Создание нормативной базы - одно из условий внедрения новых методов.
Первый нормативный документ для ННБ был разработан ВНИИСТом в 1986 г. (Р 584 – 85/ Миннефтегазстрой СССР). Это рекомендации, которые были разработаны для бурения опытных переходов диаметром до 720 мм с помощью установки изготовленной Уралмашзаводом.
Следующий - это документ «Строительство подводных переходов трубопроводов бестраншейным способом» (СТН 51-4-92/ ГГК Газпром, СТН 06-92/Роснефтегаз, СТН 01-92/Роснефтегазстрой), разработанный в 1993 г. фирмами Магма и Магистраль.
Впоследствии были разработаны ведомственные нормы «Строительство подводных переходов газопроводов способом направленного бурения» ОАО "Газпром", и целый блок нормативных документов компании «АК «Транснефть».
Решение о закупке установок наклонно – направленного бурения и создание предприятия в системе АК «Транснефть» было принято в начале 1997 г. К этому времени были получены и проанализированы предложения на поставку оборудования ННБ от разных наиболее признанных мировых производителей данного оборудования. В результате переговоров, наиболее оптимальной была выбрана фирма Cherrington.
В этом же году АК «Транснефть» привлекла ряд институтов и предприятие к созданию ведомственной нормативной базы по строительству нефтепроводов:
ОАО «ВНИИСТ», г. Москва (Ведомственные нормы на проектирование и строительство подводных переходов методом ННБ, Технологические карты на строительство подводных переходов методом ННБ);
ЗАО «ПИРС», Омск (Калькуляция на строительство подводных переходов трубопроводов с использованием ННБ);
СП «ВИС МОС», г. Ульяновск (Требования к буровым растворам, применяемым при ННБ);
Государственный гидрологический институт, г.Санкт-Петербург (Инструкция по наблюдениям гидрологическими параметрами на пересекаемых магистральными нефтепроводами подводных переходов);
Геолого – разведочный институт. г. Москва (Программа реконструкции подводных переходов по результатам изучения геологических условий их эксплуатации).
В июле 1997 г. в системе АК «Транснефть» создано предприятие ООО «Транснефтьбурсервис», г. Самара. В 1998 году обществом получены лицензии Госгортехнадзора и Госстроя России на право производства работ по строительству с применением метода ННБ подводных переходов магистральных трубопроводов и других коммуникаций на территории Российской Федерации. В том же году ООО «Транснефтьбурсервис» построило этим методом четыре подводных перехода общей протяженностью 1811,8 м.
За прошедший период времени метод прошел всестороннюю апробацию и стал основным при решении задач строительства и реконструкции переходов. Компания «АК «Транснефть» за этот период накопила значительный опыт и внесла вклад в дальнейшее развитие ННБ. На начало 2003 года было построено 65 подводных переходов диаметром от 377 мм до 1220 м и протяженностью от 355 м до 1238 м. Строительство осуществлялось в самых различных по сложности грунтах.
2. Наклонно-направленные скважины
Скважины, для которых проектом предусматривается определенное отклонение забоя от вертикали, а ствол проводится по заранее заданной траектории, называются наклонно-направленными.
Наклонные скважины бурят, когда продуктивные пласты залегают под акваториями морей, озер, рек, под территориями населенных пунктов, промышленных объектов, в заболоченной местности, а также для удешевления строительства буровых сооружений.
Разработанные в настоящее время виды профилей для наклонно-направленных скважин делятся на две группы: профили обычного типа (представляющие собой кривую линию, лежащую в вертикальной плоскости) и профили пространственного типа (в виде пространственных кривых).
Типы профилей наклонно-направленных скважин обычного типа приведены на рис.1. Профиль типа А состоит из трех участков: вертикального 1, участка набора угла наклона ствола 2 и прямолинейного наклонного участка 3. Его рекомендуется применять при бурении неглубоких скважин в однопластовых месторождениях, если предполагается большое смещение забоя.
Рис.1. Типы профилей наклонно-направленных скважин: 1 - наклонный участок; 2 - участок набора угла наклона ствола; 3 - прямолинейный наклонный участок; 4 - участок снижения угла наклона ствола.
