Основные принципы бурения скважин на обсадных трубах

 

Система бурения на обсадных трубах (casing while drilling – CWD) – один

из наиболее прогрессивных методов бурения скважин, в котором обеспечивает-

ся предупреждение осложнений в стволе скважины за счёт одновременного бу-

рения и обсаживания ствола скважины обсадными трубами непосредственно в

процессе бурения [22].

Проведённая широкая программа испытаний системы показала эффек-

тивность её применения, как в вертикальных, так и в наклонно направленных и

горизонтальных скважинах. Преимуществами технологии являются: сокраще-

ние количества спускоподъёмных операций, возможность разбуривания труд-

нопроходимых зон с переходным давлением и истощенных зон, а также уско-

рение бурения при пониженном забойном давлении.

В этом случае нет необходимости поднимать бурильные трубы в вышку,

подготавливать условия в скважине и поднимать долото на поверхность, преж-

де чем спускать обсадную колонну в скважину – всё это обеспечивает сокраще-

ние времени использования буровой установки.

В технологии используются уникальные буровые установки и скважин-

ное оборудование, работающее как интегрированная комплексная буровая сис-

тема, в которой для передачи механической и гидравлической энергии на доло-

то применяются стандартные промысловые обсадные трубы. Необходимость в

спускоподъёмных операциях с традиционно применяемой бурильной колонной

отпадает благодаря использованию компоновок нижней части бурильной ко-

лонны, спускаемых на кабеле и соединяющихся с обсадной колонной с помо-

щью анкерной уплотнительной сборки.

Обсадную колонну можно использовать в качестве всей бурильной ко-

лонны или части её различными способами, однако эти системы можно харак-

теризовать как извлекаемые или неизвлекаемые.

Неизвлекаемая система предполагает возможность бурения хвостовиком

или обсадной колонной с использованием фиксированного долота. Это долото

может быть разбуриваемое или обычное долото, оставляемое в скважине на ко-

нечной глубине.

Извлекаемые системы позволяют заменять долото и забойные компонов-

ки без подъёма обсадной колонны на поверхность. Использование извлекаемой

системы – это альтернатива бурению наклонно направленных скважин по стан-

дартной технологии.

 

59

 

В этом случае нет необходимости извлекать дорогостоящее оборудование

для наклонно направленного бурения и ориентирования долота, заменять неис-

правное оборудование до того, как будет достигнута проектная глубина уста-

новки обсадной колонны.

 

 

3.1.1 Оборудование и забойные компоновки нижней части бурильной колонны

при бурении на обсадных трубах

В извлекаемой CWD-системе используется скважинное и поверхностное

оборудование, которое позволяет применять стандартные нефтепромысловые

обсадные трубы в качестве бурильной колонны, так что скважину одновремен-

но бурят и обсаживают [23]. Забойную компоновку можно заменить без подъё-

ма обсадной колонны.

Извлекаемый на канате забойный инструмент (рис. 3.1) подвешивается в

профильном ниппеле в башмаке нижней части обсадной колонны (рис. 3.2).

Верхним элементом забойной компоновки, является буровой замковый узел

(drill lock assembly – DLA), который облегчает присоединение к профильному

ниппелю.

Обсадную колонну вращают с поверхности, а закачиваемый буровой рас-

твор движется вниз внутри обсадной колонны и поднимается к устью по коль-

цевому пространству за обсадной колонной.

Забойный инструмент (компоновка нижней части бурильной колонны)

содержит рычажный расширитель и заканчивается пилотным долотом. Но в не-

го могут быть включены и другие обычные компоненты бурильной колонны,

такие как гидравлический забойный двигатель, стабилизаторы, УБТ, инстру-

менты измерения или каротажа во время бурения. Пилотное долото выбирают

по размеру в расчёте на прохождение через обсадную колонну.

Рычажный расширитель увеличивает диаметр ствола до обычного разме-

ра, получаемого при бурении под конкретную обсадную колонну. Рычажный

расширитель можно располагать непосредственно над долотом или выше дру-

гих элементов, спускаемых в пилотный ствол.

Верхний силовой привод обеспечивает вращение обсадной колонны для

бурения, а также используется для создания вращающего момента при свинчи-

вании или развинчивании колонны.

