометрии и радиоактивного каротажа было установлено, что ниже верейского горизонта на глубине 10-20 м расположена зоны кавернообразования, а на глубине 20-60 м - зона поглощения.

Зенитный угол в интервале верейского и протвинского горизонтов составил 30,3°. При забое 945 м, т.е. при забое ниже подошвы верейского горизонта на 15 м произвели заливку зон осыпания верейского горизонта с расходом 6 т цемента. После технической выдержки на затвердевание цементного раствора в течение 5 часов произвели разбуривание цементного моста в интервале 812-945 м. Далее углубление скважины до 1317 м производили с использованием глинистого раствора плотностью 1,12 г/см³ до вскрытия зоны поглощения. Затем установили цементный мост напротив зоны поглощения с расходом 6 т цемента. Приподняли бурильные трубы на глубину 1180 м и произвели заливку участка ствола с перекрытием зоны кавернообразования с расходом 7 т цемента и установкой цементного моста в интервале 944-1180 м. Перекрытие цементным мостом зоны кавернообразования составило 30 м. После технологической выдержки в течение 5 часов произвели разбуривание цементных мостов без осложнений. Далее продолжили бурение до проектного забоя 2027 м.

Применение предлагаемого способа позволяет вести бурение наклонно направленной скважины с зенитным углом более 25° в условиях кавернообразования и поглощения пород, расположенных ниже верейского горизонта, без осложнений.