Разработка технологии управления траекторией горизонтального ствола при строительстве скважин в акватории Черного моря тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.14, кандидат технических наук Козлов, Анатолий Валентинович

• Козлов, Анатолий Валентинович
• кандидат технических наук
• 2001

Оглавление диссертации кандидат технических наук Козлов, Анатолий Валентинович

Введение.

1. Повышение эффективности разведки и эксплуатации морского месторождения нефти или газа.

1.1. Геологическое строение газоконденсатного месторождения Штормовое.

1.2. Технология бурения горизонтальных дренажных скважин.

1.3. Требования к технологии управления траекторией горизонтального ствола разведочных и дренажных скважин.

1.4. Цель диссертационной работы.

2. Анализ современного состояния технологии бурения горизонтальных скважин.

2.1. Общие положения.

2.2. Профили горизонтальных скважин.

2.3. Способы искривления ствола скважины отклонителем.

2.4. Отклонители для горизонтального бурения.

2.4.1. Двигатели-отклонители.

2.4.2. Отклонители для бурения геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые.

2.4.3. Отклонители для роторного способа бурения скважин на нефть и газ.

2.5. Искривляющие и стабилизирующие КНБК.

2.5.1. КНБК для роторного способа бурения.

2.5.2. КНБК на базе забойного двигателя.

2.6. Технология управления траекторией горизонтального ствола.

2.6.1. Технологическая схема проводки горизонтальных скважин.

2.6.2. Особенности технологии проводки горизонтальных скважин.

2.7. Методы расчета отклонителей и КНБК.

2.8. Задачи диссертационной работы.

3. Аналитические исследования отклонителей и КНБК с гибким звеном.

3.1. Общие положения.

3.2. Методика расчета отклонителей и КНБК с разной жесткостью секций.

3.3. Жесткостные свойства отклонителей и КНБК с гибким звеном в горизонтальном стволе.

Исследование сил трения при перемещении КНБК и отклонителей в скважине.83 Исследование работы отклонителей и КНБК с гибким звеном.

- 3

3.6. Исследование работы искривляющих КНБК.

4. Промысловые исследование работы отклонители и КНБК.

4.1. Общие положения.

4.2. Бурение горизонтального бокового ствола в скважине 21 Штормовая.

4.3. Бурение горизонтального бокового ствола в скважине 22 Штормовая.

4.4. Бурение горизонтального ствола скважины 28 Штормовая.

4.5. Бурение дренажного ствола из фильтровой части эксплуатационной колонны горизонтальной скважины 28 Штормовая.

5. Оценка экономической эффективности от использования результатов исследований.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии управления траекторией горизонтального ствола при строительстве скважин в акватории Черного моря»

Современный этап развития добычи нефти и газа характеризуется переходом от практики бурения отдельных горизонтальных скважин к системному использованию технологии горизонтального бурения. За счет использования горизонтального бурения разрядились сетки эксплуатационных скважин, снизились депрессии на пласт, значительно увеличилось время «безводной» эксплуатации, изменились категории запасов, считавшиеся ранее неизвлекаемыми, которые в настоящее время могут эффективно эксплуатироваться в промышленных масштабах, повысилась эффективность многих устаревших методов воздействия на пласт при их реализации с помощью горизонтальных скважин.

Использование метода горизонтального бурения при ремонте старых скважин с помощью боковых стволов позволяет перевести вертикальные скважины или обычные наклонные в горизонтальные, что существенно повышает эффективность эксплуатации нефтегазовых месторождений.

По многим показателям от горизонтальных скважин получены значительные результаты, однако в некоторых случаях эффективность горизонтального бурения оказывается ниже планируемой. Одна из причин заключается в том, что разведка нефтяных и газовых месторождений, предназначенных для эксплуатации горизонтальными скважинами, осуществляется по традиционной технологии с помощью вертикальных скважин. Полученная при этом геологическая информация недостаточна для проектирования системы разработки месторождения горизонтальными скважинами. При поперечном пересечении продуктивного пласта вертикальным или наклонным стволом пропускаются литологические перемычки и экраны, геометрия кровли продуктивного пласта определяется с низкой для технологии горизонтального бурения точностью.

Недостаточный объем информации о продуктивном пласте сказывается как на процессе строительства эксплуатационных горизонтальных скважин, так и при их освоении и эксплуатации.