Профиль типа Б отличается от предыдущего тем, что вместо прямолинейного наклонного участка имеет участок 4 естественного снижения угла наклона. Данный профиль рекомендуется применять при больших глубинах скважин.
Профиль типа В состоит из пяти участков: вертикального 1, участка набора угла наклона ствола 2, прямолинейного наклонного участка 3, участка снижения угла наклона 4 и снова - вертикального 1. Его рекомендуется применять при проводке глубоких скважин, пересекающих несколько продуктивных пластов.
Профиль типа Г отличается от предыдущего тем, что в нем участки 3 и 4 заменены участком самопроизвольного снижения угла наклона 4. Данный профиль рекомендуется применять при бурении глубоких скважин, в которых возможны отклонения в нижней части ствола скважины.
Профиль типа Д состоит из вертикального участка 1 и участка набора угла наклона ствола 2. Для него характерна большая длина второго участка. Профиль рекомендуется при необходимости выдержать заданный угол входа в пласт и вскрыть его на наибольшую мощность.
Как видно из рис.1, все типы профилей в начале имеют вертикальный участок. Его глубина должна быть не менее 40...50 м. Окончание вертикального участка приурочивают к устойчивым породам, где можно за один рейс набрать зенитный угол 5...6 градусов.
Для отклонения скважины от вертикали применяют специальные отклоняющие приспособления: кривую бурильную трубу, кривой переводник, эксцентричный ниппель и отклонители различных типов.
В последние годы все большее распространение получают вертикальные и наклонные скважины, имеющие горизонтальные окончания большой протяженности. Это делается для того, чтобы увеличить площадь поверхности, через которую в скважину поступает нефть и соответственно увеличить дебит. Одновременно стало возможным извлекать в промышленных масштабах нефть, считавшуюся ранее неизвлекаемой, вследствие малой мощности и низкой проницаемости продуктивного пласта. Кроме того, горизонтальное окончание скважин располагают в пласте выше подошвенной воды, что позволяет продлить период безводной эксплуатации.
3. Способы наклонно-направленного бурения на нефть и газ
Существуют два способа наклонно-направленное бурение на нефть и газ. Первый (распространён в США) представляет собой прерывистый процесс проводки скважин c использованием роторного бурения (применяется c нач. 20в.). При этом способе c забоя скважины долотом меньшего диаметра, чем диаметр ствола скважин, забуривается углубление под углом к оси скважины на длину бурильной трубы (рис.2) c помощью съёмного или несъёмного клинового либо шарнирного устройства (рис. 3, рис. 4).
Рис. 2. Схема бурения клиновым устройством.
Рис. 3. Клиновой отклонитель.
Рис. 4. Шарнирный отклонитель.
Полученное таким образом направление углубляется и расширяется. Дальнейшее бурение ведётся долотом нормального диаметра c сохранением направления c помощью компоновки низа бурильной колонны, оснащённой стабилизаторами.
Второй способ, предложенный P. A. Иоаннесяном, П. П. Шумиловым, Э. И. Тагиевым и M. T. Гусманом в нач. 40-x гг. 20 в., основан на использовании турбобура либо др. забойного двигателя. Этот способ представляет собой непрерывный процесс набора искривления и углубления скважины долотом нормального диаметра. При этом способе для набора искривления используется такая компоновка низа бурильной колонны, при которой на долото в процессе бурения действует сила, перпендикулярная его оси (отклоняющая сила). B этом случае весь процесс наклонно-напраленного бурения сводится к управлению отклоняющей силой в нужном азимуте. Создание отклоняющей силы может осуществляться различными путями. Если турбобур односекционный, то для получения необходимой отклоняющей силы достаточно иметь над турбобуром переводник c перекошенными резьбами, либо искривлённую бурильную трубу (рис. 5).
Рис. 5. Турбинный отклонитель c искривлённой бурильной трубой.
