способ строительства скважины

Формула изобретения

СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА СКВАЖИНЫ, включающий бурение шахтного ствола, сооружение в нем верхней и нижней рабочих площадок, оборудование на уровне нижней рабочей площадки емкости, гидравлически связанной с межтрубным пространством, дальнейшее углубление ствола скважины бурением до проектной глубины и крепление скважины обсадными трубами с цементированием, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа и ускорения строительства скважины, при дальнейшем углублении ствола скважины после бурения шахтного ствола емкость, гидравлически связанную с межтрубным пространством, герметизируют нижней рабочей площадкой и сообщают байпасной линией с наземной герметизированной циркуляционной системой, между нижней и верхней рабочими площадками устье скважины оборудуют герметизирующими узлами, расположенными на расстоянии друг от друга, обеспечивающем размещение элементов, вмонтированных в бурильную колонну, имеющих наружный диаметр, превышающий диаметр самой колонны, спуск и подъем бурильной колонны осуществляют через герметизирующие узлы с поддержанием противодавления в скважине, причем перед последним долблением в бурильную колонну включают первую бурильную трубу от долота с цементировочным клапаном и внутренним диаметром, равным диаметру проектируемой эксплуатационной колонны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к строительству скважин.

Известен способ строительства скважины, предусматривающий изоляцию зон поглощения бурового раствора экспандируемыми обсадными трубами, спуск эксплуатационной колонны и разобщение пластов [1].

Известен также способ строительства скважины, включающий бурение горных пород и крепление их обсадными трубами, образующими направление, кондуктор и эксплуатационную колонну путем цементирования [2].

Общим недостатком указанных аналогов является низкая эффективность, заключающаяся в том, что они требуют для осуществления способа больших затрат материальных ресурсов и приводят к уменьшению механической скорости бурения и, как следствие, к увеличению продолжительности и стоимости строительства скважины. Так, на практике в целях снижения отрицательного влияния промывочных жидкостей на коллекторские свойства продуктивных пластов применяют специальные компоненты к промывочным растворам, снижающие их водоотдачу, добавляют поверхностно-активные вещества, кислоторастворимые добавки (мел, известь и др.). При вскрытии пластов с аномально высоким давлением применяют различные утяжелители (барит и др.). На приобретение компонентов, приготовление, транспортировку промывочных растворов затрачиваются огромные средства и людские ресурсы. Несмотря на это, как показывают исследования, коллекторские свойства продуктивных пластов в среднем снижаются на 50%, причем при дальнейшей эксплуатации они полностью не восстанавливаются.

Применяемые в настоящее время глинистые растворы, особенно утяжеленные с различными добавками, вызывают осложнения из-за их осаждения, снижают КПД гидравлических машин (насос, турбобур и др.), вызывают интенсивный износ оборудования, снижают механическую скорость проходки, а в целом увеличивают продолжительность и стоимость строительства скважин. В процессе эксплуатации скважин при ремонтных работах проводится глушение, создавая противодавление на продуктивные пласты. При этом применяют различные дорогостоящие жидкости (на углеводородной основе, с ПАВ, полимерными добавками, утяжеленные и т.п.), что осложняет и удорожает ремонтные работы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ строительства скважин [3].

Согласно этому способу при строительстве скважины предусматривается предварительное бурение шахтного ствола и сооружение в нем верхней и нижней рабочих площадок. При этом устье скважины оборудуется на нижней площадке, а очистку бурового раствора осуществляют в рудничном дворе с последующей подачей его после очистки на поверхность. После шахты скважину бурением углубляют до проектной глубины и с использованием традиционной технологии ствол скважины крепят обсадной колонной цементированием.

Использование известного способа хотя частично ускоряет строительство скважины за счет возможности расчленения бурильной колонны на свечи большой длины и размещения их в шахте, однако он обладает также низкой эффективностью, поскольку при этом все традиционные операции бурения сохраняются, следовательно, все выше перечисленные недостатки аналогов присущи и прототипу.