В целях более детального исследования продуктивного пласта необходимо геологоразведочные работы осуществлять горизонтальными стволами, пересекающими продуктивную Т0ЛП1У в трех измерениях. Пробуренные горизонтальные разведочные скважины будут дороже вертикальных скважин, однако, все затраты будут оправданы, если горизонтальный ствол будет являться частью системы дренажных скважин.

Дренажной является скважина, пробуренная непосредственно в продуктивном пласте, гидравлически связанная только с контуром питания эксплуатационной скважины.

Технология эксплуатации месторождения с помощью дренажных стволов позволит переместить часть системы сбора и транспорта нефти или газа с поверхности месторождения непосредственно в продуктивный пласт, что позволит существенно сократить затраты на обустройство месторождения.

Кроме того, с помощью дренажных стволов можно устранять неоднородности продуктивного пласта, выравнивать внутрипластовое давление, а также использовать такие стволы для изучения гидродинамики продуктивного пласта.

Длина горизонтального интервала разведочных и дренажных скважин ограничена только размерами месторождения или площади и может достигать значительной величины.

Достижения технологии горизонтального бурения сделали возможным проводку разведочных и дренажных стволов в пределах продуктивного пласта большой протяженности. Разработаны забойные телеметрические системы контроля геометрических параметров траектории скважины, режима бурения, с одновременным проведением каротажа в процессе бурения. Однако существует много нерешенных задач связанных, прежде всего с управлением траекторией бурения в пределах продуктивного пласта и отбором керна при горизонтальном бурении.

Низкая устойчивость существующих компоновок низа бурильной колонны (КНБК) на проектной траектории приводит к вьгходу горизонтального ствола за пределы продуктивной части пласта, а при бурении с отбором керна траекторные задачи игнорируются вообще. Поэтому актуальной задачей становится разработка технологии управления траекторией стволов большой протяженности в продуктивном пласте. Основньми элементами такой технологии являются компоновки низа бурильной колонны (КНБК) и отклонители.

В работе приведено решение задач в области управления траекторией горизонтального ствола с помощью отклонителей и КНБК, применительно к условиям шельфового газоконденсатного месторождения Штормовое (Черное море) и ему аналогичных.

Заключение диссертации по теме «Технология и техника геологоразведочных работ», Козлов, Анатолий Валентинович

- 1256. Основные выводы.

1. Разработана математическая модель разножесткостной КНБК для горизонтального бурения, учитывающая особенности конструкции забойного двигателя с опорно-центрирующими элементами на корпусе.

2. На основании математической модели КНБК разработана программа для ЭВМ, с помощью которой можно рассчитать рациональные размеры КНБК и проектную интенсивность искривления ствола скважины.

3. Определены параметры гибкого звена, при которых обеспечивается управление КНБК за счет изгибающего момента бурильной колонны.

4. Устранены закономерности искривления ствола скважины при бурении КНБК по среднему радиусу кривизны.

5. Предложен критерий оптимизации размеров КНБК и отклонителя, учитывающий конструкцию долота и физико-механические свойства горных пород.

6. Разработаны и испытаны в промысловых условиях искривляющие и стабилизирующие компоновки низа бурильной колонны, включающие гибкие звенья.

7. Результаты исследований были использованы при создании гибкой измерительной трубы ТИН-105 из диамагнитной стали.

8. Разработанные на основе проведенных исследований технологические рекомендации и КНБК позволили осуществить проводку горизонтальных боковых стволов, а также горизонтальной скважины с дренажным стволом на газоконденсатном месторождении Штормовое (Черное море).

9. Результаты аналитических и промысловых исследований отклонителей и КНБК с гибким звеном могут быть использованы для разработки новых технических средств для проводки горизонтальных стволов большой протяженности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Козлов, Анатолий Валентинович, 2001 год

1. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д. и Гноевых А.Н. «Винтовые забойные двигатели», справочное пособие, Москва, Недра, 1999г.

2. Барский И.Л., Повалихин A.C., Глушич В.Г., Козлов A.B. «Продольный изгиб бурильной колонны и выбор траектории бурения горизонтального ствола». Бурение, 6,2001 г.

3. Безумов В.В «Совершенствование технологий забуривания вторых стволов турбинным способом», автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, ВНИИБТ, Москва, 1986 г.

4. Бронзов A.C., Бацовский A.C., Королько Е.И., Комм Э.Л., Щепилло Ю.Н. «Проблема качества строительства скважин в нефтедобыче». Бурение, 1, 2001.

5. Габасов Г.Х., Шарипов А.У. «Улучшение качества составления комплексных проектов бурения и разработки месторождения». Нефтяное хозяйство, 1,1979 г.