При пропуске турбобура в скважину изогнутая часть компоновки над турбобуром за счёт упругих деформаций стремится выпрямиться, a в сечении изгиба возникает момент силы. Отклоняющая сила в этом случае равняется моменту силы, разделённому на расстояние от сечения изгиба до долота. Интенсивность набора угла искривления при описанной выше компоновке будет невысокой, a предельный угол искривления - менее 30°. Для более интенсивного набора искривления сечение изгиба, где возникает момент упругих сил, переносят ближе к долоту. Для этой цели применяются спец. шпиндели и турбобуры. Так как при таких шпинделях резко увеличивается отклоняющая сила, то интенсивность набора угла искривления и предельная величина искривления существенно увеличиваются.
Ha интенсивность набора угла искривления влияет также частота вращения долота и скорость подачи бурильной колонны в процессе бурения. Чем выше частота вращения долота и чем меньше скорость подачи бурильной колонны, тем интенсивнее, под действием отклоняющей силы, происходит фрезерование стенки скважины и тем интенсивнее искривление. Наибольшая интенсивность искривления может быть получена при применении в нижней части турбобура эксцентричного ниппеля, который позволяет выводить ствол скважины в горизонтальное положение.
Прямолинейные наклонные участки ствола скважины бурятся c компоновками, оснащёнными стабилизаторами. Ориентирование отклоняющей силы в нужном азимуте может осуществляться визирным спуском бурильной колонны либо c помощью инклинометра при установке над турбобуром диамагнитной трубы и магнитным устройством, расположенным в плоскости действия отклоняющей силы. Указанные методы ориентирования отклоняющей силы должны учитывать угол закручивания бурильной колонны, возникающий из-за реактивного момента турбобура, что в некоторой степени отражается на точности ориентирования. B 80-x гг. распространяются системы телеконтроля, позволяющие в процессе бурения контролировать направление действия отклоняющей силы. Зa рубежом при наклонно-направленным бурением интервалы набора искривления и выправления кривизны осуществляются в основном турбобурами либо объёмными двигателями, прямолинейные интервалы ствола бурятся роторным способом.
4. Отклонители
Назначение отклоняющих устройств — создание на долоте отклоняющего усилия или наклона оси долота к оси скважины в целях искусственного искривления ствола скважины в заданном или произвольном направлении. Их включают в состав компоновок низа бурильных колонн. Они отличаются своими особенностями и конструктивным выполнением.
В турбинном бурении в качестве отклоняющих устройств применяют кривой переводник, турбинные отклонители типа ТО и ШО, отклонитель Р-1, отклонитель с накладкой, эксцентричный ниппель и др.; в электробурении — в основном механизм искривления (МИ); в роторном бурении — отклоняющие клинья, шарнирные отклонители и др. Рассмотрим некоторые отклонители.
Рис. 6. Кривой переводник
Кривой переводник (рис. 6) — это наиболее распространенный и простой в изготовлении и применении отклонитель при бурении наклонно-направленных скважин. Он представляет собой толстостенный патрубок с пересекающимися осями присоединительных резьб. Резьбу с перекосом 1...40 нарезают в основном на ниппеле, в отдельных случаях — на муфте. Кривой переводник в сочетании с УБТ длиной 8... 24 м крепят непосредственно к забойному двигателю.
Отклонитель Р-1 (рис. 7) выполняется в виде отрезка УБТ, оси присоединительных резьб которой перекошены в одной плоскости и в одном направлении относительно ее оси. Отклонитель Р-1 предназначен для набора зенитного угла до 90° и выше, изменения азимута скважины, зарезки нового ствола с цементного моста и из открытого ствола.
Рис. 7. Отклонитель Р-1
Отклонитель с накладкой — это сочетание кривого переводника и турбобура, имеющего на корпусе накладку. Высота накладки выбирается такой, чтобы она не выдавалась за габаритные размеры долота. Отклонитель с накладкой при применении односекционных турбобуров обеспечивает получение больших углов наклона скважины. Его рекомендуется применять в тех случаях, когда непосредственно над кривым переводником необходимо установить трубы малой жесткости (немагнитные или обычные бурильные трубы).
Отклоняющее устройство для секционных турбобуров представляет переводник, соединяющий валы и корпуса верхней и нижней секции турбобура под углом 1,5...2,0°, причем валы соединяются с помощью муфты.
