Способ строительства многоствольной скважины

Способ строительства многоствольной скважины

Реферат

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, а именно к способам строительства многоствольных нефтяных и газовых скважин, и предназначается для использования в скважинах при формировании многоствольных «стыков» не ниже третьего уровня сложности по классификации TAML.

Известно, что в соответствии с международной классификацией TAML соединения/стыки стволов в многоствольных скважинах подразделяются на шесть уровней, первый из которых соответствует наименьшей сложности конструкции многоствольного стыка и наименьшей функциональной возможности работ в процессе эксплуатации скважины, а шестой уровень - наивысшей. Для создания системы соединения основного («материнского») и бокового стволов по 3-6 уровням сложности по классификации TAML имеются специальные системы, такие как система хвостовика с подвеской на крюке (hook hanger liner system) производства «Бейкер Ойл Тулз», Rapid X производства «Шлюмберже» и другие. Для формирования стыков 1-2 уровней сложности по классификации TAML применение специальных систем для формирования многоствольного стыка не требуется - интервал стыка не обсаживается.

Известен способ строительства многоствольной скважины (см. описание изобретения к патенту РФ 2386775 «Способ проведения, крепления и освоения многозабойной скважины», МПК⁷ Е21В 7/06, опубл. 20.04.2010 г.). Данный способ предусматривает проведение основного ствола - его бурение, крепление его трубами, бурение дополнительных стволов с последующим их креплением хвостовиками с использованием съемного отклонителя для герметизации основного и дополнительных стволов и освоение скважины, отличающийся тем, что основной ствол сначала бурят до кровли продуктивного пласта с набором зенитного угла и крепят его, потом углубляют его в толще продуктивного пласта с креплением экспандируемыми трубами и производят его освоение, затем из основного ствола проводят последовательное бурение, крепление и освоение дополнительных стволов от забоя к кровле в пределах этого же продуктивного пласта, при этом для изоляции ранее пробуренных и освоенных стволов от следующих дополнительных стволов съемный отклонитель переустанавливают в основном стволе в процессе их бурения, крепления и освоения от забоя к кровле, а крепление дополнительных стволов хвостовиками осуществляют без их входа в основной ствол.

Также известен способ строительства многоствольной скважины, приведенный в описании изобретения к авторскому свидетельству СССР №787611 «Способ проведения и крепления многозабойной скважины», МПК⁷ Е21В 7/04 (опубликовано 15.12.1980 г., БИ №46). Данный способ предусматривает углубление основного ствола после крепления очередного бокового ствола, причем часть хвостовика обсадной колонны дополнительного ствола размещают в основном стволе и разбуривают (расфрезеровывают) при углублении последнего.

Основным недостатком вышеописанных известных способов является то, что способы не позволяют сформировать многоствольный стык 3-6 уровней сложности по классификации TAML: интервал стыка не обсажен и ограничена возможность доступа в боковой ствол по причине риска обрушения породы в интервале между «окном» в материнской колонне и головой хвостовика бокового ствола.

Также известен способ строительства многоствольной скважины (см. патент РФ №2319826, МПК⁷ Е21В 33/14, Е21В 7/0, опубл. 20.03.2008 г., БИ №8). Данный способ предусматривает формирование многоствольного стыка 4 уровня сложности по классификации TAML: выполняется спуск в основной ствол скважины колонны с предварительно выполненным в ней «окном», закрытым специальной заслонкой с нанесением на ее внешнюю сторону адгезионного материала. После спуска на требуемую глубину колонну цементируют с заполнением затрубного (пространства за заслонкой «окна») цементным раствором. После затвердевания цементного раствора выполняют установку клина-отклонителя и фрезерование заслонки «окна» с последующим бурением бокового ствола и спуском в него хвостовика. Хвостовик подвешивают за предварительно вырезанное «окно» с использованием системы крюк-подвеска производства «Бейкер Ойл Тулз».

