RU2054530C1

RU2054530C1 - Design of underground multihole well, method for its construction and method for its operation

Info

Publication number: RU2054530C1
Application number: RU92011922A
Authority: RU
Inventors: Е.Я. Юдин; А.Е. Юдин
Original assignee: Юдин Евгений Яковлевич
Priority date: 1992-12-15
Filing date: 1992-12-15
Publication date: 1996-02-20

Abstract

FIELD: oil production. SUBSTANCE: mining of oil and natural bitumens is effected by drilling, from the day surface in the center of operation block, of shaft of small section, and drilling of lifting horizontal wells from the shaft bottom in two levels by means of deflecting-and-guide string and metal bottom plate. Vertical main well is drilled from the shaft bottom. To efficiently recover oil and natural bitumens from formations, gas cap is developed in each operation block by injection through injection wells located in the upper level of working agent - steam with compressed air (or gas) or compressed air (or gas) only. Oil and natural bitumens are collected into vertical main well and their lifting is accomplished by airlift lifter mounted in separating column and vertical main well. EFFECT: higher efficiency. 5 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к разработке нефтяных месторождений при помощи подземных многозабойных горизонтальных скважин и может быть использовано для добычи нефти и природных битумов любого фракционного состава, на любой стадии разработки месторождений, в том числе, при вторичной разработке истощенных нефтяных пластов и искусственно обводненных в результате применения при первичной разработке метода заводнения. The invention relates to the development of oil fields using underground multilateral horizontal wells and can be used for oil and natural bitumen of any fractional composition, at any stage of field development, including in the secondary development of depleted oil reservoirs and artificially flooded as a result of application at primary developing a waterflooding method.

Известен способ добычи нефти горизонтальными скважинами, пробуренными из вертикального шахтного ствола (способ Л.Ренни), при котором в забойной части ствола, вскрывающего нефтяной пласт, сооружают рабочую камеру, из которой в толщу пласта в радиальных направлениях подземным буровым станком бурят подземные горизонтальные скважины. Нефть, вытекающую из пласта, собирают в емкость (зумпф), сооружаемую в забое шахтного ствола, откуда обычными насосами ее откачивают на дневную поверхность [1]
Известен также способ добычи вязкой, тяжелой нефти подземными горизонтальными скважинами, пробуренными из шахтного ствола, с применением теплового воздействия на продуктивный пласт, включающий бурение с дневной поверхности на каждом эксплуатационном участке (блоке) разрабатываемого месторождения одного вертикального шахтного ствола, вскрывающего пласт. В забое шахтного ствола за счет его расширения сооружают рабочую камеру цилиндрической формы, из которой в толщу пласта в радиальных направлениях подземным буровым станком бурят восемь нагнетательных и восемь добывающих горизонтальных скважин. Через нагнетательные скважины из паропровода, проложенного в шахтном стволе, в пласт принудительно подают пар. Вязкость нефти уменьшается, и она под действием силы тяжести вытекает по добывающим скважинам в рабочую камеру, откуда ее насосом откачивают на дневную поверхность [1]
Недостатком указанного способа является необходимость постоянного присутствия людей под землей для проведения трудоемких, дорогостоящих и повышенной опасности горных, буровых и эксплуатационных работ.A known method of oil production by horizontal wells drilled from a vertical shaft (method L. Renny), in which a working chamber is constructed in the bottomhole part of the trunk opening the oil reservoir, from which underground horizontal wells are drilled into the thickness of the reservoir in radial directions by an underground drilling rig. Oil flowing from the reservoir is collected in a tank (sump) constructed in the bottom of the shaft, from where it is pumped to the day surface with conventional pumps [1]
There is also known a method of producing viscous, heavy oil by underground horizontal wells drilled from a mine shaft using thermal action on a producing formation, including drilling from a day surface at each production site (block) of a developed field of one vertical mine shaft opening a formation. In the bottom of the shaft due to its expansion, a working chamber of a cylindrical shape is constructed, from which eight injection and eight producing horizontal wells are drilled into the thickness of the formation in radial directions by an underground drilling rig. Steam is forcibly supplied to the formation through injection wells from a steam line laid in a shaft shaft. The viscosity of the oil decreases, and it flows under the influence of gravity through the producing wells into the working chamber, from where it is pumped to the day surface with a pump [1]
The disadvantage of this method is the need for the constant presence of people underground to carry out laborious, expensive and increased risks of mining, drilling and production work.

