Способ бурения наклонных и горизонтальных скважин

 

Изобретение относится к области бурения скважин и может быть использовано при инклинометрии скважин в процессе бурения. В способе осуществляют бурение вертикального ствола скважины посредством буровой компоновки, содержащей квадрат для роторного бурения и множество соединенных последовательно друг с другом буровых труб и снабженных на конце долотом. Осуществляют бурение наклонной и горизонтальной частей скважины, для чего извлекают буровую компоновку из скважины, монтируют в нее забойный двигатель и кривой переводник с посадочным устройством и опускают ее в скважину. Опускают внутрь буровой компоновки инклинометр и фиксируют его на посадочном устройстве, затем наращивают буровую компоновку последовательно соединенными буровыми трубами до достижения долотом дна скважины. Устанавливают на буровую компоновку нижний трубный переводник, в котором размещен первый электронный блок передачи информации, при этом инклинометр соединен посредством геофизического кабеля с первым электронным блоком передачи информации, который электрически связан посредством элементов системы бескабельной передачи информации с блоком управления и индикации. Устанавливают на нижнем трубном переводнике сборку буровых труб. Перед установкой на обоих торцах каждой буровой трубы из сборки устанавливают промежуточные трубные переводники, каждый из которых содержит средство бескабельной передачи информации, размещенное на одном торце, и по меньшей мере два разъема, размещенные на другом торце указанного промежуточного трубного переводника. Используют множество отрезков кабеля, снабженные разъемами, по количеству буровых труб для соединения разъемов, расположенных на трубных переводниках буровых труб, причем каждый из отрезков кабеля размещают внутри соответствующей буровой трубы и электрически связывают с соответствующими разъемами промежуточного трубного переводника. Устанавливают шар-кран и на него устанавливают верхний трубный переводник, в котором размещают второй электронный блок передачи информации, электрически связанный с первым электронным блоком передачи информации и через съемное устройство, установленное на вертлюге, с блоком управления и индикации. При достижении проектного угла профиля скважины дополнительно к забойному двигателю включают роторный двигатель для бурения прямолинейного участка наклонной или горизонтальной части скважины, при этом осуществляют контроль профиля скважины по азимуту и углу наклона по показаниям блока управления и инклинометра. Изобретение направлено на повышение надежности передачи сигналов. 8 з.п.ф-лы, 11 ил.

Настоящее изобретение относится к бурению скважин, а более точно к способу бурения наклонных и горизонтальных скважин, при котором осуществляют измерение текущих координат забоя наклонных и горизонтальных скважин в процессе бурения.

Известен способ бурения наклонных и горизонтальных скважин (см., например, публикацию Telecom Oilfield Services Inc., 1990 г.), в котором осуществляют бурение вертикального ствола скважины, устанавливают в буровую компоновку с глубины набора кривизны кривой переводник, забойный двигатель и систему измерения профиля скважины в процессе бурения, так называемый инклинометр MWD системы (measurement while drilling - измерение в процессе бурения), осуществляют бурение наклонной и горизонтальной частей скважины поочередным использованием роторного бурения и бурения забойным двигателем и контролируют текущие координаты забоя скважины по показаниям инклинометра MWD-системы, передаваемым с помощью гидравлического канала связи.

В указанном способе скорость передачи информации составляет 6-8 с на передачу одного параметра, что явно недостаточно при бурении современных скважин, при этом затруднена передача информации с больших глубин. Невозможно проводить работы в условиях применения аэрированных буровых растворов. Невозможно передавать информацию с больших глубин.

Известен также способ бурения наклонных и горизонтальных скважин (см., например, патент РФ 2078921), заключающийся в том, что осуществляют бурение вертикального ствола скважины, устанавливают в буровую компоновку с глубины набора кривизны забойный двигатель и кривой переводник, опускают внутрь компоновки посредством геофизического кабеля инклинометр и фиксируют его в нижней части буровой компоновки. Осуществляют бурение наклонной и горизонтальной частей скважины поочередно с использованием роторного бурения и бурения забойным двигателем и контролируют текущие координаты скважины по показаниям инклинометра.