Целью изобретения является снижение материальных затрат и повышение механической скорости бурения, т.е. ускорение и снижение стоимости строительства и ремонта скважины.

Поставленная цель достигается описываемым способом, включающим бурение шахтного ствола, сооружение в нем верхней и нижней рабочих площадок, оборудование на уровне нижней рабочей площадки емкости, гидравлически связанной с межтрубным пространством, дальнейшее углубление ствола скважины бурением до проектной глубины и крепление скважины обсадными трубами с цементированием.

Новым является то, что при дальнейшем углублении ствола скважины после бурения шахтного ствола емкость, гидравлически связанную с межтрубным пространством, герметизируют нижней рабочей площадкой и сообщают байпасной линией с наземной герметизированной циркуляционной системой, между нижней и верхней рабочими площадками устье скважины оборудуют герметизирующими узлами, расположенными на расстоянии друг от друга, обеспечивающем размещение элементов, вмонтированных в бурильную колонну и имеющих наружный диаметр, превышающий диаметр самой колонны, спуск и подъем бурильной колонны осуществляют через герметизирующие узлы с поддержанием противодавления в скважине, причем перед последним долблением в бурильную колонну включают первую бурильную трубу от долота с цементировочным клапаном и внутренним диаметром, равным диаметру проектируемой эксплуатационной колонны.

Отличительные признаки предложения не являются идентичными и эквивалентными в сравнении со сходными признаками известных способов и позволяют получить новый положительный эффект, выражающийся в повышении эффективности способа, позволяющего ускорить и снизить стоимость строительства, а в последующей эксплуатации и ремонта скважины.

По нашему мнению, указанные отличительные признаки соответствуют критерию "существенные отличия изобретения", поскольку на дату подачи заявки из доступных информационных источников авторам не известны способы строительства скважины с такими отличительными признаками, создающими новый положительный эффект, присущий заявляемому способу.

Использование герметизирующих устройств, закрытой и замкнутой системы циркуляции промывочной жидкости с созданием противодавления на пласт, в процессе углубления скважины, а также с использованием днища шахты не известны, как совместно, так и в отдельности, что обеспечивает бурение скважин независимо от пластового давления облегченными промывочными растворами (без утяжелителя), что в свою очередь повышает механическую скорость бурения, снижает износ оборудования, уменьшается объем поглощаемых буровых растворов, повышается КПД гидравлической системы и т.д., т.е. достигается целый ряд общественно-полезных эффектов, указанных выше. Это показывает, что имеющиеся отличительные признаки в заявляемом техническом решении являются существенными.

Признак, касающийся того, что перед последним долблением первую бурильную трубу от долота выбирают с внутренним диаметром, равным диаметру проектируемой эксплуатационной колонны с цементировочным клапаном, - тоже существенный, т.к. он также способствует осуществлению предлагаемого способа строительства скважины и ускорению его строительства, поскольку перед цементированием эксплуатационной колонны отпадает необходимость замены устьевого оборудования и циркуляционной системы, отпадает необходимость глушения скважины, а цементирование можно осуществить под давлением.

На фиг. 1 схематически изображена скважина с шахтой и различным в ней оборудованием для осуществления бурения, продольный разрез; на фиг.2 - то же; на фиг.3 - процесс эксплуатации забойным насосом скважины, построенной предлагаемым способом, продольный разрез; на фиг.4 - то же; на фиг.5 - процесс обработки призабойной зоны продуктивного пласта и промывка ствола скважины в период эксплуатации, продольный разрез.

Способ осуществляют в следующей последовательности.