Указанный способ не удовлетворяет и требованиям действующих правил безопасности, согласно которым при постоянном нахождении людей под землей для их безопасной работы совершенно обосновано требуется иметь два независимых выхода из подземной рабочей камеры на дневную поверхность (т.е. сооружать два параллельных шахтных ствола) и проветривать рабочую камеру таким образом, чтобы свежая воздушная струя и исходящая из рабочей камеры отработанная воздушная струя не находились в одной горной выработке (вертикальном шахтном стволе). В известном способе эти требования не соблюдаются, что чрезвычайно опасно для работающих. The specified method does not satisfy the requirements of the current safety rules, according to which, when people are constantly underground, for their safe operation it is absolutely justified to have two independent exits from the underground working chamber to the day surface (i.e. to build two parallel shaft shafts) and ventilate the working the chamber in such a way that the fresh air stream and the exhausted air stream emanating from the working chamber are not in the same mine working (vertical shaft). In the known method, these requirements are not met, which is extremely dangerous for workers.

Целью изобретения является увеличение коэффициента извлечения нефти из недр за счет более эффективного использования пластовой энергии, использования подземных многозабойных горизонтальных скважин одновременно для добычи нефти и нагнетания в продуктивный пласт различных рабочих агентов, в частности водяного пара, совместно со сжатым воздухом (или природным газом, или одного сжатого воздуха (или природного газа) и уменьшения противодавления на продуктивный пласт столба жидкости (нефть + вода), вытекающий из пласта и скапливающийся в вертикальной головной скважине, а также создания необходимых условий для надежной и высокопроизводительной работы подземных многозабойных горизонтальных скважин во время их забуривания, бурения и эксплуатации без присутствия людей под землей. The aim of the invention is to increase the coefficient of oil recovery from the bowels due to a more efficient use of reservoir energy, the use of underground multilateral horizontal wells simultaneously for oil production and injection into the reservoir of various working agents, in particular water vapor, together with compressed air (or natural gas, or one compressed air (or natural gas) and reducing back pressure on the productive formation of a liquid column (oil + water) flowing from the formation and accumulating in rtikalnoy head well, as well as creating the necessary conditions for reliable and high-performance operation of underground multi-branched horizontal wells during their collaring, drilling and operation without the presence of people under the ground.

На фиг. 1 показана конструкция подземной многозабойной горизонтальной скважины; на фиг.2 представлена схема металлического днища, жестко соединенного с первым нижним звеном постоянного крепления шахтного ствола, где а центральное и направляющие окна, во время погружения крепи в пробуренный шахтный ствол они заполнены цементным раствором (закрыты цементными пробками); в дальнейшем цементные пробки разбуривают и окна служат для пропуска необходимого бурового и эксплуатационного оборудования; б часть изгибающе-направляющей колонны во время бурения подземной горизонтальной скважины; в разделительная колонна, устанавливаемая на период эксплуатации; на фиг.3 то же, вид сверху; на фиг.4 представлена схема сооружения подземных горизонтальных скважин из забоя вертикального шахтного ствола с помощью изгибающе-направляющей колонны; буровая колонна на схеме изображена во время извлечения ее на дневную поверхность; на фиг.5 представлена нижняя часть схемы фиг. 4 в увеличенном масштабе; буровая колонна изображена в процессе бурения подземной горизонтальной скважины; на фиг.6 приведена схема эксплуатации продуктивного пласта и добычи нефти подземными многозабойными горизонтальными скважинами; на фиг.7 представлена схема разработки месторождения нефти эксплуатационными блоками. In FIG. 1 shows the construction of an underground multilateral horizontal well; figure 2 presents a diagram of a metal bottom, rigidly connected to the first lower link of the permanent mounting of the shaft shaft, where the central and guide windows, while immersing the lining in the drilled shaft shaft, they are filled with cement mortar (closed with cement plugs); in the future, cement plugs are drilled and the windows serve to pass the necessary drilling and production equipment; b part of the bending guide column while drilling an underground horizontal well; in the separation column installed for the period of operation; figure 3 is the same, a top view; figure 4 presents a diagram of the construction of underground horizontal wells from the bottom of a vertical shaft using a bending guide column; the drill string in the diagram is shown during extraction to the day surface; 5 shows the lower part of the circuit of FIG. 4 on an enlarged scale; the drill string is depicted while drilling an underground horizontal well; figure 6 shows a diagram of the operation of the reservoir and oil production by underground multilateral horizontal wells; 7 is a diagram of the development of an oil field by production units.

Добычу нефти подземными многозабойными горизонтальными скважинами осуществляют следующим образом. Oil production by underground multilateral horizontal wells is as follows.

Нефтяное месторождение 1, которое предполагают разрабатывать этими скважинами, разбивают на отдельные эксплуатационные блоки 2. The oil field 1, which is supposed to be developed by these wells, is divided into separate production blocks 2.