В указанном способе существует необходимость вывода геофизического кабеля в затрубное пространство через кабельный переводник с уровня набора кривизны скважины, что создает опасность нарушения целостности и разрыва кабеля. Наличие кабеля в затрубном пространстве не позволяет осуществлять бурение роторным способом, а также не позволяет надежно герметизировать скважину с помощью превенторов на случай аварийного выброса газа или нефти.

Наиболее близким техническим решением является способ бурения наклонных и горизонтальных скважин, заключающийся в том, что осуществляют бурение вертикального ствола скважины посредством буровой компоновки, содержащей множество соединенных последовательно друг с другом буровых труб, снабженных на конце долотом. Затем осуществляют бурение наклонной и горизонтальной частей скважины, для чего буровую компоновку извлекают из скважины, монтируют в нее забойный двигатель и кривой переводник с посадочным устройством и опускают в скважину. Опускают посредством геофизического кабеля внутрь буровой компоновки инклинометр и фиксируют его на посадочном устройстве.

Затем наращивают буровую компоновку последовательно соединенными трубами до достижения долотом дна скважины. Устанавливают на буровую компоновку нижний трубный переводник, в котором размещен первый электронный блок передачи информации. При этом инклинометр соединен посредством геофизического кабеля с первым электронным блоком передачи информации, который электрически связан посредством элементов системы бескабельной передачи информации с блоком управления и индикации.

Устанавливают на нижнем трубном переводнике сборку буровых труб и шар-кран, которые используют в качестве элементов системы бескабельной передачи информации. Устанавливают на шар-кран верхний трубный переводник, в котором размещают второй электронный блок передачи информации, электрически связанный посредством системы бескабельной передачи информации с первым электронным блоком передачи информации. На верхний трубный переводник устанавливают квадрат для роторного бурения наклонного или горизонтального ствола скважины, и вертлюг, на котором размещают съемное устройство, например скользящие контакты, электрически связанное с блоком управления и индикации, который, в свою очередь, электрически связан со вторым электронным блоком передачи информации. Внутри квадрата пропускают отрезок кабеля с разъемами, один из которых подсоединяют ко второму электронному блоку передачи информации, а второй - к съемному устройству. Затем осуществляют бурение забойным двигателем.

При достижении проектного угла профиля скважины дополнительно к забойному двигателю включают роторный двигатель, при этом осуществляют контроль профиля скважины по азимуту и углу наклона по показаниям блока управления и инклинометра (см., например, патент РФ 2140537).

Согласно указанному способу, в буровой компоновке используются специальные буровые трубы с дросселями и проводом, проложенным по телу труб. Это имеет ряд недостатков. Во-первых, эти трубы дороги. Трубы очень тяжелые. Поскольку бурение современных скважин осуществляется часто в заболоченных районах или с воды, то необходимость транспортировки таких труб на буровую требует использования специального транспорта. Это ухудшает мобильность и оперативность работы групп специалистов, обеспечивающих бурение наклонных и горизонтальных скважин.

Продольная канавка в теле трубы для прокладки проводов, соединяющих элементы передачи информации, снижает прочность труб.

В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа бурения наклонных и горизонтальных скважин, в котором использование трубных переводников со средством бескабельной передачи информации позволяет получить повышенную надежность передачи сигналов, характеризующих параметры скважины, позволяет отказаться от специальных буровых труб с дросселями и проводом, что удешевляет буровое оборудование и улучшает мобильность групп специалистов, обеспечивающих проводку наклонных и горизонтальных скважин.

