Развитие технологии управляемого роторного бурения при строительстве скважин с субгоризонтальным профилем

Традиционные методы наклонно-направленного бурения с использованием винтовых забойных двигателей зачастую приводят к увеличению неоднородности ствола скважины при переходе от ориентированного к роторному бурению. Благодаря использованию управляемой роторной системы осуществляется непрерывное вращение бурильной колонны, что способствует значительному снижению локальной интенсивности искривления ствола скважины. Также возрастает эффективность управления траекторией при одновременном увеличении продолжительности рейсов и механической скорости бурения. Непрерывное вращение всей бурильной колонны значительно улучшает очистку ствола и снижает вероятность прихватов, а также позволяет вести непрерывные геофизические измерения в процессе проходки ствола.

Ключевые слова: роторная управляемая система, бурение, винтовые забойные двигатели.

Технологии наклонно-направленного бурения и измерений в процессе бурения обеспечили гораздо более высокую степень контролируемости траектории. Методы бурения также постоянно совершенствовались за счет синхронизации по времени, подбора долот, оптимизации нагрузки на долото, более эффективных методов очистки скважины.

Появление управляемых роторных систем бурения дополняет этот арсенал усовершенствований, появившихся за последнее десятилетие. При этом технология управляемого роторного бурения (УРБ) продолжает развиваться. Новейшие системы УРБ облегчают бурение протяженных горизонтальных участков, обеспечивая полный контроль направления, возможность бурения в сложных условиях в рыхлых и неустойчивых породах. Кроме обеспечения возможности проведения сложных и специальных буровых операций, системы роторного управляемого бурения повышает эффективность обычных буровых работ.

Существуют различные модификации системы для широкого диапазона диаметров ствола. Все они обеспечивают высочайшее качество ствола и эффективную очистку скважины при непрерывном вращении системы, что снижает риск прихвата и предоставляет возможность поддерживать высокую скорость проходки. [2]

Рис.1. Автоматическая роторная система

Система УРБ снабжена трехосевой системой датчиков, регистрирующих любые отклонения от заданной траектории, а также азимут и величину отклонения. При возникновении отклонения система автоматически определяет направление, необходимое для возврата к вертикали. Возврат осуществляется с помощью отклонителей, отталкивающихся от стенок скважины. Именно такой режим исключает необходимость контроля и регулировки работы системы с поверхности. [4]

Работа системы также не зависит от наличия системы измерений зенитного угла и азимута в процессе бурения. Тем не менее, использование несложной системы для измерения зенитного угла в процессе бурения обеспечивает возможность получения данных об отклонении ствола в режиме реального времени.

Рис. 2. Схема контрольного блока

Скорость вращения может регулироваться для обеспечения оптимальной эквивалентной плотности раствора и параметров очистки скважины. Вращение всех компонентов обеспечивает высокую эффективность очистки и позволяет достичь оптимальной эквивалентной плотности раствора даже при бурении вертикальных скважин, когда мощности насосов имеют ограничения по давлению. Эти факторы играют важную роль при бурении глубоководных скважин, где возможны ограничения по удельному весу бурового раствора, а также при проходке напряженных, трещинноватых или неустойчивых пород.

Данная система обеспечивает также высокую точность размещения скважины, высокое качество ствола, высокую скорость проходки и эффективную очистку скважины. Помимо повышения эффективности бурения при использовании системы возможно сокращение численности буровой бригады, что позволяет снизить затраты и создает дополнительные преимущества при ограниченной площади буровой площадки.

Использование управляемых роторных систем для бурения скважин с большими отходами от вертикали позволило компании «Сахалинморнефтегаз» (СМНГ; дочерняя фирма компании «Роснефть») улучшить показатели производительности бурения и качество ствола по сравнению со скважиной, пробуренной по обычной технологии с использованием винтового забойного двигателя. Бурение скважин производилось с наземной кустовой площадки, расположенной на севере острова Сахалин. В соответствии с техническим заданием горизонтальное смещение точки входа в пласт составляло 4000м от побережья острова.

При бурении было задействовано 2 типоразмера управляемой роторной системы PowerDrive Xtra: диаметром 9 и 6³/₄ дюйма (228,6 и 171,45 мм). Эффективность бурения в секции 12¹/₄ дюйма (311 мм) повысилась на 41 %, при этом время на проработку и калибровку ствола скважины сократилось на 38 %. Суммарная локальная интенсивность искривления ствола скважины была снижена более чем на 30 % по сравнению с интенсивностью, полученной при использовании винтового забойного двигателя. На рисунке 3 представлен профиль скважины 216 пробуренной с использованием системы Power Drive Xtra.

Рис. 3. Профиль скважины 216

Бурение скважины 216 производилось с кустовой площадки, горизонтальное смещение точки входа в пласт составило 4000м от побережья. Использование системы PowerDrive Xtra обеспечило эффективное управление траекторией и высокую степень очистки ствола скважины, а также снижение момента вращения бурильной колонны. Благодаря применению системы PowerDrive Xtra удалось добиться значительного уменьшения числа «затяжек», что в дальнейшем способствовало успешному спуску обсадной колонны. При этом затраты времени на ориентированное бурение с винтовым забойным двигателем были полностью исключены. [4]

В результате применения системы PowerDriveXtra на скважине 216, специалисты предприятия «Сахалинморнефтегаз» (СМНГ; дочерняя фирма компании «Роснефть») отметили:

-          Эффективность бурения повысилась на 41 %

-          Сократилось время на проработку и спускоподъемные операции на 38 %

-          Непрерывное вращение бурильной колонны позволило добиться сглаженной траектории скважины

-          обеспечение эффективного управления траекторией и высокую степень очистки ствола скважины

-          снижение момента вращения бурильной колонны

В настоящее время в нашей стране наблюдается тенденция смены привычных способов на новые, более экономичные системы. Возможно, это станет отправной точкой нового этапа в процессе развития российского бурения. И через несколько лет данные технологии станут привычными для российских специалистов в области бурения нефтяных и газовых скважин.

Литература:

1.                 Rotary Steerable Drilling Systems Directory. Offshore, April 2009, pp. 84–89

2.                 SPE 87168. U.Hahne, G.Risdal, J.Ruszka, L. S. Wahlen. Integrated BHA concept of the latest generation rotary closed-loop system for hole sizes from 5 7/8” to 18 ј”. Paper pre-sent-ed at thw IADC/SPE Drilling Conference held in Dallas, Texas, U. S. A., 2–4 March 2011;

3.                 R.Vigheto, M.Naegel, E.Pradie. Total drills extended-reach record in Tierra del Fu-ego. Oil & Gas Journal, May 17, 1999, pp. 51–52, 54–56;

4.                 Oil Review Autumn 2012;