В центральной части каждого блока с дневной поверхности до отметки, находящейся в нескольких метрах от кpовли 3 продуктивного пласта 4 или в нем самом (в зависимости от мощности пласта и радиуса кривизны R, с которым будут забуриваться горизонтальные скважины) бурят шахтный ствол 5 диаметром 1,0-3,0 м. Крепление шахтного ствола производят погружной металлической крепью, свариваемой на дневной поверхности над его устьем в сплошной став из отдельных звеньев. К первому нижнему звену приваривают металлическое днище 7, которое имеет центральное отверстие 8 и направляющие окна 9 для бурения вертикальной головной скважины 6 и горизонтальных скважин 19 и 20, а также пропуска необходимого оборудования и труб. Перед погружением крепи в шахтный ствол 5 для обеспечения ее плавучести все отверстия в днище 7 цементируют, т. е. каждое отверстие закрывают цементной пробкой. После спуска в скважину металлической крепи с днищем 7 все закрепленное пространство цементируют. Затем приступают к бурению вертикальной головной скважины 6 диаметром 6 -8 м на глубину, равную 0,2-0,3 глубины шахтного ствола 5, для обеспечения эффективного эрлифтного подъема нефти на дневную поверхность. In the central part of each block, from the day surface to a mark located a few meters from the roof 3 of the producing formation 4 or in it (depending on the thickness of the formation and the radius of curvature R, with which horizontal wells will be drilled), a mine shaft 5 is drilled with a diameter of 1, 0-3.0 m. The shaft shaft is fastened with a submersible metal support welded on the day surface above its mouth in a continuous formation of individual links. A metal bottom 7 is welded to the first lower link, which has a central hole 8 and guide windows 9 for drilling a vertical head well 6 and horizontal wells 19 and 20, as well as allowing necessary equipment and pipes to pass through. Before immersing the lining in the shaft shaft 5 to ensure its buoyancy, all holes in the bottom 7 are cemented, i.e., each hole is closed with a cement plug. After the descent into the well of a metal lining with a bottom 7, all the fixed space is cemented. Then they begin to drill a vertical head well 6 with a diameter of 6-8 m to a depth equal to 0.2-0.3 of the depth of the shaft 5, to ensure effective airlift lifting of oil to the surface.

Для бурения горизонтальных скважин в шахтном стволе 5 монтируют изготовленную из металлических труб изгибающе-направляющую колонну 10. Колонна 10 выполняется с возможностью перемещения в осевом направлении и вращения вокруг вертикальной оси. Колонну крепят на дневной поверхности в крышке 11, герметично закрывающей устье шахтного ствола 5, а под землей хвостовой частью 12 ее опускают в головную скважину 6. Изогнутую часть колонны 13 на конце оснащают уплотнительным элементом 14 из эластичного материала и плотно прижимают к днищу 7. For drilling horizontal wells in the shaft 5, a bending guide column 10 made of metal pipes is mounted. The column 10 is movable in the axial direction and rotated around a vertical axis. The column is mounted on the day surface in the cover 11, hermetically closing the mouth of the shaft 5, and underground, the tail part 12 is lowered into the head hole 6. The curved part of the column 13 is equipped at the end with a sealing element 14 made of elastic material and tightly pressed to the bottom 7.

По окончании указанных работ с дневной поверхности через колонну 10 на бурильной колонне 15 на днище 7 опускают отклонитель 16 и трубобур 17 с долотом 18, а затем буровой установкой, расположенной на дневной поверхности, производят бурение горизонтальных скважин. At the end of these operations, the diverter 16 and the drill 17 with a bit 18 are lowered from the surface through the string 10 on the drill string 15 to the bottom 7, and then horizontal wells are drilled with a drilling rig located on the surface.

Во время бурения осуществляют принудительную подачу бурового инструмента с помощью утяжеленных труб, монтируемых в верхней части буровой колонны, а при необходимости, и с помощью гидравлических домкратов, установленных на дневной поверхности. During drilling, the drilling tool is forced to feed using weighted pipes mounted in the upper part of the drill string, and if necessary, using hydraulic jacks installed on the day surface.

В зависимости от строения продуктивного пласта скважины 19 и 20 бурят горизонтальными или пологонаклонными с тем, чтобы был вскрыт вест разрез продуктивного пласта. Depending on the structure of the reservoir, wells 19 and 20 are drilled horizontally or gently so that a section of the reservoir is opened.

