Бурение наклонно - направленных и горизонтальных скважин

1.

Бурение наклоннонаправленных и
горизонтальных
скважин
Осложнения при ННБ
Тюмень, 2021

2.

Скручивающие нагрузки(проблематика)
Скручивающие нагрузки:
o Вызываются интенсивным искривлением ствола, образованием желобов,
налипанием шлама на КНБК, низким качеством бурового раствора и
несоблюдением траектории скважины
o Для устранения рекомендуется применять толстостенные бурильные трубы(ТБТ),
снижать до минимума интенсивность искривления ствола и поддерживать
неизменные свойства промывочной жидкости (удельный вес, вязкость,
смазочные свойства и фильтруемость бурового раствора).
2

3.

Скручивающие нагрузки(проблематика)
Осевые нагрузки:
o Промывать скважину
o Для уменьшения осевых нагрузок выполнять СПО на неполную глубину
(приблизительно через каждые 300 м проходки или через каждые 18
часов бурения)
o Оптимизировать конструкцию КНБК
o Оптимизировать конструкцию бурильной колонны
o Вводить в промывочные жидкости смазывающие добавки
o Не допускать интенсивного искривления ствола и расширять желоба
3

4.

Скручивающие нагрузки(проблематика)
Желобообразование:
o Желоба на стенках скважин чаще образуются в мягких породах
o Не допускать резких искривлений ствола скважины
o Точку начала отклонения ствола необходимо закладывать или ниже по
стволу, или в прочных породах.
o Использовать калибраторы
o Отслеживайте осевую нагрузку при спуско-подъемах, не допускайте
затягивания инструмента в желоба
4

5.

Неудовлетворительная управляемость(проблематика)
К основным причинам неудовлетворительной управляемости можно отнести:
Отсутствие возможности доведения нагрузки до забоя:
Затяжки
Посадки при хождении,
Высокая извилистость траектории
Состав КНБК
Конструкция применяемых долот
5

6.

Неудовлетворительная управляемость(методики устранения)
Методы решения:
Оптимизированный дизайн КНБК (особенно для протяженных горизонтальных участков)
Подбор гидравлических насадок на долоте для поддержания достаточной (HIS не менее 2
л/с/кв.дюйм) гидравлической мощности
Одним из решений улучшения передачи нагрузки является включение в КНБК осцилятора –
это гидравлическое оборудование, которое обеспечивает осевую и радиальную вибрацию
КНБК или низа бурильной колонны для соответствующего уменьшения трения.
Включение в состав КНБК импульсного ВЗД. Одним из преимуществ данного ВЗД является
создание низкоамплитудных колебаний передающихся непосредственно на долото.
Обработка бурового раствора(повышение смазки, прокачка очищающих/кольматирующих
пачек, обновление бурового раствора, снижение плотности промывочной жидкости)
Оптимизация дизайна долот под конкретные условия бурения
6

7.

Очистка ствола скважины
Осложнения связанные с выносом шлама.
Проблемы с выносом шлама встречаются в зонах с критическими углами с точки
зрения очистки 30 +/- 5 градусов, 60 +/- 5 градусов. В данных интервалах возможно
образование шламовой постели до 25% от диаметра скважины. Основными методами
борьбы с образованием шламовой подушки могут быть:
гидравлическое моделирование очистки ствола скважины
проработка ствола скважины на максимально допустимых режимах (расход,
вращение бурильной колонны)
прокачивание тандемных пачек (с низкой и высокой вязкостью)
проведение промежуточных тех. СПО
-
.
7

8.

Шоки и вибрации при бурении
Вибрация - это прямой результат действий на забое во время бурение. Когда долото контактирует с породой,
силы воздействуют не только на долото, но и передаются на двигатель и на КНБК, и на всю бурильную колонну.
Интенсивная вибрация на забое может вызвать: преждевременный износ долота, повреждение двигателей и
системы MWD/LWD, неравномерный износ стабилизаторов, замков бурильной колонны, проблемы с контролем за
направление ствола скважины, также может привести к избыточной затяжки соединений.
Существует три основных типа вибраций, которые влияют на компоненты забойного оборудования: осевая,
поперечная и вибрация вращения. Каждый тип вибрации может произойти индивидуально, либо одновременно. Часто
обнаруживается несколько признаков, которые указывают на то, что на забое действует несколько типов вибрации.
Поперечная
Осевая (продольная)
Крутильные вибрации
В процессе выполнения операций с высоким уровнем вибраций (подъем с проработкой,
проработка/расширка, очистка ствола скважины при бурении, разбуривание башмака обсадной колонны/хвостовика,
бурение) необходимо использовать показания датчиков вибрации с целью определения уровней вибрации.
При среднем и высоком уровне шоков и вибраций необходимо провести комплекс мероприятий по
изменению режима бурения/проработки (нагрузка на долото, частота вращения буровой колонны) для их снижения
8

9.

