Работа корпорации Shell в 70-ых годах показала, что вращение бурильной колонны является главной причиной износа обсадных труб. Так, максимальный износ обсадных труб обычно происходит из-за касания замков бурильных труб с обсадными трубами. Скорость износа в первую очередь зависит от сил контактного давления, длительности контакта в условиях вращения колонны и состояния контактирующих поверхностей (например, бурильных замков). Работа корпорации Еххоп в 80-ых годах показала, что высокосортные обсадные трубы изнашиваются несколько быстрее, чем низкосортные. Следовательно, если износ обсадных колонн имеет большое значение, лучше применять более низкосортные тяжелые обсадные трубы, чем высококачественные легкие.
Силы контактного давления зависят от натяжения бурильной колонны и степени интенсивности резких перегибов в зоне контакта. При увеличении натяжения бурильной колонны или интенсивности резких перегибов ствола силы контактного давления будут увеличиваться. Самым нежелательным сочетанием является большая растягивающая нагрузка на трубы или резкий перегиб ствола в точке, где имеет место интенсивное вращение. Наиболее приемлемым критерием для ограничения износа обсадных колонн в допустимых пределах является ограничение сил контактного давления до уровня максимум 2000 фунт. (8896 Н).
Чтобы уменьшить износ обсадных колонн, следует избегать вращения бурильной колонны, включающей элементы с неровной поверхностью или другими особенностями, которые могут вызвать более быстрый износ обсадных колонн. Например, новые армированные бурильные замки и центраторы (например, при разбуривании обратных клапанов), как известно, вызывают очень быстрый износ обсадных колонн при больших скоростях вращения бурильной колонны. Если нельзя полностью избежать вращения бурильной колонны, следует до минимума снизить скорость вращения.
Программа моделирования бурильной колонны (известная также как программа по расчету крутящих моментов и сил сопротивления колонны ) может также использоваться для прогноза ожидаемых сил контактного давления на обсадные трубы. Если такой анализ показывает, что износ обсадной колонны может быть значительным, необходимо рассмотреть следующие моменты.
Обеспечить в процессе контроля состояния обсадных колонн измерение толщины их стенок.
Проводить базовую радиометрию обсадной колонны перед разбуриванием оснастки. Такие измерения позволяют точно оценить изменения внутреннего диаметра обсадных труб, но не в абсолютных величинах.
Установить в желобе системы циркуляции магниты для определения количества металла от обсадных колонн.
Вести запись данных о скорости и времени вращения бурильной колоны. Использовать эги сведения в сочетании с оценкой сил контактного давления для оценки износа обсадной колонны.
Использовать защитные кольца для бурильных труб.
Проанализировать конструкцию скважины с учетом влияния износа обсадных труб на разрыв внутренним давлением, смятие и совместное действие изгиба и растяжения.
В некоторых случаях участки набора зенитного угла на большой глубине во время бурения горизонтального участка не будут полностью обсаживаться. Если породы достаточно прочны, башмак последней обсадной колонны может быть установлен при зенитном угле скважины порядка 75 град. Тогда последний криволинейный участок вплоть до горизонтального будет оставаться открытым. В этом необсаженном участке будет возможна эрозия ствола, что приведет к критическому положению в связи с большой продолжительностью вращения и относительно высокими контактными усилиями. До настоящего времени это не было проблемой. Тем не менее, это объясняет причину того, почему пропластки, склонные к такому разрушению, обычно обсаживаются перед бурением горизонтального участка.
Участки стабилизации зенитного угла
Участки стабилизации зенитного угла являются частями проектного профиля скважины, которые имеют постоянный зенитный угол.
Иногда в них планируются небольшие корректировки азимута (например, для учета ухода скважины вправо при использовании роторных компоновок низа бурильной колонны).
Участки стабилизации зенитного угла могут применяться по разным причинам, включая:
Увеличение горизонтального отклонения для достижения заданной точки входа в пласт
Корректировки неопределенности в глубине по вертикали в точке входа в пласт из-за неопределенности геологических условий
Корректировки траектории скважины
Выполнение требований заканчивания скважин. Например, установка погружного насоса в "прямом" участке, извлечение эксплутационного пакера без чрезмерных крутящих моментов и нагрузок на крюк, успешный спуск гибкой колонны до забоя скважины.