Поставленная задача решается тем, что в способе бурения наклонных и горизонтальных скважин, заключающемся в том, что осуществляют бурение вертикального ствола скважины посредством буровой компоновки, содержащей квадрат для роторного бурения, множество соединенных последовательно друг с другом буровых труб, снабженных на конце долотом, затем осуществляют бурение наклонной и горизонтальной частей скважины, для чего буровую компоновку извлекают из скважины, монтируют в нее забойный двигатель и кривой переводник с посадочным устройством и опускают в скважину, опускают посредством геофизического кабеля внутрь буровой компоновки инклинометр и фиксируют его на посадочном устройстве, затем наращивают буровую компоновку последовательно соединенными буровыми трубами до достижения долотом дна скважины, устанавливают на буровую компоновку нижний трубный переводник, в котором размещен первый электронный блок передачи информации, при этом инклинометр соединен посредством геофизического кабеля с первым электронным блоком передачи информации, который электрически связан посредством элементов системы бескабельной передачи информации с блоком управления и индикации, устанавливают на нижнем трубном переводнике сборку буровых труб и шар-кран, которые используют в качестве элементов системы бескабельной передачи информации, устанавливают на шар-кран верхний трубный переводник, в котором размещают второй электронный блок передачи информации, электрически связанный с первым электронным блоком передачи информации и с блоком управления и индикации, при достижении проектного угла профиля скважины дополнительно к забойному двигателю включают роторный двигатель для бурения прямолинейного участка наклонной или горизонтальной части скважины, при этом осуществляют контроль профиля скважины по азимуту и углу наклона по показаниям блока управления и инклинометра, согласно изобретению, перед установкой буровых труб в буровую компоновку выше нижнего трубного переводника на обоих торцах каждой буровой трубы устанавливают промежуточные трубные переводники, каждый из которых содержит средство бескабельной передачи информации, размещенное на одном торце, и по меньшей мере два разъема, размещенные на другом торце указанного промежуточного трубного переводника, используют множество отрезков кабеля, снабженных разъемами, по количеству буровых труб для соединения разъемов, расположенных на трубных переводниках буровых труб, причем каждый из отрезков кабеля размещают внутри соответствующей буровой трубы и электрически связывают с соответствующими разъемами промежуточных трубных переводников.

Целесообразно, чтобы в качестве средства бескабельной передачи информации в каждом промежуточном трубном переводнике использовали электрический дроссель.

Полезно, чтобы перед установкой квадрата на его торцах устанавливали промежуточные трубные переводники с дросселями и разъемами, а внутри квадрата размещали отрезок кабеля, подключенный к контактам разъемов указанных промежуточных трубных переводников, при этом верхний трубный переводник устанавливали выше квадрата.

Полезно, чтобы для продолжения бурения и набора кривизны буровую компоновку частично поднимали из скважины, снимали вертлюг, квадрат и шар-кран, устанавливали по меньшей мере одну дополнительную буровую трубу, снабженную промежуточными трубными переводниками и отрезком кабеля, а затем вновь устанавливали шар-кран, квадрат и вертлюг.

Выгодно, чтобы по меньшей мере один из отрезков кабеля, устанавливаемых внутри буровых труб, содержал промежуточный ретранслятор.

Полезно, чтобы ретранслятор содержал источник питания, усилитель и логические блоки для разделения электрического сигнала, поступающего от инклинометра к наземной аппаратуре и от наземной аппаратуры к инклинометру.

Полезно также, чтобы по меньшей мере один из множества трубных переводников содержал промежуточный ретранслятор.

Целесообразно, чтобы промежуточный ретранслятор содержал источник питания, усилитель и логические блоки для разделения сигналов, поступающих от инклинометра и наземной аппаратуры.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительного варианта его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 изображает буровую компоновку для бурения вертикального ствола скважины согласно изобретению;

фиг.2 изображает нижнюю часть буровой компоновки для бурения горизонтальной и наклонной частей скважины согласно изобретению;

фиг.3 изображает среднюю часть буровой компоновки согласно изобретению;

фиг.4 изображает верхнюю часть буровой компоновки согласно изобретению;

фиг.5 изображает буровые трубы с установленными на них промежуточными трубными переводниками согласно изобретению;

фиг.6 изображает буровую трубу в верхним и нижним промежуточными трубными переводниками в разобранном виде (продольный разрез) согласно изобретению;

фиг.7 изображает общий вид верхнего промежуточного трубного переводника (частичный разрез) согласно изобретению;

фиг.8 изображает общий вид нижнего промежуточного трубного переводника (частичный разрез), согласно изобретению;

фиг.9 изображает отрезок кабеля с разъемами и ретранслятором согласно изобретению;

фиг.10 изображает второй вариант выполнения верхней части буровой компоновки согласно изобретению;

фиг.11 изображает общий вид нижнего промежуточного трубного переводника с ретранслятором (частичный разрез) согласно изобретению;

Способ бурения наклонных и горизонтальных скважин осуществляется следующим образом.