Бурение скважины начинают с диаметром примерно 2-2,5 м под шахту 1 (см. фиг. 1) на глубину не менее одной рабочей трубы (квадрата), т.е. в пределах 20 м, после чего ее обсаживают, например, стальной трубой 2 и цементируют с использованием цементировочных агрегатов (последние на фиг. не изображены). Далее после ОЗЦ в шахтном стволе сооружают верхний и нижний рабочие площадки 3 и 4 соответственно, после чего в нем же оборудуют емкость 5, герметизируя нижней рабочей площадкой 4. Емкость 5 сообщают байпасной линией 6 с наземной герметизированной циркуляционной системой (циркуляционная система на фиг. не изображена), а также с межтрубным пространством 7 через посредство отверстия 8, выполненного в нижней рабочей площадке. Затем между нижней и верхней рабочими площадками 4 и 3 устье скважины оборудуют герметизирующими узлами 9 и 10 верхним и нижним соответственно, расположенными на расстоянии друг от друга, обеспечивающем размещение элементов, вмонтированных в бурильную колонну, например пакер, центратор и т.п., имеющих наружный диаметр, превышающий диаметр самой колонны. Герметизирующие узлы 9 и 10 управляются гидравлическими или пневматическим приводом через пульт управления - ПУ (привод на фиг. не изображен). При необходимости для периодической откачки сточных вод (жидкостей) из емкости 5 шахты 1 последняя может быть оборудована дополнительно шламовым погружным насосом 11. После окончания монтажных работ приступают к бурению скважины под кондуктор 12 одним из любых известных способов, например турбинным, роторным, электробуром. Для этого предварительно закрывают нижний герметизирующий узел 10 и в колонну бурильных труб 13 закачивают промывочную жидкость и тем самым запускают забойный двигатель 14 в работу. При этом промывочная жидкость, проходя забой скважины, по затрубному пространству поднимается вверх и попадает в герметичную емкость 5 и через байпасную линию 6, гидроциклон попадает в приемную емкость (последние на фиг. не показаны), совершая замкнутую закрытую циркуляцию без использования земляных амбаров. Затем спускают кондуктор 12 и цементируют его традиционным способом до устья, как это показано на фиг. 1. Если по каким-либо причинам цементный раствор окажется в байпасной линии (напpимеp, излишки его), открывая нижнюю отводную задвижку, из нее сливают цементный раствор, а из шахты 1 откачивают его шламовым насосом 11. После ОЗЦ бурение скважины продолжают по вышеописанной технологии до продуктивного пласта, при котором спуск и подъем бурильной колонны осуществляют через герметизирующие узлы 9 и 10 с поддержанием противодавления в скважине. Перед последним долблением в бурильную колонну включают первую бурильную трубу от долота 15 с цементировочным клапаном 16, например, типа ЦКОД и внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру проектируемой эксплуатационной колонны 17, спускают их в скважину на колонне бурильных труб 13, присоединив к ней первую бурильную трубу 18 от долота через переходник (переходник на фиг. не изображен). Бурение осуществляют любым из известных способов, указанных выше. При этом в качестве промывочной жидкости используют любые облегченные жидкости (вода, глинистый раствор, жидкости на углеводородной основе и др.). Противодавление на пласт регулируют задвижкой 19 по манометру 20, установленными на байпасной линии на поверхности, прослеживая признаки появления нефти в промывочном растворе. В целях сохранения коллекторских свойств продуктивного пласта путем предотвращения попадания фильтрата промывочной жидкости противодавление на пласт при промывке создают не более пластового давления. По достижении бурением проектной глубины проводят геофизические исследования по выделению нефте- газоводоносных коллекторов. Геофизические исследования по оценке насыщенности коллекторов могут быть проведены путем спуска на бурильных трубах против предлагаемого интервала продуктивных пластов неметаллических труб (например, стеклопластиковых - на чертеже не показаны), установив их над трубой 18. Стеклопластиковые трубы позволяют произвести расчленение коллекторов существующими геофизическими приборами. По окончании этих работ колонну бурильных труб 13 со стеклопластиковыми трубами поднимают на поверхность. При этом, когда верхний конец трубы 18 с переходником окажется выше крышки 21 шахты, операцию подъема прекращают (во избежание фонтанирования), отвинчивают переходник и далее с помощью муфты, присоединяя к ней последовательно обсадные трубы, производят спуск их в скважину до забоя, как это изображено на фиг.2, с целью разобщения пластов. Спуск негабаритной арматуры, например центраторов, которыми снабжают эксплуатационную колонну, осуществляют последовательными открытием или закрытием верхнего или нижнего герметизирующего узлов 9 и 10 во избежание фонтанирования. По окончании спуска эксплуатационной колонны ее цементируют обычным способом с использованием цементировочных агрегатов (на фиг. не показаны) и пробки 22. После ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) устьевое оборудование, находящееся в шахте, демонтируют и на уровне примерно 20-30 см от верхней рабочей площадки 3 между двумя обсадными трубами устанавливают запорное устройство - задвижку 23 (для проведения ремонтных работ без глушения), внутренний диаметр которой равен диаметру эксплуатационной колонны (см. фиг.3). Далее монтируют над крышкой 21 шахты устьевую арматуру 24 для дальнейшей эксплуатации, после чего вскрывают продуктивный пласт одним из известных способов перфорации (кумулятивным, пулевым и т. д), после вызова притока скважину вводят в эксплуатацию.