Горизонтальные скважины в пласте располагают в два яруса. При этом добывающие скважины 19 бурят в нижней части пласта 4, а нагнетательные 20 в верхней. Horizontal wells in the formation are arranged in two tiers. In this case, production wells 19 are drilled in the lower part of the formation 4, and injection 20 in the upper.

Для бурения скважин 19 и 20 с разными радиусами закругления каждый раз заменяют нижнюю изгибающую часть колонны 10. For drilling wells 19 and 20 with different radii of curvature, the lower bending part of the string 10 is replaced each time.

В пробуренных горизонтальных скважинах (прежде всего в их глубинных частях) производят торпедирование для увеличения в пласте 4 дренирующей поверхности. In the drilled horizontal wells (primarily in their deep parts), torpedoing is carried out to increase 4 drainage surfaces in the formation.

Крепление скважин 19 и 20 производят перфорированными обсадными трубами, а в головных частях скважин (в пустых породах) их затрубное пространство 21 цементируют. В крепких устойчивых породах, слагающих продуктивный пласт, стенки 22 скважин могут быть открытыми и не крепиться обсадными трубами. Для бурения очередной горизонтальной скважины колонну 10 приподнимают над днищем 7, поворачивают на заданный угол, снова плотно прижимают к днищу, разбуривают цементную пробку и после этого бурят саму скважину. Буровой раствор с выбуренной породой поднимают на дневную поверхность по колонне 10, поэтому он не попадает в шахтный ствол 5. Во время бурения горизонтальных скважин шахтный ствол 5 заполняют вязкоупругой жидкостью, например раствором на нефтяной основе, с таким расчетом, чтобы в пробуренных скважинах давление Р_ств было больше пластового давления Р_пл. Таким образом раствор не участвует в промывке горизонтальных скважин, но контролирует продуктивный пласт, не позволяя ему работать до окончания бурения всех скважин.The wells 19 and 20 are fastened with perforated casing pipes, and their annular space 21 is cemented in the head parts of the wells (in empty rocks). In strong stable rocks that make up the reservoir, the walls 22 of the wells can be open and not fastened by casing pipes. To drill the next horizontal well, the column 10 is raised above the bottom 7, rotated by a predetermined angle, pressed tightly to the bottom again, drilled a cement plug and then drilled the well itself. Drilled mud is raised to the day surface along the string 10, so it does not enter the shaft 5. During drilling horizontal wells, the shaft 5 is filled with a viscoelastic fluid, for example, an oil-based solution, so that the pressure P in the drilled wells _{the well} was more than reservoir pressure P _pl . Thus, the solution does not participate in the washing of horizontal wells, but controls the reservoir, not allowing it to work until the completion of drilling of all wells.

После бурения проектного числа горизонтальных скважин из шахтного ствола 5 изгибающе-направляющую колонну вынимают на дневную поверхность. After drilling the design number of horizontal wells from the shaft 5, the bending guide column is removed to the day surface.

На период эксплуатации в шахтном стволе 5 для отделения нагнетаемых в пласт рабочих агентов от добываемой нефти монтируют разделительную колонну 26, устанавливая ее в забое шахтного ствола на металлическое днище и герметизируя с помощью пакера 27. For the period of operation in the shaft 5 to separate the injected working agents from the produced oil, a separation column 26 is mounted, installing it in the bottom of the shaft on a metal bottom and sealing with a packer 27.

После откачки из шахтного ствола вязкоупругой жидкости начинают добычу нефти из эксплуатационного блока. After pumping out the viscoelastic fluid from the shaft, oil production begins from the production unit.

При этом через задвижку 28 по кольцевому пространству между стенками шахтного ствола 5 и колонны 26 и через нагнетательные скважины 20 в верхнюю часть продуктивного пласта нагнетают рабочие агенты (в месторождениях тяжелых, вязких нефтей водяной пар со сжатым воздухом (или природным газом), в месторождениях легких нефтей сжатый воздух или природный газ). In this case, through the valve 28 along the annular space between the walls of the shaft 5 and the column 26 and through the injection wells 20, working agents are pumped into the upper part of the reservoir (in the fields of heavy, viscous oils, water vapor with compressed air (or natural gas), in light deposits oil, compressed air or natural gas).