Осуществляют бурение вертикального ствола скважины посредством буровой компоновки 1 (фиг.1), содержащей множество соединенных последовательно друг с другом буровых труб 2, снабженных на конце долотом 3, и приводом долота (не показан). В качестве привода долота может быть использован либо турбобур (не показан) либо роторный привод.

По достижении требуемой глубины проходки осуществляют бурение наклонной и горизонтальной частей скважины. Для этого буровую компоновку 1 извлекают из скважины и монтируют в нее кривой переводник 4 (фиг.2) с посадочным устройством 5 и забойный двигатель 6 с долотом 3 и подшипником 7 и опускают буровую компоновку 1 в скважину.

Опускают посредством геофизического кабеля 8 внутрь буровой компоновки 1 инклинометр 9 и фиксируют его на посадочном устройстве 5.

Затем наращивают буровую компоновку 1 последовательно соединенными буровыми трубами 2 до достижения долотом 3 дна скважины, до которого было осуществлено вертикальное бурение.

Устанавливают на нижнюю часть буровой компоновки 1 нижний трубный переводник 10 (фиг.3), в котором размещен первый электронный блок 11 передачи информации. Инклинометр 9 соединен посредством геофизического кабеля 8 с первым электронным блоком 11 передачи информации, который, в свою очередь, электрически связан посредством элементов системы бескабельной системы передачи информации с блоком 12 управления и индикации (на фиг.3 не показан).

Устанавливают на нижнем трубном переводнике 10 сборку 13 (фиг.4) буровых труб 2, на которую устанавливают шар-кран 14, которые используют в качестве элементов системы бескабельной передачи информации. Шар-кран 14 при необходимости запирает скважину.

В первом варианте выполнения на шар-кран 14 устанавливают верхний трубный переводник 15, в котором размещают второй электронный блок 16 передачи информации, электрически связанный с первым электронным блоком 10 передачи информации и с блоком 12 управления и индикации через съемное устройство 17.

На верхний трубный переводник 15 устанавливают квадрат 18 для осуществления роторного бурения наклонного или горизонтального ствола скважины. Выше квадрата 18 устанавливают вертлюг 19. На вертлюге 19 размещают съемное устройство 17, которое электрически связано с блоком 12 управления и индикации. Съемное устройство 17 имеет неподвижную часть 17 и подвижную часть 17. Внутри квадрата 18 пропускают отрезок кабеля 20 с разъемами, один из которых подсоединяют ко второму электронному блоку 16 передачи информации, а второй - к съемному устройству 17.

Включают забойный двигатель 6 и осуществляют бурение забойным двигателем криволинейного участка скважины.

При достижении проектного угла профиля скважины дополнительно к забойному двигателю 6 включают роторный двигатель (не показан). Контроль профиля скважины осуществляют по азимуту и углу наклона по показаниям блока 12 управления и индикации.

Перед установкой буровых труб 2 в буровую компоновку 1 на обоих торцах каждой буровой трубы 2 (фиг.5) устанавливают промежуточные трубные переводники 21, 22 на резьбе 23, 24 (фиг.6).

Каждый промежуточный трубный переводник 21, 22 содержит средство 25 бескабельной передачи информации, размещенное на одном торце, и по меньшей мере два разъема 26, 27 и 28, 29 соответственно, размещенные на другом торце. В качестве средства 25 бескабельной передачи информации используют электрический дроссель 34.