Недостатком известного способа является то, что при спуске хвостовика в боковой ствол существует риск получения брака на скважине без возможности формирования многоствольного стыка, например, в случае прихвата хвостовика в процессе его спуска, при котором стык может располагаться выше интервала «окна». Другим недостатком является необходимость азимутального ориентирования (вращения) колонны в основном стволе скважины, в составе которого располагают предварительно вырезанное «окно» с заслонкой, в целях расположения предварительно вырезанного «окна» в азимуте забуривания бокового ствола. Данный процесс достаточно трудоемкий и не технологичный, кроме того исходя из прочностных характеристик обсадной трубы, замковых соединений и узла с предварительно вырезанным «окном» имеют ограничения по глубине вращения и профилю основного ствола скважины. Процесс спуска колонны с вращением (ориентированием «окна») на определенных глубинах длительный и может вызвать потерю устойчивости ствола под действием временного фактора (в качестве примера, время, затраченное на ориентирование 178 мм обсадной колонны в процессе ее спуска в многоствольной скважине №4301 Нонг-Еганского месторождения, составило 8,5 часов при глубине спуска колонны 3212 м).

Указанные недостатки исключены в известном способе строительства многоствольной скважины, приведенном в описании изобретения к патенту РФ 2074944, МПК⁶ Е21В 7/04, опубликованном 10.03.1997 г. «Способ проведения и крепления многозабойной скважины». Данный способ предусматривает следующую последовательность работ.

Бурят основной ствол скважины до глубины разветвления последнего дополнительного ствола. Спускают и крепят эксплуатационную колонну. Затем устанавливают съемный или легкоразбуриваемый клин в месте разветвления первого дополнительного ствола, бурят до проектной глубины, обсаживают и крепят его обсадными трубами, затем разбуривают часть обсадной трубы, выходящую в основной ствол и клин (если клин был установлен съемный, его извлекают). Следующий дополнительный ствол бурят также до проектной глубины, обсаживают и крепят трубами. Верхняя часть обсадных труб, обсаживающих дополнительные ответвления, выполнена из легкоразбуриваемого материала (например, сплава Д16-Т), в остальной части обсадные колонны состоят из стандартных труб.

Преимуществом данного способа над вышеописанным является то, что все дополнительные стволы бурят из обсаженного основного ствола, что исключается необходимость ориентирования окна колонны основного ствола с дополнительными стволами. Также отсутствует риск обрыва основной эксплуатационной колонны в процессе спуска и упрощено ее крепление, так как колонна основного ствола не имеет окон, ослабляющих прочность обсадных труб.

Недостатком известного способа является то, что в конструкции скважины отсутствуют узлы для ориентированного доступа в дополнительные (боковые) стволы. Кроме этого, в случае недоспуска хвостовика в боковой ствол по причине его прихвата в процессе спуска, необходимо проводить дополнительные работы по полному или частичному извлечению, хвостовика, фрезерованию части хвостовика, представленного трубами стандартной группы прочности, выступающей в колонну основного ствола скважины над «окном». При этом существует риск фрезерования колонны основного ствола вследствие того, что группа прочности труб хвостовика сопоставима или выше группы прочности труб основного ствола скважины. В качестве примера, вследствие фрезерования колонны основного ствола скважины получен брак на многоствольной скважине №2081 Нонг-Еганского месторождения. Таким образом, данный способ, как основной недостаток, имеет риск недоспуска хвостовика, например, в случае прихвата хвостовика в процессе его спуска по причине потери стволом устойчивости или разбухания некоторых интервалов ствола, и последующие риски, обусловленные данным осложнением.

Наиболее близким (прототипом) к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату из числа известных технических решений является «Способ строительства скважины в сложных горно-геологических условиях бурения и устройства для его осуществления» (см. патент РФ №2531409, МПК Е21В 33/13, опубл. 20.10.2014, БИ №29).

