VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Аннотация

В настоящее время добывающими компаниями осуществляется множество проектов по разработке месторождений с трудноизвлекаемыми запасами, где геологические цели становятся все меньше, в то время как сетка разработки все более уплотненной, и расстояния между стволами скважин минимизируются. Также для наиболее эффективного извлечения производится бурение горизонтальных скважин, отводы от устья которых достигают 10 км.Данные проекты требуют высокой точности определения положения скважин в пространстве и, соответственно, совершенно нового подхода к выполнению инклинометрических измерений.

Актуальность

Существует назревшая необходимость в способах бурения скважин, например пары скважин, в непосредственной близости друг к другу. Выравнивание второй скважины относительно первой скважины вызывает трудности. Траектория бурения второй скважины может быть задана с обеспечением прохождения в пределах нескольких метров, например 4-10 м, от первой скважины и удерживаться в пределах допуска, например, плюс-минус 1 м от заданной траектории бурения. Необходимы способы и установки для управления бурением, обеспечивающие сохранение надлежащего выравнивания траектории бурения второй скважины относительно первой скважины вдоль всей траектории бурения второй скважины.

Решение

Разработаны установка и способ для точного управления траекторией бурения второй скважины с обеспечением надлежащего выравнивания второй скважины относительно первой скважины.[1] В одном варианте выполнения металлическая обсадная колонна в первой скважине проводит переменный ток, который создает переменное магнитное поле в земле, окружающей первую скважину. Это магнитное поле является, по существу, более предсказуемым по величине, чем магнитное поле, созданное исключительно статическими магнитными свойствами первой скважины. Предполагаемая траектория прохождения второй скважины находится в пределах магнитного поля, созданного током в первой скважине и поддающегося измерению. В буровую установку, используемую для управления бурением второго ствола, вводят датчик магнитного поля. Указанный датчик измеряет магнитное поле, созданное переменным током в первой скважине. Измеренные значения напряженности и направления магнитного поля используются для выравнивания траектории бурового снаряда, бурящего ствол для второй скважины.

Указанная установка может использоваться для обеспечения управления траекторией второй горизонтальной скважины, которую бурят рядом с первой горизонтальной скважиной для повышения добычи нефти из подземных резервуаров тяжелой нефти или битуминозного песчаника. Две параллельные скважины могут быть расположены одна над другой и отделены некоторым расстоянием, например, в пределах от 4 до 10 м, на протяжении всего горизонтального сечения пласта тяжелой нефти или природного битума. В одном варианте выполнения указанного способа выполняют управление траекторией бурения, так что вторая горизонтальная скважина проходит на постоянном и небольшом расстоянии от первой скважины, путем создания электрического тока известной величины в металлической обсадной колонне или обсадной трубе (под общим названием «обсадная колонна») первой скважины для обеспечения генерации непрерывного магнитного поля в области вблизи первой скважины и использования инструментов, измеряющих магнитное поле во второй скважине во время бурения, для обеспечения измерения и вычисления точных параметров расстояния и направления относительно первой скважины, так что бурильщик может корректировать траекторию и расположение второй скважины в необходимом соответствии с положением первой скважины.

Данное изобретение также может быть выполнено в виде управляющей установки (рис.1), предназначенной для управления траекторией бурения второй скважины с ее прохождением вблизи первой скважины и содержащей первый токопроводящий путь, проходящий по длине первой скважины, генератор электрического тока, присоединенный к противоположным концам первой скважины для обеспечения подачи тока к указанному первому токопроводящему пути, и датчик магнитного поля, расположенный в пределах бурового снаряда второй скважины для обеспечения определения напряженности и направления электромагнитного поля, созданного током, проходящим по первому токопроводящему пути [1].

На рис.1 схематически изображен типичный план расположения скважин при бурении сдвоенных горизонтальных скважин 1, 2. Бурение указанных скважин может быть выполнено с одной буровой платформы 14, расположенной на поверхности 12 земли, причем бурение второй скважины выполняют из второго положения буровой установки, находящегося на небольшом расстоянии от положения, в котором выполнялось бурение первой скважины. После выполнения первоначального, по существу, вертикального бурения увеличивают углы наклона скважин, пока скважины не займут горизонтальное положение с прохождением в необходимый пласт, например, тяжелой нефти или природного битума. Бурение и обсадку первой скважины 2 обычно выполняют до начала бурения второй горизонтальной скважины 1. Обсадная колонна скважины или обсадная труба со щелевидными отверстиями является металлической и проводит электрический ток. Горизонтальная часть первой скважины может быть расположена ниже второй скважины на несколько метров, например на 4-10 м.

Для определения местоположения траектории скважины и облегчения планирования поверхностного расположения вертикальной скважины 9 малого диаметра, являющейся третьей скважиной, определяют искривление ствола первой скважины. Указанная скважина малого диаметра предпочтительно почти пересекает 8 первую скважину у ее дальнего завершающего конца. Скважина малого диаметра с временно установленной обсадной колонной, предпочтительно выполненной из непроводящего материала, например из ПВХ, должна иметь размер, достаточный лишь для обеспечения вмещения специального электрода 7, опускаемого в положение вблизи дна и около обсадной колонны первой скважины. Вертикальный ствол малого диаметра третьей скважины может иметь такой же размер, как водозаборная скважина, и может проходить на несколько метров глубже первой скважины.