 

 

60

 

Стопорный захват

Транспортировочная

сборка для КНБК

Осевой

замок

 

Якорь крутящего

момента

Можно установить

ТБ или УБТ

 

Расширитель

Долото

 

Анкерная и уплотнительная сборка (встроенный байпас)

 

Рисунок 3.1 – Забойный инструмент (транспортируемая на кабеле КНБК)

 

Колонна

 

Центраторы

 

Муфта-замок

 

Муфта-фиксатор

 

Башмак

крутящего момента

 

Рисунок 3.2 – Сборка обсадной колонны

 

Обсадную колонну обычно вращают при осуществлении всех операций,

за исключением бурения с использованием забойного двигателя или двигателя-

отклонителя для ориентируемого бурения. Забойный двигатель можно также

использовать для вращения забойной компоновки, когда применяется роторная

управляемая система (RSS). При этом можно минимизировать частоту враще-

ния обсадной колонны.

Обсадная колонна присоединяется к верхнему приводу через систему бы-

строго подключения без свинчивания с резьбовым соединителем. Оснастка

включает плашечный узел для захвата труб изнутри или снаружи (в зависимо-

сти от диаметра труб) и внутреннюю труболовку, которая обеспечивает жидко-

стное уплотнение труб. Она работает вместе с системой управления верхнего

привода. Эта система быстрого подключения ускоряет работу с обсадной ко-

лонной и предотвращает повреждение резьбы, обеспечивает вращение колонны

при одновременной циркуляции и адаптируется под любой верхний привод.

Устраняется необходимость в стандартном оборудовании для спуска колонны,

таком как приводной ключ, элеватор, приподнятая площадка, устройство для

долива раствора.

Сегодня существует два разных типа оборудования для вращения и рас-

хаживания колонны. Внутреннее устройство для вращения и расхаживания ко-

лонны (рис. 3.3 а) с диапазоном диаметра 244,4-508 мм и наружное устройство

(рис. 3.3 б) для колонн размером от 89 мм до 223,3 мм. Устройство включает:

стандартное соединение с правой резьбой, полная длина которого около

3000 мм; раздвижной захват; уплотнительную манжету и направляющую во-

ронку внизу.

Шарнирно-отклоняющиеся штропы устраняют необходимость в исполь-

зовании обыкновенного элеватора. Штропы гидравлически управляются с уст-

ройства верхнего привода. В системе используются одноштропный элеватор и

независимый гидравлический силовой модуль. Выдвижной штроп пригоден для

рабочих площадок различной конфигурации и может, в принципе, использо-

ваться как с гидравлическим, так и с ручным элеватором.

Для улучшения эффективности используется система регистрации мо-

мента Torque Turn. Одноштропные гидравлические элеваторы рассчитаны на

5,4 тонны и предназначены для труб диаметром от 114 мм до 244 мм. Что каса-

ется безопасности, у них имеется блокировка с датчиком нагрузки. То есть, ес-

ли элеватор защелкнут на колонне, он не откроется произвольно. Гидравличе-

ская силовая установка расходует 22 литра в минуту при 136 атмосферах. Она

независима, автономна, мобильна и безопасна для окружающей среды.

 

 

62

 

 

Стандартное соединение

с правой резьбой

 

Гидравлический привод

 

Раздвижной захват

 

а)

 

 

Уплотнительная манжета

 

б)

 

Направляющая воронка

 

 

Рисунок 3.3 – Устройство для вращения и расхаживания колонны:

а) внутреннее (244,4-508,0 мм); б) наружное (89,0-223,3 мм)

 

Система регистрации уровня момента – это система, которая использует

два компонента: систему регистрации момента Torque Turn и ноутбук. С их по-

мощью можно контролировать крутящий момент, а также видеть отношение

текущего уровня момента к числу оборотов. Также используются колонные

центраторы, которые функционируют как калибрующие устройства и как цен-

траторы для улучшения качества цементирования.

Обсадные трубы со стеллажа по отдельности подаются к V-образному

проёму, откуда они захватываются элеватором, входящим в систему. Труба пе-

реводится в вертикальное положение при подъёме верхнего привода, стыкуется

с верхней трубой обсадной колонны, подвешенной к столу ротора, захватыва-

ется быстро устанавливаемыми плашками, свинчивается при заданном вра-

щающем моменте и затем используется для бурения обычным образом.

Извлекаемые забойные компоновки были использованы для проводки бо-

лее 300 000 метров ствола – это 300 интервалов установки обсадных колонн.

Компания Conoco Phillips пробурила примерно 80% этих скважин. Сравнитель-

но небольшое число интервалов крепления обсадными трубами (13 интервалов)

приходится на наклонно направленные скважины, пробуренные с использова-

нием извлекаемых управляемых забойных двигателей или RSS методом CWD с

 

63

 

помощью 7 (178 мм) и 9 5/8–дюймовых (245 мм) обсадных колонн, однако в

большинстве случаев эффективность бурения с забойным двигателем оказалась

низкой. Поэтому в большинстве случаев для проводки направленных скважин

стараются использовать роторную управляемую систему для увеличения эф-

фективности работы при бурении на обсадных трубах.