Промежуточный трубный переводник 22 (фиг.7), монтируемый на резьбе 24 на верхнем конце буровой трубы 2, содержит корпус 30, в кольцевой канавке 31 которого, выполненной на торце 32 со стороны муфты 33, помещен электрический дроссель 34. Канавка 31 залита компаундом 35. Провода 36 от дросселя 34 проходят внутри отверстий 37, высверленных в теле корпуса 30, заполненных компаундом 35 и заглушенных винтовой заглушкой 38. Провода 36 подсоединены к герметичному разъему 29, укрепленному на перегородке 39. В перегородке 39 выполнены отверстия 40 для прохождения бурового раствора.

Промежуточный трубный переводник 21 (фиг.8), монтируемый на нижнем конце буровой трубы 2, содержит те же элементы, что переводник 22, но в корпусе 30 промежуточного трубного переводника 21 кольцевая канавка 31 для дросселя 34 выполнена на торце 41 со стороны ниппеля 42 и изменена ориентация разъема.

Используют множество отрезков 43 (фиг.9) кабеля, снабженных разъемами 44, 45, по количеству буровых труб 2 для соединения разъемов 27, 28, размещенных на соседних промежуточных трубных переводниках 21, 22 буровых труб 2. Каждый из отрезков 43 кабеля размещают внутри соответствующей буровой трубы 2 и электрически связывают с соответствующими разъемами 27, 28.

Во втором варианте выполнения буровой компоновки 1 (фиг.10) перед установкой квадрата 18 на его торцах устанавливают промежуточные трубные переводники 21, 22, а внутри квадрата 18 размещают отрезок 46 кабеля, подключенный к контактам разъемов 27, 28. Верхний трубный переводник 15 со вторым электронным блоком 16 передачи информации устанавливают выше квадрата 18 и соединяют со съемным устройством 17 на вертлюге 19.

Для продолжения бурения и набора кривизны буровую компоновку 1 частично поднимают из скважины, снимают вертлюг 19, квадрат 18, шар-кран 14, устанавливают по меньшей мере одну дополнительную буровую трубу 2, снабженную промежуточными трубными переводниками 21, 22 и отрезком 43 кабеля, а затем вновь устанавливают шар-кран 14, квадрат 18 и вертлюг 19. Обычно устанавливают три дополнительных буровых трубы 2.

По меньшей мере один из отрезков 43 кабеля, устанавливаемых внутри буровых труб 2, содержит промежуточный ретранслятор 47 (фиг.9).

Ретранслятор 47 в описываемом варианте содержит источник питания (не показан), например литиевую батарею, усилитель (не показан), логический блок (не показан) для разделения электрического сигнала, поступающего от инклинометра 9 к наземной аппаратуре, и сигнала, поступающего от блока управления и индикации к инклинометру 9 (не показано).

По меньшей мере один из промежуточных трубных переводников 21, 22 содержит промежуточный ретранслятор 48 (фиг.11). Промежуточный ретранслятор 48 выполнен аналогично описанному выше.

Подготовленная к свинчиванию буровая труба 2 содержит дополнительно два промежуточных трубных переводника 21, 22, отрезок 43 кабеля. После сборки и монтажа в буровую компоновку 1 труба 2 с промежуточными трубными переводниками 21, 22 и отрезком 43 кабеля обеспечивает надежную передачу сигналов.

Предлагаемый способ бурения наклонных и горизонтальных скважин, в котором использованы промежуточные трубные переводники со средством бескабельной передачи информации, позволяет получить повышенную надежность передачи сигналов, характеризующих параметры скважины, позволяет отказаться от специальных буровых труб с дросселями и проводами, что удешевляет буровое оборудование и улучшает мобильность групп специалистов, обеспечивающих проводку наклонных и горизонтальных скважин.

Предлагаемое изобретение позволит повысить надежность бурения наклонных и горизонтальных скважин, снизить стоимость бурового оборудования. В предлагаемом способе нет необходимости использовать специальные буровые трубы, прочность которых снижена из-за наличия продольной канавки с проводом.