В результате восстановления и поддержания запасов пластовой энергии на необходимом уровне посредством нагнетания в верхнюю часть нефтяного пласта сжатого воздуха (или природного газа), в каждом эксплуатационном блоке искусственно создают режим газовой шапки, при котором нефть через добывающие скважины вытесняется в шахтный ствол, где происходит ее сепарация. Нефть собирается в вертикальной головной скважине 6 и спущенным в нее эрлифтным (газлифтным) подъемником, состоящим из смесителя 23, воздухопровода 24 и подъемного трубопровода 25, поднимается на дневную поверхность. Отработавший сжатый воздух (или природный газ) собирается в верхней части разделительной колонны и через штуцер 29 выходит на дневную поверхность. As a result of restoring and maintaining reservoir energy reserves at the required level by injecting compressed air (or natural gas) into the upper part of the oil reservoir, a gas cap mode is artificially created in each production unit, in which oil is displaced through the production wells into the mine shaft, where it separation. Oil is collected in a vertical head well 6 and the air-lift (gas-lift) hoist lowered into it, consisting of a mixer 23, an air duct 24 and a lift pipeline 25, rises to the day surface. The exhaust compressed air (or natural gas) is collected in the upper part of the separation column and through the nozzle 29 goes to the day surface.

Таким образом, основной технический результат от промышленного использования предложенного способа добычи нефти с помощью подземных многозабойных горизонтальных скважин это обеспечение наиболее высокого коэффициента извлечения нефти и природного битума из недр с высокими технико-экономическими показателями за счет создания искусственного, более эффективного режима работы нефтяного и битумного пласта режима газовой шапки; увеличения в нем дренирующей и нагнетательной поверхностей, придания нефти и битуму большей текучести и значительного уменьшения противодавления на продуктивный пласт столба жидкости (нефть + вода), вытекающей из пласта и собираемой в вертикальной головной скважине, устье которой находится на уровне устьев добывающих скважин. Thus, the main technical result from the industrial use of the proposed method of oil production using underground multilateral horizontal wells is to provide the highest coefficient of extraction of oil and natural bitumen from the bowels with high technical and economic indicators by creating an artificial, more efficient mode of operation of the oil and bitumen formation gas cap mode; an increase in its drainage and injection surfaces, giving oil and bitumen greater fluidity, and a significant reduction in back pressure on the productive formation of a column of liquid (oil + water) flowing out of the formation and collected in a vertical head well whose mouth is at the level of the mouths of the producing wells.

Claims

1. The design of an underground multilateral horizontal well, including a vertical shaft, elements for securing the shaft, underground horizontal wells from the bottom of the shaft into the reservoir and a reservoir for collecting hydrocarbons, characterized in that it is provided with a vertical separation column concentrically located with the shaft and rigidly a bottom connected to the shaft support, and the bottom is mounted on the bottom of the shaft and has guide windows for drilling the vertical head wells and underground horizontal injection and producing wells, and the bottom of the head vertical well is located below the reservoir at a distance of 0.2 - 0.3 of the depth of the latter.

2. A method of constructing an underground multi-hole horizontal well, including drilling a vertical shaft shaft, securing a shaft shaft with support elements, drilling from a shaft shaft into the thickness of a productive formation of underground horizontal injection and producing wells and forming a reservoir for collecting hydrocarbons, characterized in that the lower link supports the shaft is welded to the bottom with pre-damped guide windows; at the mouth of the shaft, a vertical head well is drilled concentrically to it a vertical head well from the bottom to the shaft shaft of the casing is fixed through the producing formation to a level located from the bottom of the formation at a distance of 0.2 - 0.3 of the depth of the latter, forming a reservoir for collecting hydrocarbons, horizontal injection and production wells are drilled one under another to the design depth, moreover, drilling is carried out by a drilling rig located on the day surface through the bottom guiding windows and a bending guide column having a sealing means at the lower end A sealing it in the guide shank and bottom windows for installation in the vertical parent well, and curving guide-column is mounted on the cover rotatably.

3. A method of operating an underground multilateral horizontal well, including injecting a working agent into the formation through underground horizontal injection wells with a vertical head in the shaft, collecting hydrocarbons from the reservoir through underground horizontal producing wells into a reservoir and raising them to the surface, characterized in that in the reservoir, a gas cap mode is artificially created by simultaneously injecting hydrocarbons from lower horizontal production wells into the upper part of the formation through horizontal injection wells of working agents, the collection of hydrocarbons from the formation is carried out in the vertical head well, the mouth of which is located at the same level as the mouths of the producing wells, and for separating the working agents injected into the productive formation from produced hydrocarbons for the period of operation in the shaft mount the separation column, installing it in the bottom of the barrel on the bottom and sealing with a packer, and the rise of hydrocarbons on the day surface is They are driven with the help of an airlift lift, lowered into a vertical head hole inside the separation column, while the working agents are injected along the annular space between the walls of the shaft shaft and the separation column.

4. The method according to claim 3, characterized in that in fields containing heavy viscous oil or natural bitumen, steam is pumped as a working agent together with compressed air or natural gas, and in light oil fields, compressed air or natural gas.