Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ. Горизонтальное бурение применяется во многих отраслях промышленности, и с каждым годом расширяются области его эффективного применения. Так в семидесятые годы направленные горизонтальные опережающие стволы бурились для строительства туннелей, методом направленного бурения стали прокладываться трубопроводы под естественными и искусственными преградами, особенно широкое распространение получило горизонтальное бурение для добычи нефти и газа.
Несмотря на то, что технология горизонтального бурения не является чем-то новым, она получила мировое признание при строительстве скважин для добычи нефти и газа только за последние 10 лет. Резкий рост объемов горизонтального бурения произошел после того, как за рубежом было преодолено наибольшее число проблем, и стоимость бурения была снижена до разумного уровня, сравнимого со стоимостью вертикальных и наклонных скважин.
В бывшем Союзе работы в области горизонтального бурения активно начались после разработки комплексной программы НИР "Создание принципиально новых систем разработки месторождений нефти с помощью горизонтальных и разветвленно-горизонтальных скважин", утвержденной Министром нефтяной промышленности 29 декабря 1986 г.
Значительный вклад в разработку технологии и техники
для горизонтального бурения, предупреждение и ликвида
цию осложнений при бурении горизонтальных скважин вне
сли исследования В.Ф.Буслаева, Ю.С.Васильева,
А.М.Григоряна, Н.Ф.Кагарманова, А.Г.Калинина,
Ю.В.Кодзаева, А.С.Оганова, С.А.Оганова,
В.Д.Поташникова, Н.М. Ризванова, К.М.Солодкого, Б.З.Султанова, З.М.Шахмаева и др.
При переходе от вертикального к горизонтальному бурению появились новые проблемы: повысилась вероятность возникновения осложнений, сопутствующих обычному бурению; управление траекторией горизонтальных скважин; создание нагрузки на долото при бурении горизонтальных
стволов; очистка горизонтального и наклонного участков от шлама.
Широкое распространение горизонтального бурения сдерживается из-за высокой стоимости скважин, являющейся следствием возникновения вышеперечисленных осложнений и больших затрат времени на их ликвидацию. В связи с этим в данной работе подробно рассматриваются вопросы предупреждения и ликвидации осложнений при бурении горизонтальных скважин.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Сокращение сроков строительства горизонтальных скважин путем совершенствования технологии и предупреждения осложнений при бурении.
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. Разработать технологию и технические средства для бурения горизонтальных направленных скважин с выходом в заданную цель.
Разработать методику управления траекторией горизонтальных скважин, позволяющую входить в продуктивный пласт и прокладывать горизонтальный ствол в границах продуктивной зоны.
Разработать методику проектирования профиля горизонтальных скважин и определить оптимальный радиус переходного участка.
Определить коэффициенты сопротивления перемещению бурильного инструмента в горизонтальном стволе при различных горнотехнических условиях.
Разработать методику определения критической скорости потока промывочной жидкости для очистки горизонтальных скважин от шлама.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Для решения поставленных задач были использованы аналитические, стендовые и экспериментальные исследования в промысловых условиях.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые разработан и построен полигон для исследования процессов строительства направленных горизонтальных скважин, на котором по разработанной технологии пробурены две экспериментальные горизонтальные скважины длиной 566,3 м и 305 м со сквозным выходом стволов в штреки шахты с угловыми отклоне-
ниями от цели по вертикали 010' и 045' по горизонтали и одна экспериментальная скважина с траекторией в виде полуокружности.
Определены коэффициенты сопротивления перемещению бурильного инструмента для различных горнотехнических условий бурения горизонтальных скважин.
Разработана методика проектирования профиля горизонтальных скважин и программа его расчета. Определен оптимальный радиус переходного участка для бурения с использованием серийного инструмента и разработана забойная компоновка для набора зенитного угла по оптимальному радиусу с одновременным расширением ствола скважины.
Установлена аналитическая зависимость угла поиска продуктивного пласта от глубины входа в пласт и радиуса кривизны участка последующего бурения в пласте.
ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. Результаты исследований автора используются при разработке проектов на строительство горизонтальных скважин, дополнительных горизонтальных стволов, разветвленно-горизонтальных скважин и подводных переходов трубопроводов методом направленного бурения, а также проектов разработки месторождений в Башкирии, Западной и Восточной Сибири, Казахстане. По разработанным проектам пробурено 60 горизонтальных скважин на 10 месторождениях в АНК Башнефть, 18 - в шести регионах бывшего Союза и 9 подводных переходов трубопроводов в Башкирии.
На основе проведенных исследований разработаны 3 РД:
-
РД 39-0147276-025-95. Руководство по бурению горизонтальных скважин. - Уфа; Башнипинефть, 1995.
-
РД 39-0147275-028-96. Временное руководство по технологии бурения боковых направленных стволов из обсаженных скважин. -Уфа; Башнипинефть, 1996.
-
РД 39-0147275-047-98. Состав, организация и финансирование работ по строительству переходов трубопроводов через водные преграды методом направленного бурения. - Уфа; Башнипинефть, 1998.
Программа расчета пятиинтервального профиля горизонтальных скважин применяется во всех УБР АНК Баш-нефть.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Научно-технической конференции "Оптимизация бурения скважин в осложненных условиях" (г. Донецк, 1991), 2-м Международном симпозиуме по бурению разведочных скважин в осложненных условиях (г. Санкт-Петербург, 1992), 7-м Европейском симпозиуме по увеличению нефтеотдачи пластов (г. Москва, 1993), 3-м Международном симпозиуме по бурению скважин в осложненных условиях (г. Санкт-Петербург, 1995), Семинаре-дискуссии "Проблемы первичного и вторичного вскрытия пластов при строительстве и эксплуатации вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин" (г. Уфа, 1996), 2-м Международном семинаре "Горизонтальные скважины" (г. Москва. 1997), Всероссийской конференции "Применение новых технологий бурения горизонтальных стволов на месторождениях с трудно извлекаемыми запасами нефти" (г. Ижевск, 1998), 4-м Международном симпозиуме по бурению скважин в осложненных условиях (г. Санкт-Петербург. 1998), 9-м ежегодном Международном конгрессе "Новые высокие технологии для газовой, нефтяной промышленности, энергетики и связи" (г. Уфа, 1999).
ПУБЛИКАЦИИ. На основе выполненных исследований по теме опубликованы 27 печатных работ, в том числе 13 научных статей, 4 доклада на различных семинарах, конференциях, симпозиумах и конгрессах, 6 тезисов докладов, 1 стандарт предприятия и 3 руководящих документа.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа изложена на 130 страницах машинописного текста, иллюстрируется 26 рисунками, 14 таблицами и состоит из введения, четырех разделов, выводов и рекомендаций, списка литературы из 91 наименования и 3 приложений.