 

 

3.1.2 Особенности работы забойными двигателями при бурении

на обсадных трубах

Поскольку обсадная колонна имеет диаметр, превышающий диаметр бу-

рильных труб, она растягивается (удлиняется) гораздо сильнее, чем бурильная ко-

лонна. В результате образуется система с положительной обратной связью, кото-

рая затрудняет работу забойного двигателя. Во время бурения на обсадных трубах

кривая «вращающий момент – давление», имеет крутопадающий характер.

При первых попытках осуществления наклонно направленного бурения

на обсадных трубах с использованием гидравлического забойного двигателя-

отклонителя столкнулись с многочисленными проблемами. Для того чтобы за-

бойный двигатель при спуске проходил в 178 мм обсадную колонну, он должен

быть на один размер меньше, чем требовалось бы. Это приводит к низкой

скорости проходки, ставшей причиной неэффективности работ и повышенных

затрат. Эти проблемы в меньшей мере проявились и при бурении на 245 мм

обсадной колонне, когда мощность гидравлического забойного двигателя была

менее ограниченной.

 

 

3.1.3 Применение роторной управляемой системы при бурении

на обсадной колонне

Испытание технологии бурения на обсадных трубах с роторной управ-

ляемой системой была проведены на месторождении Лобо для бурения наклон-

но направленной скважины по четырёхинтервальному профилю. В проектной

траектории предусматривалось увеличение зенитного угла до 29° с последую-

щим его уменьшением. Траектория должна была следовать в обход сущест-

вующей добывающей скважины, чтобы избежать пересечения с ней, поэтому на

глубине 640 метров предусмотрен поворот ствола на 100° от первоначального

азимута. Таким образом, проектная траектория представляет собой сложную

пространственную кривую.

 

 

64

 

Буровой

замковый узел

 

 

Внутренний

сдвоенный

стабилизатор

 

Верх забойного

двигателя

 

Башмак обсадной

колонны

диаметром 7 5/8 “

Замковая муфта

для подсоединения

бурового инстру-

мента к забойному

двигателю

Переводник с дат-

чиком вибрации

Рычажный

расширитель

диаметром 9 7/8”

 

Внешний

сдвоенный

стабилизатор

 

Состав забойной компоновки для бурения

ствола диаметром 178 мм приведён на рисун-

ке 3.4. Она имеет длину 40 метров с выступаю-

щей на 25,5 метров частью ниже башмака

178 мм обсадной колоны. Внутри обсадной ко-

лонны располагается буровой замковый узел

(DLA). Ниже него находится сдвоенный стаби-

лизатор для центрирования обсадной колонны.

Каждый из них снабжён двумя центрирующими

лопастными секциями, которые имеют калибро-

ванный диаметр 155,6 мм, что обеспечивает их

прохождение в 178 мм колонне. Эти стабилиза-

торы рассчитаны на гашение большей части

вибраций при бурении, что снижает износ DLA.

Гидравлический забойный двигатель на-

ходится ниже сдвоенного стабилизатора и имеет

сравнительно большой (152 мм) диаметр.

Рычажный расширитель размещается не-

посредственно ниже забойного двигателя, обес-

печивая расширение пилотного ствола до

225,4 мм. При остановке насосов рычаги расши-

рителя втягиваются, так чтобы максимальный

диаметр

инструмента

был

немного

менее

155,6 мм. Для возможности извлечения на по-

верхность все элементы забойной компоновки

должны быть меньше внутреннего диаметра об-

Система измерения

в процессе бурения

 

 

Роторная

управляемая

система

Долото с поликри-

сталлическими

алмазами

Рисунок 3.4 – Забойная

компоновка для наклонно

направленного бурения

на обсадных трубах

садной колонны.

Бурение под 178 мм ствол началось на глу-

бине 390 м, резкое изменения направления ствола

находилась на отметке 640 м. При проводке 178

мм наклонно направленного ствола методом CDD

были использованы 132 обсадные трубы.

К поверхностному оборудованию, приме-

няемому при бурении обсадными трубами, от-

носятся установка для спуска на канате забой-

ной компоновки и шкив кронблока, система

плашечных превенторов для каната, раздвоен-

ный талевый блок и верхняя система привода

для вращения обсадной колонны.

 

65