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 .
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 цитата ] Первоначально были приняты косвенные доказательства, такие как изменения добычи в других скважинах, но такие случаи способствовали разработке инструментов малого диаметра, способных обследовать скважины во время бурения. Установки горизонтально-направленного бурения развиваются в сторону 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 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? ] [ необходимы разъяснения ] поглощены 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 цитата ]
В 1934 году Х. Джон Истман и Роман У. Хайнс из Лонг-Бич, Калифорния , стали пионерами наклонно-направленного бурения, когда они и Джордж Фэйлинг из Энид , Оклахома , спасли нефтяное месторождение Конро, штат Техас . 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. Эта способность быстро пробурить несколько аварийных скважин и снизить огромное давление газа имела решающее значение для тушения пожара в Конрое. [2] В статье журнала Popular Science Monthly , опубликованной в мае 1934 года , было заявлено, что «только горстка людей в мире обладает странной способностью зарабатывать бур, вращая на милю под землей конец стальной бурильной трубы, прокладывайте себе путь по кривой или под углом, чтобы достичь желаемой цели». Eastman Whipstock, Inc. станет крупнейшей в мире компанией направленного развития в 1973 году .
В совокупности эти геодезические инструменты и конструкции КНБК сделали возможным наклонно-направленное бурение, но оно воспринималось как нечто загадочное. Следующий крупный прогресс произошел 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 скважинным инструментам 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 периодической остановки вращения бурильной трубы и «скольжения» трубы по каналу, когда двигатель прорезает изогнутую траекторию. «Скольжение» может быть затруднительным 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.
Скважины бурят направленно для нескольких целей:
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 делаются во время активных изменений угла или направления, а также на расстояниях 60–100 метров (200–300 футов). ) типично для «бурения вперед» (без активного изменения угла и направления). Во время критических изменений угла и направления, особенно при использовании забойного двигателя, к бурильной колонне будет добавлен инструмент измерения во время бурения (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.
_(cropped).jpg/1280px-Figure_4-_Example_of_a_Horizontal_Wellbore_Traversing_Mineral_Parcels_with_Different_Owners_(13985529998)_(cropped).jpg)
До появления современных забойных двигателей и более совершенных инструментов для измерения наклона и азимута скважины наклонно-направленное и горизонтальное бурение осуществлялось намного 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 его можно осуществлять надежно.
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]
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]
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.