Принципы и условия расчета статического замера
ТМС передает статический замер на поверхность в виде данных по осям с блока датчиков (акселерометров и
магнитометров). Это сырые данные, визуально не несущие понятной четкой информации, и к тому же
нескорректированные относительно конкретных геомагнитных условий. Поэтому для расчета основных параметров
инклинометрического замера (зенитного угла, азимута) из сырых показаний прибора (осей) используются
специальные программы расчета и коррекции замеров
Survey– эта программа имеет все функции программы SUCOP, но в то же время, ее интерфейс максимально упрощен
для рядового пользователя, и позволяет получать осевые показатели прямо из datalog-файла рабочей программы
после выхода полного замера, что упрощает процесс работы и позволяет избежать человеческих ошибок при
внесении осей вручную. Также коренным отличием является более сложная математика с учетом весового фактора
магнитного наклонения к магнитному полю, что позволяет производить более точную коррекцию. Но так же в
процессе работ мы сталкиваемся с Критичными условиями.
Критичные условия:
1. Магнитная интерференция от бурильной колонны и элементов КНБК
2. Критические азимуты. Магнитные Запад и Восток. Изначально при работе любых видов магнитного оборудования в
магнитные азимуты 90 и 270 (с зоной +-25 градусов) при повышении зенитного угла наблюдалось неадекватное,
непредсказуемое, некорректируемое поведение азимута, даже при использовании программ коррекции азимута. Эта
тенденция сохраняется и по сей день. Основной методикой борьбы было и остается увеличение количества
немагнитного материала над/под комплексом магнитометров.
9

10.

Методы устранения магнитной интерференции
Необходимо отметить, что основная помеха, которая влияет на
измерение азимута это магнитная интерференция от бурильной
колонны и элементов КНБК. В виду этого, получается, что
основная помеха, которая вносит свой основной вклад — это
магнитная интерференция, распространяющаяся вдоль оси
инструмента, проекция которой приходится на магнитометр Bz
Из представления о природе основной магнитной
интерференции, влияющей на инклинометрию в процессе
бурения, было предложено два основных способа ее
устранени1.
Физический способ устранения магнитной интерференции. Под
ним понимается, то что для устранения магнитного влияния
колонны и элементов КНБК необходимо использование
достаточного количества немагнитного материала над\под
инклинометром. На рис.1 иллюстрировано основное его
понятие.
Математические способы – это способы, которые получили
свое начало в конце 1980х (программа Sucop). Толчком для их
развития стала необходимость уменьшения дистанции
непромера (рис.2). Из представления о том, что при проведении
наклонно направленного бурения, а, следовательно, и
инклинометрии во время бурения нет поперечно-осевых
магнитных помех, а, следовательно, необходимо устранить
лишь помеху от инструмента, а также интерференция колонны
бурильных труб, создаваемая компонентами КНБК, является
постоянной(рис.3).
10

11.

Методы устранения магнитной интерференции
На основе выше описанных представлений образовалось два математических метода
устранения магнитной интерференции:
Суть метода осевой коррекции заключается в следующем,
статический замер, который поступает от инклинометра ТМС по осям
обрабатывается специализированным ПО. В нем, для точного расчета
азимута происходит математический расчет оси Bz, для того, чтобы
исключить магнитную интерференцию от металлических элементов
КНБК и бурового инструмента. Данный расчет можно произвести
исходя из того, что номинальные магнитные параметры устья
скважины известны.
Используя формулу, для расчета напряженности магнитного поля
(Bx2 + By2 + Bz2) = BTOTAL можно получить расчетное значение
Bz. Тем самым, мы, условно говоря, устраняем осевую магнитную
помеху.
Применение данного метода имеет место быть, при бурении во все
азимутальные направления, кроме зон критических азимутов
(90±20гр. и 270±20гр., то есть на запад и восток).
Также необходимо отметить, что метод осевой коррекции в зонах
критических азимутов перестает работать после прохождения
зенитного угла в 55-60гр.
1. Метод осевой коррекции необходим для устранения магнитной
интерференции от колонны и элементов КНБК (рис.5)
математическим способом, в том случае, если в КНБК нет
необходимого количества немагнитного материала.
11

12.

Методы устранения магнитной интерференции
2. Многоточечная коррекция (Multi-Station Correction) – это алгоритм многоточечной коррекции, разработанный компанией
DMAG - это математический алгоритм, который не может распознать различные источники магнитной интерференции. DMAG предполагает, что все
замеры подвержены влиянию только лишь интерференции колонны бурильных труб. В отличие от одноточечной коррекции, DMAG использует
несколько замеров для расчёта поправки. С каждым новым замером DMAG пересчитывает векторную ошибку и корректирует азимут для каждого замера.
Именно поэтому азимут для одного и того же замера может изменяться, влияет на вычисления позиции скважины
Преимущества и недостатки математических и физических
методов:
1. Физический метод решения
Технические преимущества:
Метод не «дефектный». Возможность применения в зонах
критического азимута.
Технические недостатки:
Увеличен риск аварий в виду большего кол-ва соединения в КНБК
MWD сенсоры дальше от долота
LWD сенсоры дальше от долота
Экономические недостатки:
Увеличено требование к NMDC – повышение цены
Увеличение воздействия на расценки Lost in Hole (инструмент,
оставленный в скважине)
2. Математические методы
Технические преимущества:
Уменьшен риск аварий в виду меньшего кол-ва соединения в КНБК
MWD сенсоры ближе к долоту
LWD сенсоры ближе к долоту
Технические недостатки:
Отсутствие возможности применения в зонах критического азимута.
Экономические преимущества:
Уменьшено требование к NMDC – снижение цены
Снижение воздействия на расценки Lost in Hole (инструмент,
оставленный в скважине)
Отталкиваясь от вышеописанного можно сделать вывод о том, что
математические методы устранения магнитной интерференции в
большинстве случаев, где они применимы, более предпочтительны
чем физические.
12

13.

Спасибо за внимание!
13