6. Ганджумян P.A., Калинин, А.Г., Никитин Б.А. «Инженерные расчеты при бурении глубоких скважин», справочное пособие, Недра, М., 2000 г.

7. Григорян H.A. «Бурение наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров», Москва, Недра, 1974

8. Григорян A.M. «Вскрытие пластов многозабойными и горизонтальными скважинами», Москва, Недра, 1969 г.

9. Григулецкий В.Г., Лукьянов В.Т. «Проектирование компоновок нижней части бурильной колонны», Москва, Недра, 1990 г.

10. Гулизаде М.П., Кауфман Л.Я., Сушон Л.Н. «Методика расчета интенсивности искривления ствола наклонной скважины», Тюмень, 1974 г.

11. Иванов В.П., Халявкин В.И. «Электробурение прогрессивный способ строительства нефтяных и газовых скважин». Бурение, 3, 2001 г.

12. Ильницкий М.К., Козлов A.B., Глушич В.Г., Витрик В.Г., Петунии А.И., Мессер А.Г. «Опыт бурения бокового горизонтального ствола в эксплуатационной колонне на Штормовом ГКМ», Нафтова i газова промислов1сть, №3, 1999 г.

13. Калинин А.Г., Никитин Б.А., Солодкий K.M. и Султанов Б.З. «Бурение наклонных и горизонтальных скважин», справочник. Недра, Москва, 1997 г.

14. Калинин А.Г., Никитин Б.А., Солодкий K.M., Повалихин A.C. «Профили направленных скважин и компоновки низа бурильной колонны». Недра, Москва, 1995 г.

15. Калинин А.Г., Ошкордин О.В., Питерский В.М., Соловьев Н.В. «Разведочное бурение», Недра, Москва, 2000 г.

16. Козлов A.B., Махмудов P.P., Повалихин A.C., Райхерт СЛ. «Проектирование и оперативное управление бурением бокового ствола». Бурение, №9, 2000 г.

17. Козлов A.B., Повалихин A.C., Райхерт СЛ. «Перспективы роторного способа в горизонтальном бурении», 3-й международный семинар «Горизонтальные скважины», тезисы докладов, РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, Москва, 2000 г.

18. Костин Ю.С «Современные методы направленного бурения скважин». Недра, Москва, 1981.

19. Кульчицкий В.В. «Геонавигационные технологии проводки наклонно направленных и горизонтальных скважин», ОАО «ВНИИОЭНГ», Москва, 2000.

20. Лиманов Е.Л., Страбыкин И.Н., Елизаров М.Н. «Направленное бурение разведочных скважин». Недра, Москва, 1978.

21. Маслянцев Ю.В. «Технико-экономическая оценка применения горизонтальных скважин и гидроразрыва пластов при разработке Приобского месторождения», Миннефтегазпром СССР, ВНИИ, Москва, 1990 г.

22. Морозов Ю.Т, «Методика и техника направленного бурения скважин на твердые полезные ископаемые». Недра, Ленинград, 1987 г.

23. Никитин Б.А., Лузин Г.С., Затуев Г.Г., Малышев A.B., Глебов В.А. «Бурение скважин с горизонтально направленным стволом как один из методов повышения эффективности разработки залежей с трудноизвлекаемыми запасами », Нефтяное хозяйство, № 11, 1990 г.

24. Оганов A.C., Беляев В.М., Прохоренко В.В., Оганов Г.С. и Позднышев C.B. «Современное состояние и перспективы бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин с большими отклонениями ствола от вертикали», Москва, ВНИИОЭНГ, 1999 г.

25. Оганов A.C., Данилевич В.М., Солодкий K.M., Жестовский А.Д., «Опыт строительства горизонтальной скважины № 140 Березинская ПО «Белорусьнефть» по большому радиусу искривления», НТЖ, Нефтяная и газовая промышленность, 3, 1994 г.

26. Оганов A.C., Беляев В.М., Повалихин A.C., Ахметов A.A., Москвичев В.Н. «Проводка дополнительного горизонтального ствола из эксплуатационной колонны бездействующей скважины», Нефтяное хозяйство, 9,1993 г.

27. Повалихин A.C., Калинин А.Г., Коростелева Г.В. Повышение надежности многосекционных турбинных отклонителей. Изв. вузов. Сер. Геология и разведка. -1991.-№9.

28. Повалихин A.C. «Разработка метода проектирования отклонителей и компоновок низа бурильной колонны для наклонного и горизонтального бурения», диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Москва, 1998 г.