Известный способ строительства скважины включает бурение и крепление направления, кондуктора, вскрытие бурением интервала неустойчивых глинистых отложений, склонных к осыпанию, обвалам, забуривание нижележащей зоны с неосыпающимися породами на небольшую длину, проведение комплекса геофизических исследований, ступенчатое цементирование скважины. Сначала осуществляют цементирование первой ступени - интервала неустойчивых глинистых отложений с нижележащей зоной с неосыпающимися породами, при этом спуск секции колонны обсадных труб осуществляют на колонне бурильных труб с использованием устройства, включающего установочную муфту с промывочными боковыми отверстиями для срезки излишков цементного раствора над «головой» первой секции после окончания цементирования и с присоединительной наружной левой резьбой на нижнем конце, с которой соединяют ступенчато выполненный переходник с концентрично установленными внутри защитными оболочками от попадания на его стенки цементного раствора. Переходник соединяют с верхним концом цементируемой секцией колонны обсадных труб через переводник, внутренние диаметры переходника и переводника выбирают равными наружному диаметру трубы обсадной колонны. После срезки и вымывания излишков цементного раствора по окончании операции цементирования бурильную колонну с муфтой отвинчивают от переходника и поднимают на поверхность. После ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) цементируют вторую ступень ствола скважины - часть скважины, находящуюся выше от зацементированной первой ступени, с использованием устройства для ступенчатого цементирования, присоединив переводник корпуса с цементировочными окнами, заглушенными удаляемыми пробками, к нижнему концу трубы цементируемой обсадной колонны диаметром, равным диаметру трубы зацементированной обсадной колонны в первой ступени цементирования. К нижнему концу корпуса устройства присоединяют ступенчато выполненный переходник с разбуриваемым башмаком в нижнем конце с обратным клапаном. Наружный диаметр переходника выбирают по диаметру переходника установочной муфты устройства первой ступени цементирования, а его внутренний диаметр, а также заслонки и корпуса выбирают равным внутреннему диаметру трубы зацементированной обсадной колонны. Спуск обсадной колонны осуществляют до посадки торца уступа большей ступени переходника на внутренний уступ, находящийся под присоединительной резьбой переходника установочной муфты устройства первой ступени цементирования. После окончания цементирования и ОЗЦ продавочную пробку с седлом, башмак, а также цементировочные пробки первой ступени цементирования разбуривают и дальнейшее углубление забоя скважины до проектной отметки осуществляют долотом меньшего диаметра.

Существующий способ строительства многоствольной скважины, приведенный в описании изобретения к патенту РФ 2436925, МПК Е21В 7/08, Е21В 43/24, опубликованном 20.12.2011 г. «Многоствольная скважина и способ, и система, использующие данную скважину» имеет существенный недостаток - отсутствует возможность посекционного спуска хвостовика, что не исключает возможности недохождения хвостовика до проектного интервала установки, вследствие осыпания неустойчивых горных пород.

Рассматриваемый по прототипу «Способ строительства скважины в сложных горно-геологических условиях бурения и устройства для его осуществления» имеет следующий существенный недостаток - вторая секция обсадной колонны не позволяет сформировать многоствольный стык 3-6 уровней сложности по классификации TAML: в случае строительства многоствольной скважины с применением технических решений, предложенных по прототипу, интервал стыка будет не обсажен и ограничена возможность доступа в боковой ствол по причине риска обрушения породы в интервале между «окном» в материнской колонне и «головой» (верхней секцией) хвостовика бокового ствола.

Технической задачей настоящего изобретения является организация в многоствольной скважине стыка не ниже третьего уровня сложности по классификации TAML с минимизацией рисков при его формировании.

Поставленная техническая задача решается способом строительства многоствольной скважины, включающим бурение основного ствола скважины от поверхности земли до пласта, забуривание бокового ствола из ранее пробуренного основного ствола, по завершении его бурения спуск в боковой ствол обсадной колонны, оборудованной в верхней части узлом для формирования многоствольного «стыка» не ниже третьего уровня сложности по классификации TAML, при этом забуривание бокового ствола ведут из ранее обсаженного эксплуатационной колонной и зацементированного основного ствола скважины, вскрывая боковым стволом интервалы неустойчивых отложений, склонных к обсыпанию и обвалам, и нижележащей зоны с неосыпающимися породами со вскрытием продуктивного пласта и последующим проведением комплекса геофизических исследований, осуществляют спуск в боковой ствол обсадную колонну, выполняемую из нижней секции и по меньшей мере одной верхней секции, и спускают посекционно, при этом нижняя секция оборудована приемным переходником-разъединителем для соединения с последующей секцией, а верхняя секция имеет длину, определяемую исходя из фактической глубины спуска предыдущей секции и фактического интервала отфрезерованного в колонне «окна», выполнена такого же или большего диаметра и включает по меньшей мере одну обсадную трубу, оборудованную в нижней части узлом для соединения с предыдущей секцией, находящейся в скважине, а верхняя оборудована в верхней части либо приемным переходником-разъединителем для соединения с последующей секцией, либо узлом для формирования многоствольного стыка не ниже третьего уровня сложности по классификации TAML.