Формула изобретения

1. Способ бурения наклонных и горизонтальных скважин, заключающийся в том, что осуществляют бурение вертикального ствола скважины посредством буровой компоновки, содержащей квадрат для роторного бурения и множество соединенных последовательно друг с другом буровых труб, снабженных на конце долотом, затем осуществляют бурение наклонной и горизонтальной частей скважины, для чего буровую компоновку извлекают из скважины, монтируют в нее забойный двигатель и кривой переводник с посадочным устройством и опускают в скважину, опускают посредством геофизического кабеля внутрь буровой компоновки инклинометр и фиксируют его на посадочном устройстве, затем наращивают буровую компоновку последовательно соединенными буровыми трубами до достижения долотом дна скважины, устанавливают на буровую компоновку нижний трубный переводник, в котором размещен первый электронный блок передачи информации, при этом инклинометр соединен посредством геофизического кабеля с первым электронным блоком передачи информации, который электрически связан посредством элементов системы бескабельной передачи информации с блоком управления и индикации, устанавливают на нижнем трубном переводнике сборку буровых труб и шар-кран, которые используют в качестве элементов системы бескабельной передачи информации, устанавливают на шар-кран верхний трубный переводник, в котором размещают второй электронный блок передачи информации, электрически связанный с первым электронным блоком передачи информации и через съемное устройство, установленное на вертлюге, с блоком управления и индикации, при достижении проектного угла профиля скважины дополнительно к забойному двигателю включают роторный двигатель для бурения прямолинейного участка наклонной или горизонтальной части скважины, при этом осуществляют контроль профиля скважины по азимуту и углу наклона по показаниям блока управления и инклинометра, отличающийся тем, что перед установкой буровых труб в буровую компоновку выше нижнего трубного переводника на обоих торцах каждой буровой трубы устанавливают промежуточные трубные переводники, каждый из которых содержит средство бескабельной передачи информации, размещенное на одном торце, и по меньшей мере два разъема, размещенных на другом торце указанного промежуточного трубного переводника, используют множество отрезков кабеля, снабженных разъемами, по количеству буровых труб для соединения разъемов, расположенных на трубных переводниках буровых труб, причем каждый из отрезков кабеля размещают внутри соответствующей буровой трубы и электрически связывают с соответствующими разъемами промежуточного трубного переводника.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что квадрат устанавливают на верхний трубный переводник для роторного бурения наклонного или горизонтального ствола скважины, выше квадрата устанавливают вертлюг, на котором размещают съемное устройство, один разъем которого посредством кабеля, пропущенного внутри квадрата, электрически связан со вторым электронным блоком передачи информации, а второй разъем - с блоком управления и индикации, и осуществляют бурение забойным двигателем криволинейного участка скважины.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве средства бескабельной передачи информации в каждом промежуточном трубном переводнике используют электрический дроссель.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед установкой квадрата на его торцах устанавливают промежуточные трубные переводники с дросселями и разъемами, а внутри квадрата размещают отрезок кабеля, снабженный разъемами, подключенный к контактам разъемов промежуточного трубного переводника, при этом верхний трубный переводник со вторым электронным блоком передачи информации устанавливают выше квадрата и соединяют со съемным устройством.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для продолжения бурения и набора кривизны буровую компоновку частично поднимают из скважины, снимают вертлюг, квадрат и шар-кран, устанавливают по меньшей мере одну дополнительную буровую трубу, снабженную промежуточными трубными переводниками и отрезком кабеля, а затем вновь устанавливают шар-кран, квадрат и вертлюг.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из отрезков кабеля, устанавливаемых внутри буровых труб, содержит промежуточный ретранслятор.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что ретранслятор содержит источник питания, усилитель и логические блоки для разделения электрического сигнала, поступающего от инклинометра к блоку управления и индикации и от блока управления и индикации к инклинометру.

8. Способ по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что по меньшей мере один из множества трубных переводников содержит промежуточный ретранслятор.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что промежуточный ретранслятор содержит источник питания, усилитель и логические блоки для разделения сигналов, поступающих от инклинометра и от блока управления и индикации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11