Наклонно-направленное бурение

Направленное бурение (или наклонное бурение ) — это метод бурения невертикальных скважин . Его можно разбить на четыре основные группы: наклонно-направленное бурение нефтяных месторождений , наклонно-направленное бурение инженерных сетей, наклонно-направленное бурение (горизонтально-направленное бурение - ГНБ) и поверхность в пласте (SIS), которая горизонтально пересекает цель вертикального ствола для извлечения метана угольных пластов .

История

Многие предпосылки позволили этому набору технологий стать продуктивными. Вероятно, первым требованием было осознание того, что нефтяные или водяные скважины не обязательно должны быть вертикальными. Это осознание происходило довольно медленно и не привлекало внимания нефтяной промышленности до конца 1920-х годов, когда было подано несколько судебных исков, в которых утверждалось, что скважины, пробуренные с буровой установки на одном участке, пересекли границу и проникли в резервуар на соседнем участке. ^{[ нужна ссылка ]} Первоначально были приняты косвенные доказательства, такие как изменения добычи в других скважинах, но такие случаи способствовали разработке инструментов малого диаметра, способных исследовать скважины во время бурения. горизонтально-направленного Установки бурения развиваются в направлении крупномасштабной микроминиатюризации, механической автоматизации, работы с твердыми пластами, контролируемого бурения с превышением длины и глубины. ^[1]

Измерить угол наклона ствола скважины (его отклонение от вертикали) сравнительно просто, достаточно лишь маятника. Однако измерение азимута (направления относительно географической сетки, в котором ствол скважины проходил от вертикали) оказалось более трудным. В определенных обстоятельствах можно использовать магнитные поля, но на них будут влиять металлические конструкции, используемые внутри стволов скважин, а также металлические конструкции, используемые в буровом оборудовании. Следующим достижением стала модификация небольших гироскопических компасов компанией Sperry Corporation , которая производила аналогичные компасы для воздушной навигации. Сперри сделал это по контракту с Sun Oil (которая участвовала в судебном процессе, как описано выше), и была образована дочерняя компания Sperry Sun , бренд которой существует и по сей день. ^{[ когда? ]}^{[ нужны разъяснения ]} поглощена компанией Halliburton . В любой заданной точке ствола скважины измеряются три компонента для определения ее положения: глубина точки по ходу скважины (измеренная глубина), наклон в точке и магнитный азимут в этой точке. Сочетание этих трех компонентов называется «обследованием». Для отслеживания хода и местоположения ствола скважины необходима серия последовательных исследований.

Предыдущий опыт вращательного бурения установил несколько принципов конфигурации бурового оборудования в скважине («нижняя часть бурильной колонны» или «КНБК»), которое будет склонно к «бурению кривой скважины» (т. е. начальные случайные отклонения от вертикали будут увеличены). ). Противоположный опыт также дал первым специалистам по наклонно-направленному бурению («DD») принципы проектирования КНБК и практики бурения, которые помогли приблизить искривленную скважину к вертикали. ^{[ нужна ссылка ]}

В 1934 году Х. Джон Истман и Роман У. Хайнс из Лонг-Бич, Калифорния , стали пионерами наклонно-направленного бурения, когда они и Фэйлинг из Энид, Оклахома , спасли Конро, штат Техас . нефтяное месторождение Джордж Недавно Фэйлинг запатентовал портативный буровой грузовик. Он основал свою компанию в 1931 году, когда соединил буровую установку с грузовиком и механизмом отбора мощности. Нововведение позволило быстро пробурить серию наклонных скважин. Возможность быстрого бурения нескольких аварийных скважин и снижения огромного давления газа сыграла решающую роль в тушении пожара в Конрое. ^[2] , опубликованной в мае 1934 года В статье журнала Popular Science Monthly , говорилось: «Только горстка людей в мире обладает странной способностью зарабатывать бур, вращаясь на глубине мили под землей на конце стальной бурильной трубы, змеясь. по кривой или под углом изгиба, чтобы достичь желаемой цели». В 1973 году Eastman Whipstock, Inc. станет крупнейшей в мире направленной компанией. ^{[ нужна ссылка ]}