Новым является то, что в заявляемом способе совокупно реализуются решения:

1) Отличающиеся от традиционных способов формирования многоствольных стыков тем (патенты РФ №2319826, 2074944, 2436925), что спуск обсадной колонны осуществляют секционно (первой и как минимум второй секцией), что позволяет минимизировать риски с недоспуском колонны, в частности, в сложных горно-геологических условиях бурения, например, при наличии недоспуска колонны первой секции в оперативном порядке изменяя длину последующих секций (либо секции) с таким расчетом, чтобы установить узел для формирования многоствольного «стыка» в требуемом интервале.

2) Отличающиеся от традиционных способов секционного спуска обсадных колонн (патенты РФ №2531409), применяемых в стандартных скважинах тем, что в верхней части секции, спускаемой в последнюю очередь, установлен узел для формирования многоствольного стыка не ниже третьего уровня сложности по классификации TAML, обеспечивающим механическую или гидравлическую изоляцию интервала многоствольного «стыка».

В настоящее время из общедоступных источников научно-технической и патентной информации нам не известны способы строительства многоствольной или многозабойной скважины, которые вместе с известными существенными признаками содержали бы в себе предложенную нами, изложенную выше новую совокупность существенных признаков, как в заявляемом способе строительства многоствольной скважины.

Для осуществления способа используют стандартное типовое оборудование для секционного спуска, в сочетании с системами для формирования многоствольного стыка не ниже третьего уровня сложности по классификации TAML.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

После заканчивания ранее пробуренного ствола 1, зацементированного либо оборудованного фильтровыми элементами, либо хвостовиком 2 с комплексом технических устройств для обеспечения улучшенной гидродинамической связи забоя скважины с продуктивной частью пласта (например, с возможностью проведения многостадийного гидроразрыва), в колонне основного ствола 3 с целью изолирования нижерасположенной части ствола от интервала вырезки «окна» в колонне основного ствола устанавливают изолирующее устройство 4, например мостовую пробку. Над изолирующим устройством устанавливают отклоняющий клин 5, например съемный (извлекаемый), для выполнения проема в колонне основного ствола скважины, например, посредством вырезания «окна» 6 (Фиг. 1).

Из интервала проема 6 производят забуривание бокового (дополнительного) ствола 7 с последующей подготовкой ствола и секционным спуском хвостовика в пробуренный ствол с количеством секций хвостовика два и более. В качестве примера осуществляют спуск фильтровой части (первой секции) 8 в интервал горизонтального участка 9 с перекрытием первой секцией интервалов потенциальных осложнений ствола, причем в верхней части первой секции размещают пакер заколонный 10, выше него - разъединитель 11 и установочный инструмент 12, закрепленный на транспортировочном инструменте 13 (Фиг. 2). Выполняют отсоединение установочного инструмента 12 от первой секции, например, посредством сброса шара, устанавливаемого при продавливании раствором в заколонном пакере 10 и инициирующего последовательное срабатывание заколонного пакера 10 и разъединителя 11 при повышении давления активации. При последующем повышении давления установочный инструмент 12 отсоединяют от разъединителя 11 и извлекают на поверхность при подъеме транспортировочного инструмента 13.