Турбинные отклонители (ТО) конструктивно выполняются посредством соединения нижнего узла с верхним узлом через кривой переводник, а валов — через специальный шарнир. Серийно выпускаются турбинные отклонители (рис. 8) и шпиндели-отклонители (ШО).
Рис. 8. Турбинный отклонитель ТО-2: 1 — турбинная секция; 2 — шарнирное соединение; 3 — шпиндельная секция
Турбинные отклонители имеют следующие преимущества:
кривой переводник максимально приближен к долоту, что увеличивает эффективность работы отклонителя;
значительно уменьшено влияние колебания осевой нагрузки на величину отклоняющей силы на долоте, что позволяет получить фактический радиус искривления, близкий к расчетному.
Недостаток турбинных отклонителей — малая стойкость узла искривленного соединения валов нижнего и верхнего участков отклонителя.
Эксцентричный ниппель представляет собой отклонитель, выполненный в виде накладки, приваренной к ниппелю турбобура. Применяется этот отклонитель при бурении в устойчивых породах, где отсутствует опасность заклинивания или прихвата бурильной колонны.
Упругий отклонитель состоит из специальной накладки с резиновой рессорой. Накладка приваривается к ниппелю турбобура. Этот отклонитель применяют при бурении в породах, где эксцентричный ниппель не применим из-за опасности прихватов.
Механизм искривления — это отклонитель для бурения наклонно-направленных скважин электробуром. В таких механизмах валы двигателя и шпинделя сопрягаются под некоторым углом, что достигается применением зубчатой муфты сцепления.
5. Многозабойное бурение
Многозабойное бурение - вид наклонно-направленного бурения, включающий проходку основного ствола c последующим забуриванием и проходкой в его нижней части дополнительных стволов, пересекающих геол. структуру.
Многозабойное бурение применяется c целью повышения эффективности буровых работ при разведке и добыче п. и., достигаемой за счёт увеличения доли полезной протяжённости стволов скважин.
Наиболее широко многозабойное бурение используется при разведке твёрдых п. и. При разработке нефтяных месторождений. Многозабойное бурение принято называть разветвлённо-горизонтальным бурением. Впервые это бурение осуществлено в США (1930). Использование забойных двигателей при многозабойном бурении впервые реализовано в CCCP по предложению A.M. Григоряна, B. A. Брагина, K. A. Царевича в 1949.
Схема многозабойного бурения.
Многозабойное бурение целесообразно в сравнительно устойчивых продуктивных пластах мощностью 20 м и более, напр. в монолитных или c прослоями глин и сланцев нефтеносных песчаниках, известняках и доломитах, при глубинах 1500-2500 м при отсутствии газовой шапки и аномально высоких пластовых давлений. M. б. сокращает число обычных скважин благодаря увеличению дренированной поверхности продуктивного пласта. Для проводки многозабойной скважины используется комплекс технических средств и контрольно-измерительной аппаратуры, обеспечивающих проводку стволов в заданном направлении. Для искривления стволов применяются спец. снаряды, клинья, укороченные забойные двигатели c отклоняющими приспособлениями. Контроль пространственного положения ствола осуществляется c помощью инклинометра, дающего информацию об азимутальном и зенитном углах оси скважин. Дополнительные стволы имеют на участке набора кривизны резко искривлённые профили. Положение оси ствола в призабойной части может быть почти горизонтальным. B практике многозабойное бурение применяется две последовательности забуривания дополнительных стволов: "сверху - вниз" и "снизу - вверх". При забуривании "сверху - вниз" буровые работы идут в направлении от изученного объекта к неизвестному. Такой порядок работ позволяет своевременно прекратить бурение, например, в случае выклинивания рудного тела, и наоборот, продолжить бурение ниже проектной глубины, например, в случае неожиданного обнаружения полезных ископаемых. Поэтому забуривание "сверху - вниз" применяется при поисках и разведке месторождений, имеющих сложное строение зон залегания ископаемых: переменную мощность, крутое падение пласта, значительную протяжённость по глубине, неравномерное содержание полезных ископаемых. Последовательность проходки дополнительных стволов "снизу - вверх" наиболее целесообразно использовать при проведении буровых работ по сгущению разведочной сети, например, при работах по уточнению категорийности запасов полезных ископаемых.
|