В совокупности эти геодезические инструменты и конструкции КНБК сделали возможным наклонно-направленное бурение, но оно воспринималось как нечто загадочное. Следующее важное достижение произошло в 1970-х годах, когда стали широко распространены забойные буровые двигатели (также известные как забойные двигатели , приводимые в движение гидравлической энергией бурового раствора, циркулирующего по бурильной колонне). Это позволило буровому долоту продолжать вращаться на режущей поверхности на дне скважины, в то время как большая часть бурильной трубы оставалась неподвижной. Кусок изогнутой трубы («изогнутый переводник») между неподвижной бурильной трубой и верхней частью двигателя позволял изменить направление ствола скважины без необходимости вытаскивать всю бурильную трубу и устанавливать другой клин-отклонитель. В сочетании с развитием инструментов измерения во время бурения (с использованием телеметрии гидроимпульсов , сетевой или проводной трубной или электромагнетической (ЭМ) телеметрии, которая позволяет инструментам, находящимся в скважине, отправлять данные о направлении обратно на поверхность, не нарушая операции бурения), наклонно-направленное бурение стало проще.

Некоторые профили невозможно легко просверлить во время вращения бурильной трубы. Направленное бурение с помощью забойного двигателя требует время от времени останавливать вращение бурильной трубы и «скользить» трубой по каналу, когда двигатель прорезает изогнутую траекторию. «Скольжение» может быть затруднено в некоторых пластах, и оно почти всегда медленнее и, следовательно, дороже, чем бурение при вращении трубы, поэтому желательна возможность управлять долотом во время вращения бурильной трубы. Несколько компаний разработали инструменты, которые позволяют контролировать направление вращения. Эти инструменты называются роторно-управляемыми системами (RSS). Технология RSS сделала возможным доступ и контроль направления в ранее недоступных или неконтролируемых формированиях.

Преимущества

Скважины бурят направленно для нескольких целей:

Увеличение длины обнаженного участка пласта путем бурения пласта под углом.
Бурение пласта, где вертикальный доступ затруднен или невозможен. Например, нефтяное месторождение под городом, под озером или под труднопроходимой формацией.

Если позволить большему количеству устьев скважин сгруппироваться на одном участке поверхности, это позволит сократить количество перемещений буровой установки, уменьшить нарушение площади поверхности, а также упростить и удешевить заканчивание и добычу скважин. Например, на нефтяной платформе или морской платформе можно сгруппировать 40 или более скважин. Скважины будут разветвляться от платформы к резервуару(ам) ниже. Эта концепция применяется к наземным скважинам, позволяя достичь нескольких участков недр с одной площадки, что снижает затраты.
Бурение вдоль нижней части разлома, ограничивающего коллектор, позволяет завершить разработку нескольких продуктивных песков в самых высоких стратиграфических точках.
Бурение « разгрузочной скважины » для сброса давления в скважине, добывающей без ограничений (« выброс »). В этом сценарии можно пробурить еще одну скважину, начиная с безопасного расстояния от выброса, но пересекая проблемный ствол скважины. Затем в запасной ствол закачивают тяжелую жидкость (жидкость глушения), чтобы подавить высокое давление в исходном стволе скважины, вызывающее выброс.

Большинству специалистов по наклонно-направленному бурению предоставляется маршрут голубой скважины, который заранее определяется инженерами и геологами еще до начала бурения. Когда буровой станок начинает процесс бурения, с помощью скважинного прибора проводятся периодические исследования для получения данных исследования (наклона и азимута) ствола скважины. ^[3] Эти снимки обычно делаются с интервалом от 10 до 150 метров (30–500 футов), при этом 30 метров (90 футов) обычно происходят во время активных изменений угла или направления, а типичными являются расстояния 60–100 метров (200–300 футов). при «бурении вперед» (не внося активных изменений угла и направления). Во время критических изменений угла и направления, особенно при использовании забойного двигателя, для измерения во время бурения будет добавлен инструмент к бурильной колонне (MWD) , обеспечивающий постоянно обновляемые измерения, которые можно использовать для корректировок (почти) в реальном времени.

Эти данные показывают, следует ли скважина запланированному пути и вызывает ли ориентация буровой компоновки отклонение скважины от запланированного. Коррекции регулярно вносятся с помощью как простых методов, таких как регулировка скорости вращения или веса бурильной колонны (веса на забое) и жесткости, так и более сложных и трудоемких методов, таких как внедрение забойного двигателя. Такие изображения или исследования составляются и сохраняются как инженерные и юридические записи, описывающие путь ствола скважины. Снимки съемки, сделанные во время бурения, обычно подтверждаются более поздним обследованием всей скважины, обычно с использованием устройства «многокадровой камеры».