В случаях, когда участок стабилизации зенитного угла используется для исправления неопределенностей в геологических данных или в траектории скважины, его лучше всего располагать как можно ближе к самой решающей части скважины. Другие соображения для выбора положения участка стабилизации зенитного угла включают значения этого угла, под которым он расположен. Например, проектирование участка стабилизации зенитного угла при минимально возможном угле приведет к минимальному весу бурильной колонны, воспринимаемому стенкой скважины. Это снижает крутящий момент и усилия на крюке при подъёме, а также износ обсадных колонн. Другим моментом является промывка скважины. Так как самые плохие условия для очистки скважины имеют место в диапазоне зенитных углов 35-550, следует избегать участков стабилизации в этом диапазоне зенитных углов в случае наличия проблем с промывкой скважины. Наконец, практические соображения, например, по поводу возможности полного раскрытия лопастей раздвижного расширителя при 6ольших зенитных углах скважины может повлиять на проектирование участка стабилизации зенитного угла.
В некоторых случаях для решения нескольких задач может применяться несколько участков стабилизации зенитного угла. Например, первый участок стабилизации может проектироваться для увеличения горизонтального отклонения, а второй участок стабилизации может проектироваться для привязки неопределенностей к геологическим реперам.
Неточности в определении глубины продуктивного пласта
И геологических реперов
С точки зрения вскрытия намеченного объекта, самое главное различие между бурением вертикальной и горизонтальной скважин состоит во влиянии ошибок измерений на глубину по вертикали (ТVD). Для вертикальных скважин ошибки в определении глубины по вертикали (ТVD) для вскрытия намеченного объекта менее важны, чем для горизонтальных скважин. Если вскрытие пласта вертикальной скважиной на ожидаемой глубине не происходит, тогда бурение просто продолжается до попадания в намеченный объект. Для горизонтальных скважин ошибки в определении глубины по вертикали (ТVD) являются решающими при определении положения горизонтального участка. Например, если горизонтальный участок проходит выше продуктивного пласта, тогда намеченный объект разработки полностью пропускается. Следовательно, неточность в определении глубины по вертикали (ТVD) сильно влияет на выбор профиля скважины.
Одним из обычных путей снижения неточности в определении глубины по вертикали (ТVD) точки входа в пласт является использование геологических или стратиграфических реперов, которые известны на характерных для ТVD глубинах выше намеченного объекта. Геологическими реперами могут быть:
Кровли пластов горных пород
Характерные аномалии на каротажных диаграммах системы измерений в процессе бурения (МWD) (например, отвечающие глинистым сланцам с высоким сопротивлением) .
Нефтяной контакт
Эти реперы обычно определяются путем анализа графиков каротажа с помощью системы оценки пород и измерений в процессе бурения (FEMWD) или газового каротажа бурового раствора. При прохождении известного геологического репера накопленные ошибки определения глубины по вертикали (ТVD) (например, от неточной инклинометрии) значительно уменьшаются. Это позволяет в процессе бурения точно управлять траекторией горизонтального участка.
Подход горизонтального участка к продуктивному пласту полезно сравнить с посадкой самолета на взлетно-посадочную полосу. Будем рассматривать взлетно-посадочную полосу как намеченный объект на заданной глубине, путь самолета как траекторию скважины, высоту, с которой самолет начинает снижение, как устье скважины, точку соприкосновения с землей как место входа скважины в намеченный объект, пилота как персонал буровой (руководимый представителем фирмы по направленному бурению), принимающий решения в режиме реального времени, а самолетные элероны, закрылки и руль как элементы управления компоновкой низа бурильной колонны (ВНА). Высота самолета в тот момент, когда пилот решает начать посадку, для него очень важна. Точно также ожидаемая глубина по вертикали (ТVD) намеченного объекта полезна бурильщику для составления проекта размещения горизонтального участка скважины в залежи. Однако, пилоту в конце концов для успешной посадки самолета необходима способность измерять, интерпретировать, решать и реагировать соответственно изменению высоты самолета относительно взлетно-посадочной полосы. Аналогичным образом для проводящего работы по направленному бурению необходима способность измерять, интерпретировать, решать и реагировать в соответствии с изменениями профиля скважины относительно глубины по вертикали (ТVD) намеченного объекта. Иначе накопленные ошибки определения глубины по вертикали (ТVD), полученные при суммировании ошибок при геофизических замерах, часто оказываются слишком большими по сравнению с толщиной намеченного к вскрытию объекта.
Представим себе, что пилот начал снижение с высоты 30000фут. относительно взлетно-посадочной полосы с ошибкой в 10 фут., которую он не исправил. Это аналогично тому, что бурильщик пытается провести горизонтальную скважину при глубине продуктивного пласта (TVD) 10000фут., ориентируясь только на поверхность и имея ошибки геофизических измерений глубины, которые больше маломощного нефтяного пласта.