Вторая секция хвостовика 14 в нижней части имеет соединительную муфту 15 для вхождения в узел разъединителя первой секции, а в случае необходимости цементирования второй секции - оснастку для манжетного цементирования 16 (обратный клапан, заколонный пакер - манжету, гидравлически активируемое цементировочное окно) над соединительной муфтой 15. Верхняя часть данной секции хвостовика оборудована техническими средствами для формирования многоствольного стыка не ниже третьего уровня сложности по классификации TAML, например обсадными трубами из легкоразбуриваемого материала 17 (в качестве примера, сплав Д16-Т), соединенной с установочным инструментом 18. В остальной части обсадные колонны состоят из стандартных труб. При этом длину второй секции хвостовика 14 выбирают исходя из фактической глубины размещения «головы» первой секции хвостовика 2, что позволяет точно позиционировать интервал технических средств для формирования многоствольного стыка не ниже третьего уровня сложности по классификации TAML, например, обсадными трубами из легкоразбуриваемого материала 17, в верхней части верхней секции и сформировать многоствольный стык в интервале вырезанного «окна» 6.

Спуск второй секции 14 завершают установкой соединительной муфты 15 в разъединителе 11 первой секции, при этом с колонной основного ствола скважины формируют стык не ниже третьего уровня сложности по классификации TAML. Например, в рассматриваемом варианте - обсадные трубы из легкоразбуриваемого материала в верхней части секции 17 частично размещают ниже «окна» 6 и частично выше «окна» 6 в интервале колонны основного ствола скважины 3. После соединения двух секций установочный инструмент 18 отсоединяют от верхней секции хвостовика. При необходимости цементирования затрубного пространства хвостовика отсоединение происходит после цементирования секции, например, сбросом инициирующего шара и повышением давления активируется оснастка для манжетного цементирования 16 (заколонный пакер-манжета, цементировочное окно над манжетой), и производят манжетное цементирование верхней секции хвостовика 14, при получении давления «СТОП» установочный инструмент 18 отсоединяют от верхней части верхней секции 14, например, механическим отворотом. Далее выполняют вымыв излишков цементного раствора над верхом второй секции. После набора цементным камнем 19 достаточной прочности (завершения ОЗЦ) цементный стакан над верхней частью второй секции нормализуется до глубины начала верхней секции 17, выполняют разбуривание внутренней оснастки верхней секции хвостовика 19 (стоп-кольцо, цементный стакан, обратный клапан), освоение бокового ствола, включающее, при необходимости, мероприятия по обеспечению улучшенной гидродинамической связи забоя скважины с продуктивной частью пласта (Фиг. 3) с последующим глушением бокового ствола. Далее осуществляется спуск жесткой компоновки с не менее двумя центрирующими элементами, с корончатым фрезом с внутренним колоколом, посредством данной компоновки обуривают часть обсадной трубы из легкоразбуриваемого материала 17, выходящую в основной ствол и отклоняющий клин 5 (колокол для фиксирования клина при подъеме обуренного инструмента). После извлечения отклоняющего клина 5 разбуривают или извлекают изолирующую мостовую пробку 4, тем самым завершая формирование многоствольного стыка 4 уровня сложности по классификации TAML (Фиг. 4).

Следует отметить, что описание в данном документе относится к формированию многоствольного стыка с применением определенной последовательности работ при секционном спуске колонны и строительстве двухствольной скважины, представленной выше, но подход может быть повторен для случаев другой очередности мероприятий по формированию многоствольного стыка и обеспечению улучшенной гидродинамической связи забоя скважины с продуктивной частью пласта в стволах (например, с возможностью проведения солянокислотной обработки, многостадийного гидроразрыва и т.д.), для случаев применения других технических средств и технологий формирования многоствольных стыков не ниже третьего уровня сложности по классификации TAML, в том числе с большим количеством боковых стволов и большим количеством секций спускаемого хвостовика, в том числе цементируемых и нецементируемых, достаточных для качественного формирования и заканчивания многоствольной скважины.

Предложенный способ строительства был успешно апробирован при заканчивании бокового ствола многоствольной скважины №4548Г куста №258 Тевлинско-Русскинского месторождения (в рамках апробирования предложенного способа). При бурении бокового ствола с горизонтальным окончанием было получено осложнение, связанное с разбуханием и вываливанием пород, слагающих покрышку целевого пласта.