29. Самушкин В.В. «Технология проводки наклонно направленных скважин с применением полуавтоматических опорно-центрирующих элементов», автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

30. Самигуллин В.Х., Ризванов Х.Х., Юмашев Р.Х., Логинов В.В, Халявкин В.И. «Новые достижения в области горизонтального бурения»; Нефтяное хозяйство, 4, 1992 г.

31. Синай Ю.Б., Самигулин В.Х., «Опыт создания горизонтальных направленных скважин большой протяжённости», Записки Санкт-Петербургского горного института, т. 136, СПб, 1993 г.

32. Сулакшин С.С. «Направленное бурение», Недра, М., 1987 г.

33. Юдин В.М. «Развитие технологии и техники бурения многозабойных скважин для разведки и разработка сложнопостроенных залежей углеводородов», автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Ухта, 1999 г.

34. Desbranes R., Morin P. "Re'cents developpements en forage te'le'vigile", Revue de Institut fran^ais du pe'trole, 1983, v. 38,1, p.63-81.

35. McNely, В., "Means for Controlling Directional Deviation in a Well Bore", Пат. США №3043381,10.7.1962.

36. Oppelt, J., and F.Donati, "Rotary steerable drilling system Status of development". Current Issues in Drilling Technology, GEOPEC, Aberdeen, UK, Sept. 18-19, 1996.

37. Page, J. S. Sr, "Directional Drilling Tool", Пат. США №2891769, 23.6.1959.

38. Sims, D.L.,"Deflecting Drilling Tool", Пат.США №2919897, 5.1.1960.

39. Tighe, R.E., "Oriented Drilling Tool", Пат. США №4076084, 28.2.1978.-13053. Waren , T.M., "Short Radius Literal Drilling System", J. of Petroleum Technology, February 1993, pp. 108-15.

40. Zublin, I.A., "Apparatus for Drilling Wells of Large Radii Curved Bores", Пат. США №2745635,15.5.1956.

41. J. E-Olsen (Statoil A/S), J. Reynolds and J. Samuell (Smith J.). North Sea Advances in Extended Reach Drilling. Материалы конференции по горизонтальному бурению SPE/JADC.-Амстердам, 1993.

42. М. Birades (SPE, Elf Aquitaine) Static and Dynamic Three-Dimensional Bottomhole Assembly Computer Models. Drilling Engineering, -June 1988 r.

43. System for controlled drilling of boreholes along plaimed profile Пат. США 5439064 Patton Bol J., Patton Consulting, Inc. -N 960191, Заявл.9.10.92, Опубл.8.8.95.

44. Method and apparatus for automatic closed loop drilling system: Пат. США 5332048 Underwood Lance D. № 965200; 3аявл.23.10.92; Опубл. 26.8.94.

45. Well drector the world's only gyro supported directional drilling system / Vorhoff W.// Oil Gas - Eur.Mag. - 1998.-24. №3 - C.31. - Англ.

46. Steerable drilling tool and system; Пат. США 5484029 Eddison A.M.; Shlumberger Technology Corp.- № 286291; Заявл. 5.08.94; Опубл. 16.01.96.

47. Positioning device for a member and drilling system employing aid positioning device. Пат. США 5353884 Misawa Toshiaki e.a. N 117204, Заявл. 20.1.93, Опубл. 11.10.94.

48. Steerable rotary drilling system. Заявка Великобритания 2298216 Barr John Denzil,Glegg John Martin, Motion William C, Cameo Drilling Group Ltd. N 9603107.5,3аявл. 14.2.96, Опубл. 28.8.96.

49. Управляемые системы роторного бурения скважин малого диаметра: расширение области применения. / Томми М. Уоррен // Нефтегазовые технологии, №1, 1998-с. 17-22, 31.

50. Appleton,R.A., Apparatus for direktional drilling, U.S. Pattent 5421421, June, 6,1995 r.

51. Barr, J.D., "Steerable rotary drilling with an experimental system", paper SPE|IADC Conference, Amsterdam, Feb/28-Marh 2, 1995.

52. Brow,G.E., "Deflecting Tools", Пат. США №2730328,10.1.1956.

53. Baker, R.E., "Bit Guidance Device and Method", Пат. США №4416339,22.11.1983.

54. Giles, M.L., and Wells, C.I., «Directional Drilling Tool», Пат. США №27124346, 5,6,1955 г.

55. James, W.G., «Deflecting Tool», Пат. США №2819040, 7.1.1958 г.-131