В варианте выполнения, показанном на рис.1, токопроводящий путь между обсадной колонной 6 в первой скважине 1 и электродом в третьей скважине при необходимости может быть улучшен путем закачивания подходящей токопроводящей текучей среды в третью скважину 9. Электрод 7 опускают в вертикальный ствол скважины для обеспечения создания пути тока, проходящего через скважину малого диаметра. Электрод 7 электрически присоединяет обсадную колонну или обсадную трубу 6 первой скважины к токопроводящему пути, например проводу, в скважине 9 малого диаметра. Указанный токопроводящий путь может проходить через землю между электродом 7, идущим от третьей скважины, и дальним концом обсадной колонны 6 первой скважины. При нагнетании токопроводящей текучей среды в землю, расположенную между дальним концом первой скважины и дальним концом третьей скважины, повышается электропроводность этого участка земли, что содействует прохождению тока между электродом 7 и обсадной колонной 6 первой скважины.

Наземный токопроводящий путь, например провода 11, присоединяет наземные концы третьей скважины 9 и обсадной колонны или обсадной трубы 6 первой скважины 1 к электрогенератору 13 переменного тока или другому источнику изменяющегося во времени электрического тока. Провод и электрод 7 в третьей скважине могут опускаться и подниматься с помощью лебедки 10 с глубиномером. Указанная лебедка присоединена к проводу 11 с изоляционным покрытием и содержит катушку изолированного провода, к которой присоединен электрод 7. Лебедка опускает электрод 7 предпочтительно до глубины обсадной колонны первой скважины. Электроэнергия, вырабатываемая генератором, обеспечивает поддержание тока 3, который течет через провод 11, третью скважину 9, электрод 7, обсадную колонну или обсадную трубу 6 первой скважины и возвращается к генератору.

Переменный ток 3 создает электромагнитное поле 5 в земле, окружающей обсадную колонну 6 первой скважины. Характеристики электромагнитного поля, созданного токопроводящим путем, хорошо известны. Напряженность электромагнитного поля 5 пропорциональна переменному току, созданному генератором. Величина тока в обсадной колонне может быть точно измерена, например, с помощью амперметра. Поскольку напряженность магнитного поля пропорциональна току, то существует однозначная взаимосвязь между током, измеренной напряженностью магнитного поля в новой скважине и расстоянием между новой скважиной и обсадной колонной первой скважины. Напряженность и направление магнитного поля указывают на расстояние до обсадной колонны первой скважины и направление к ней [2].

Рис.1 Схематический вид сбоку плана расположения скважин при бурении сдвоенных горизонтальных скважин

Следующий метод [3] предусматривает использование соленоидов для взаимного ориентирования стволов скважин при бурении. Для достижения заявленного технического результата разработан способ измерения расстояния и определения направления между двумя буровыми скважинами, проходящими в геологической среде, при котором устанавливают узел соленоида в первой выбранной точке в первой буровой скважине, причем первая буровая скважина имеет известный угол отклонения от вертикали и известное направление в указанной выбранной точке, размещают датчик магнитного поля во второй выбранной точке во второй скважине, измеряют указанным датчиком векторные составляющие магнитного поля и силы тяжести в указанной второй точке во второй буровой скважине, определяют пространственные координаты указанного датчика магнитного поля во второй точке второй буровой скважины, оснащают узел соленоида электронной схемой, выполненной с возможностью работы в режиме активного ожидания указанного пускового сигнала таким образом, что при получении пускового сигнала она начинает пропускать по соленоиду электрический ток заданной величины с образованием характеристического магнитного поля соленоида заданной величины, действующего в течение короткого промежутка времени, дистанционно подают пусковой сигнал на узел соленоида с образованием узлом соленоида характеристического магнитного поля, обнаруживают характеристическое магнитное поле при помощи датчика магнитного поля во второй точке во второй буровой скважине, определяют расстояние и направление между первой и второй точками по пространственным координатам датчика магнитного поля и по измеренным векторным составляющим во второй точке во второй буровой скважине и, дополнительно, по вышеуказанному характеристическому магнитному полю заданной величины. Также в способе могут определять расстояние между группами пар точек указанных первой и второй буровых скважин и поддерживать постоянными расстояние и направление указанных групп пар точек. Также в способе могут передавать определенные расстояние и направление для сохранения постоянной параллельности между двумя буровыми скважинами [3].

Вывод: В сфере бурения нефтяных и газовых скважин преимущественно используют магнитные маяки и соленоиды. Достоинства первого способа заключается в применении упрощенной конструкции и меньших финансовых затрат, в то время как использование соленоида позволяет создать большее магнитное поле и, соответственно, установить несколько скважин на определенном расстоянии друг от друга. В дальнейшем планируется разработка новых или доработка уже существующих методов ориентации скважин при параллельном бурении с более точной направляющей скважиной, с более экономически выгодным вложением средств.

Список использованных источников:

1. Патент №2 490 448. Устройство для контроля положения ствола горизонтальной скважины. Голодных Евгений Вадимович, Бориков Валерий Николаевич, Федулов Андрей Викторович.

2. Патент №251930. Способ управления траекторией бурения второй скважины с ее прохождением вблизи первой скважины. Уотерс Роберт Л, Мидор Эдвин.

3. Патент № 2468200. Устройство измерения расстояния и определения направления между двумя буровыми скважинами (варианты), способ измерения расстояния и определения направления между двумя буровыми скважинами, узел соленоида устройства измерения расстояния и определения направления между двумя буровыми скважинами. Какс Артур Ф., Питцер Ран.

6

Код для цитирования: Скопировать