Работы по подготовке ствола к креплению бокового ствола выполнялись 10 суток - произвели калибровку открытого ствола скважины компоновкой с долотом и тремя калибраторами до забоя, шаблонировку ствола компоновкой, имитирующей планируемый хвостовик до глубины 3102 м (непроход КНБК), повторную калибровку ствола с КНБК и повторную шаблонировку компоновкой, имитирующей хвостовик (2 раза). На протяжении всего времени проведения подготовительных работ к креплению бокового ствола наблюдались посадки/затяжки.

В процессе спуска в боковой ствол хвостовика 0114 мм в интервале 3491-3494 м получена посадка с полной разгрузкой инструмента. Произведены работы по установке нефтяных ванн, попытки расхаживания колонны, перевод скважины на нефть, компрессирование, ГИС. После семи суток работ по освобождению хвостовика проведено разъединение подвески хвостовика, подъем инструмента, принято решение о перебуривании бокового ствола. Продолжительность работ по ликвидации брака с установкой цементного моста, перебуриванием части ствола и подготовки ствола к спуску хвостовика составила 928 часов (39 суток).

В целях исключения повторного брака (невозможности формирования многоствольного стыка по причине недоспуска хвостовика) в дальнейшем на данной скважине было принято решение о реализации предложенного в заявке способа формирования многоствольного стыка - спуск хвостовика выполнен в две секции успешно с первого раза, без осложнений. Продолжительность работ по спуску двух секций с цементированием верхней секции и подъемом транспортировочного инструмента составила 99 часов (4 суток).

В случае неиспользования заявляемого способа в скважине отсутствовала бы возможность формирования многоствольного стыка по причине отсутствия возможности спуска хвостовика на требуемую глубину, т.е. цель бурения была бы нереализована.

Таким образом, использование заявленного способа позволило сократить время работ, связанных с креплением хвостовика в условиях осложненного бокового ствола, в 9 раз, и на практике подтверждает свою эффективность при строительстве многоствольных скважин.

Использование предложенного способа повышает качество строительства многоствольных скважин не ниже третьего уровня сложности по классификации TAML и может использоваться как в случаях цементируемых, так и нецементируемых секций хвостовика бокового ствола; как с установкой дополнительного внутрискважинного оборудования, так и без него. Минимизируется риски получения брака при строительстве многоствольных скважин, обусловленные недоспуском хвостовика по геологическим или иным причинам.

Способ строительства многоствольной скважины, включающий бурение основного ствола скважины от поверхности земли до пласта, забуривание бокового ствола из ранее пробуренного основного ствола, по завершении его бурения спуск в боковой ствол обсадной колонны, оборудованной в верхней части узлом для формирования многоствольного «стыка» не ниже третьего уровня сложности по классификации TAML, отличающийся тем, что забуривание бокового ствола ведут из ранее обсаженного эксплуатационной колонной и зацементированного основного ствола скважины, вскрывая боковым стволом интервалы неустойчивых отложений, склонных к обсыпанию и обвалам, и нижележащей зоны с неосыпающимися породами со вскрытием продуктивного пласта и последующим проведением комплекса геофизических исследований, осуществляют спуск в боковой ствол обсадную колонну, выполняемую из нижней секции и по меньшей мере одной верхней секции, и спускают посекционно, при этом нижняя секция оборудована приемным переходником-разъединителем для соединения с последующей секцией, а верхняя секция имеет длину, определяемую исходя из фактической глубины спуска предыдущей секции и фактического интервала отфрезерованного в колонне «окна», выполнена такого же или большего диаметра и включает по меньшей мере одну обсадную трубу, оборудованную в нижней части узлом для соединения с предыдущей секцией, находящейся в скважине, а верхняя оборудована в верхней части либо приемным переходником-разъединителем для соединения с последующей секцией, либо узлом для формирования многоствольного стыка не ниже третьего уровня сложности по классификации TAML.