Многокадровая камера продвигает пленку через определенные промежутки времени, так что, опуская инструмент камеры в герметичный трубчатый корпус внутрь бурильной колонны (до уровня чуть выше бурового долота), а затем через определенные промежутки времени вытягивая бурильную колонну, можно полностью обследованы через равные интервалы глубины (обычно примерно каждые 30 метров (90 футов); типичная длина 2 или 3 стыков бурильных труб, известная как стойка, поскольку большинство буровых установок «отстают» трубу, выведенную из скважины на такие приращения, известные как «стойки»).

Бурение целей, расположенных далеко в поперечном направлении от поверхности, требует тщательного планирования и проектирования. Нынешние рекордсмены управляют скважинами на расстоянии более 10 км (6,2 миль) от поверхности при истинной вертикальной глубине (TVD) всего 1600–2600 м (5200–8500 футов). ^[4]

Эта форма бурения также может снизить экологические издержки и повреждение ландшафта. Раньше приходилось снимать с поверхности длинные участки ландшафта. При наклонно-направленном бурении в этом больше нет необходимости.

Недостатки

До появления современных забойных двигателей и более совершенных инструментов для измерения наклона и азимута скважины наклонно-направленное и горизонтальное бурение осуществлялось гораздо медленнее, чем вертикальное бурение, из-за необходимости регулярно останавливаться и проводить трудоемкие исследования, а также из-за более медленного прогресса в само бурение (меньшая скорость проникновения). Эти недостатки со временем уменьшились, поскольку скважинные двигатели стали более эффективными и стало возможным полунепрерывное исследование.

Остается разница в эксплуатационных расходах: для скважин с наклоном менее 40 градусов инструменты для проведения регулировочных или ремонтных работ можно спускать в скважину самотеком на тросе. При более высоких уклонах необходимо использовать более дорогое оборудование для опускания инструментов в скважину.

Еще одним недостатком скважин с большим уклоном было то, что предотвращение притока песка в скважину было менее надежным и требовало больших усилий. Опять же, этот недостаток уменьшился настолько, что при условии адекватного планирования борьбы с песком ее можно осуществлять надежно.

Воровство нефти

В 1990 году Ирак обвинил Кувейт в краже иракской нефти посредством наклонного бурения. ^[5]Организация Объединенных Наций изменила границу после войны в Персидском заливе 1991 года , положившей конец семимесячной иракской оккупации Кувейта. В рамках реконструкции среди существующих 600 было размещено 11 новых нефтяных скважин. Некоторые фермы и старая военно-морская база, находившаяся раньше на иракской стороне, вошли в состав Кувейта. ^[6]

В середине двадцатого века на огромном нефтяном месторождении Восточного Техаса разразился скандал, связанный с наклонным бурением . ^[7]

Новые технологии

В период с 1985 по 1993 год Лаборатория гражданского строительства ВМФ (NCEL) (ныне Центр инженерного обслуживания военно-морских объектов (NFESC)) в Порт-Хьюнеме, Калифорния, разработала технологии управляемого горизонтального бурения. ^[8] Эти технологии способны достигать высоты 10 000–15 000 футов (3 000–4 500 м) и могут достигать 25 000 футов (7 500 м) при использовании в благоприятных условиях. ^[9]

Техники

Исследования скважин

Специализированные инструменты определяют отклонение ствола скважины от вертикали (наклон) и его направленную ориентацию (азимут). Эти данные жизненно важны для корректировки траектории. Эти исследования проводятся через регулярные промежутки времени (например, каждые 30-100 метров) для отслеживания хода ствола скважины в режиме реального времени. На критических участках инструменты измерения во время бурения (MWD) обеспечивают непрерывные скважинные измерения для немедленной коррекции направления по мере необходимости. MWD использует гироскопы, магнитометры и акселерометры для определения наклона и азимута скважины во время бурения.

Управление траекторией

Нижняя часть бурильной колонны (КНБК) : Конфигурация бурового оборудования рядом с буровым долотом (КНБК) существенно влияет на направление бурения. КНБК можно адаптировать для обеспечения прямолинейного бурения или вызвать отклонения.
Забойные двигатели . Специализированные забойные двигатели вращают только буровое долото, обеспечивая контролируемое изменение направления, в то время как большая часть бурильной колонны остается неподвижной.
Роторно-управляемые системы (RSS) : передовая технология RSS позволяет управлять бурильной колонной даже во время вращения всей бурильной колонны, обеспечивая большую эффективность и контроль.