Для проведения последующих ремонтных работ в скважине без глушения ниже глубинного насоса (если фонтанный способ эксплуатации в конце нижней трубы НКТ) устанавливают забойный отсекатель 25.

Ремонтные работы без глушения скважины выполняют в следующей последовательности.

Продавливают шар 26 через центральный канал задвижки 23, который садится в нижнее седло 27 (см. фиг.5) отсекателя 25, закрывают задвижку 23; демонтируют устьевую арматуру 24; устанавливают герметизирующий узел 28 на колонную головку (см. фиг.4); поднимают скважинное оборудование до положения, указанного на фиг. 4; закрывают задвижку 23; демонтируют верхнюю обсадную трубу; монтируют на задвижке 23 комплекс герметизирующих узлов (аналогичные изображены на фиг.2), байпасную трубу, шламовый насос и др. (см. фиг.5), аналогично используемых при бурении.

В качестве примера на фиг.5 показаны процессы обработки призабойной зоны и промывки ствола. При этом показано использование негабаритного инструмента - пакера 29, который спускают аналогичным образом, описанным выше, открытием или закрытием герметизирующих узлов (задвижки 23, устьевых герметизирующих узлов, см. фиг. 5). Для проведения любых работ без глушения скважины обязательно применение забойного отсекателя. После завершения ремонтных работ в обратной последовательности (относительно монтажа) демонтируется устьевое оборудование и устье приводится в состояние, показанное на фиг.3, и скважину вводят в эксплуатацию.

Технико-экономическое преимущество предлагаемого способа строительства скважины заключается в следующем: обеспечивается бурение скважин независимо от пластового давления облегченными промывочными растворами (без утяжелителя), что повышает коэффициент полезного действия (КПД) гидравлической системы буровой установки, повышает механическую скорость бурения, снижает износ оборудования, сокращается поглощение буровых растворов; снижаются затраты на приготовление и транспорт буровых растворов, экономится сырье (утяжелители); сохраняются коллекторские свойства продуктивного пласта, повышается продуктивность скважин; проводка скважин бурением по закрытой замкнутой системе циркуляции облегчает автоматизацию и управление всей гидравлической системой, улучшает охрану недр и окружающей среды, обеспечивает пожаробезопасность за счет исключения земляных амбаров.

Вышеперечисленные преимущества остаются в силе и при проведении ремонтных работ без глушения по предлагаемому способу их выполнения.

Выполнение направления скважины в виде предлагаемой шахты позволяет укрыть в нее устье скважины, что повышает устойчивость объема (скважины) от оружия массового поражения, а наличие в составе эксплуатационной колонны задвижки 23 (фиг.3), в составе лифта-отсекателя забойного, исключает фонтанирование при аварийных ситуациях.