Низкие значения интенсивности набора зенитного угла обычно более удобны для подвода горизонтального участка к залежи. Геологический репер идеально подходит, если он расположен над заданным объектом на расстоянии 100-300 фут. по вертикали, в зависимости от интенсивности набора угла. В этом случае низкая проектная интенсивность набора угла дает больше пространства (и времени) правильно изменить направление скважины, аналогично тому, как пилот делает частые небольшие корректировки курса самолета вместо большого и резкого изменения его курса.
Как упоминалось раньше, решения, принятые во время выхода скважины на горизонтальный участок, требуют сплоченной работы всей бригады, а не только большого индивидуального вклада каждого работника. Значение своевременной и качественной связи переоценить невозможно. Геолог или любой другой специалист, ответственный за попадание скважины в залежь, обязаны бывать на буровой и уполномочены принимать решения на месте.
Ошибки, связанные с методом измерения (по каротажному кабелю, сейсмическими методами или по бурильной колонне) глубины скважины по вертикали до геологического репера, должны быть определены. Они имеют большое значение для удачного проведения горизонтального участка. Ошибки в инклинометрических данных и измерениях глубины, связанные с каротажными замерами на кабеле (или другими методами), независимы друг от друга.
Ошибки в определении глубины скважины по вертикали (ТVD) по данным инклинометрии могут быть оценены с помощью моделей работы инклинометров. Оценки ошибок определения по каротажным измерениям на кабеле могут 6ыть получены у петрофизиков. От них можно перейти к глубине скважины по вертикали (ТVD), учтя зенитный угол во второй степени. Суммарная ошибка определения глубины скважины по вертикали (ТVD) равна квадратному корню суммы квадратов двух независимых ошибок определения глубины скважины по вертикали (ТVD).
Важными моментами при использовании реперов для точной проходки горизонтального участка скважины являются:
Расстояние по вертикали между репером и горизонтальным продуктивным пластом
Неточность в определении привязанной глубины по вертикали (ТVD) относительно истинной толщины продуктивного пласта
Пилотные (предварительно проходимые) стволы
Пилотный (или предварительно проходимый) ствол следует предусматривать в том случае, когда нужно снизить неточность в определении глубины скважины по вертикали (ТVD). Пилотные стволы могут быть очень полезны и в том случае, когда мало известны детали строения залежи. Такими случаями могут быть:
Ненадежность геологических реперов
Относительно малая толщина продуктивного пласта
Скважина должна быть пройдена близко к контакту флюидов
Если ошибки определения глубины скважины по вертикали (ТVD) геофизическими исследованиями, накопленные от поверхности, становятся слишком большими по сравнению с толщиной вскрываемого объекта, следует пробурить пилотный ствол. Проходка пилотного ствола снижает ошибку геофизических измерений глубины скважины по вертикали (ТVD) между пилотным стволом и горизонтальным участком. Это позволяет более точно и уверенно определить положение горизонтального участка. Бурение пилотного ствола снижает неточность в определении глубины скважины по вертикали (ТVD) относительно геологического репера/эалежи/контактов углеводородов.
Пилотный ствол может быть пробурен под любым зенитным углом. Самым дешевым будет вертикапьный ствол, но он даст самую плохую корреляцию с заданной точкой входа в продуктивный пласт для горизонтального участка, так как расстояние по горизонтали между этими точками максимально. Особенности строения залежи являются важными факторами при определении оптимального зенитного угла пилотного ствола. В частности, угол между пилотным стволом (или любой конкретный угол) и горизонтальным участком являются основным фактором в определении относительной разницы глубины залегания продуктивного пласта по вертикали (ТVD) между пилотным стволом и горизонтальным участком. Важным вопросом является то, насколько хорошо известен угол между двумя стволами (например, постоянен ли он?), а не то, каков он на самом деле.
Не которые представления о строении залежи, включая изменения угла падения пласта горных пород, дают результаты сейсморазведки. Однако, точность определения угла падения пласта по сейсмическим данным будет, вероятно, неадекватна требованиям значительного снижения неточности определения ТVD, если расстояние по горизонтали между пилотным и горизонтальным стволами велико. Другим источником являются данные по соседним скважинам, если они пробурены и если в них спускали наклономер.
Другим соображением, касающимся зенитного угла пилотного ствола, является длина ствола, которая должна быть перебурена чтобы вывести ствол на горизонталь после установки цементного моста. Это может быть главным условием в случае плохой буримости пород.
В заключение следует сказать, что пилотные скважины не панацея от всех бед. Однако они могут предотвратить некоторые дорогостоящие ошибки, если их правильно спроектировать и пройти.