См. также

Ссылки

^ «Тенденции развития горизонтально-направленного бурения» . DC Твердое управление . 6 июня 2013 г. Архивировано из оригинала 8 июля 2013 г.
^ «Технологии и «кратер Конро» » . Американское историческое общество нефти и газа . Проверено 23 сентября 2014 г.
^ «Глоссарий терминов геоуправления» . Проверено 5 сентября 2010 г.
^ «Maersk пробурила самую длинную скважину в Аль-Шадине» . « Галф Таймс» . 21 мая 2008 г. Архивировано из оригинала 14 февраля 2012 г. . Проверено 5 марта 2012 г.
^ «Как начался и закончился кризис в Персидском заливе (Кризис в Персидском заливе и внешняя политика Японии)» . Министерство иностранных дел Японии . Проверено 28 января 2014 г.
^ «Ирак вновь откроет посольство в Кувейте» . ABC Inc. , 4 сентября 2005 г. Архивировано из оригинала 2 января 2014 г. . Проверено 5 марта 2012 г.
^ Джулия Кобл Смит (12 июня 2010 г.). «Нефтяное месторождение Восточного Техаса» . Справочник Техаса онлайн . Историческая ассоциация штата Техас . Проверено 23 сентября 2014 г.
^ Отчет о полевых испытаниях системы горизонтального бурения (HDS) - 91 финансовый год
^ «Отчет по теории эксплуатации системы горизонтального бурения (HDS)» . Архивировано из оригинала 31 мая 2009 года . Проверено 31 августа 2008 г.

Внешние ссылки

«Наклонные нефтяные скважины творят новые чудеса» Научно-популярный журнал , май 1934 г., ранняя статья о технологии бурения.
«Технологии и кратер Конро» Американское историческое общество нефти и газа
Короткое видео, объясняющее горизонтальное бурение для добычи газа из сланца. ( Американский институт нефти )
Видео горизонтального бурения сланцевых скважин можно посмотреть здесь .
«Механические кроты бурят кривые колодцы». Popular Science , июнь 1942 г., стр. 94–95.
Невоспетые хозяева нефтяной отрасли 21 июля 2012 г. The Economist

[1] «Тенденции развития горизонтально-направленного бурения» . DC Твердое управление . 6 июня 2013 г. Архивировано из оригинала 8 июля 2013 г.

[2] «Технологии и «кратер Конро» » . Американское историческое общество нефти и газа . Проверено 23 сентября 2014 г.

[3] «Глоссарий терминов геоуправления» . Проверено 5 сентября 2010 г.

[4] «Maersk пробурила самую длинную скважину в Аль-Шадине» . « Галф Таймс» . 21 мая 2008 г. Архивировано из оригинала 14 февраля 2012 г. . Проверено 5 марта 2012 г.

[5] «Как начался и закончился кризис в Персидском заливе (Кризис в Персидском заливе и внешняя политика Японии)» . Министерство иностранных дел Японии . Проверено 28 января 2014 г.

[6] «Ирак вновь откроет посольство в Кувейте» . ABC Inc. , 4 сентября 2005 г. Архивировано из оригинала 2 января 2014 г. . Проверено 5 марта 2012 г.

[7] Джулия Кобл Смит (12 июня 2010 г.). «Нефтяное месторождение Восточного Техаса» . Справочник Техаса онлайн . Историческая ассоциация штата Техас . Проверено 23 сентября 2014 г.

[8] Отчет о полевых испытаниях системы горизонтального бурения (HDS) - 91 финансовый год

[9] «Отчет по теории эксплуатации системы горизонтального бурения (HDS)» . Архивировано из оригинала 31 мая 2009 года . Проверено 31 августа 2008 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

v т и Сланцевый газ
Geological formations	Antrim Barnett Conasauga Duvernay Eagle Ford Fayetteville Haynesville Horn River Marcellus Montney Muskwa New Albany Utica
Technology	Geosteering Directional drilling Hydraulic fracturing Logging while drilling Measurement while drilling
By country	Canada China Romania United Kingdom United States List of countries by recoverable shale gas
Protests	Frack Off Balcombe drilling protest 2012–14 Romanian protests against shale gas