RU2687998C1 - Способ роторного бурения скважин модульной управляемой системой малого диаметра - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к направленному бурению нефтяных и газовых скважин. Способ роторного бурения скважин модульной управляемой системой малого диаметра включает бурение скважины или бокового ствола с наклонным пространственно-ориентированным профилем в продуктивном пласте с применением модульной системы роторного бурения, включающей модуль телеметрии и модуль каротажа. Предварительно проводят исследования условий залегания горных пород при помощи сейсмических исследований. В процессе бурения одновременно контролируют положение траектории скважины и производят геофизические исследования в скважине. По данным геофизических исследований определяют угол напластования горных пород в режиме реального времени. По данным телеметрии определяют зенитный угол бурения скважины. Затем по значениям угла напластования и зенитного угла вычисляют угол вскрытия пласта, сравнивают вычисленный угол вскрытия с проектным углом вскрытия пласта, полученным в ходе предварительных исследований условий залегания горных пород. В случае отклонения его от проектного производят корректировку зенитного угла бурения скважины с учетом угла напластования горных пород в зависимости от геологического строения горного массива. Техническим результатом является повышение точности бурения наклонно-ориентированных скважин. 1 ил.

Description

Изобретение относится к направленному бурению нефтяных и газовых скважин.

Известен способ и устройство для управления направлением бурения в продуктивном пласте с использованием магнитного поля постоянного тока [патент РФ №2572875 от 20.01.2016]. Способ управления направлением движения буровой компоновки внутри продуктивного пласта включает размещение буровой компоновки внутри продуктивного пласта между верхним электропроводящим пластом, обладающим магнитным полем постоянного тока, и нижним электропроводящим пластом, обладающим магнитным полем постоянного тока; использование датчика для измерения магнитного поля в продуктивном пласте, складывающегося из магнитного поля постоянного тока верхнего электропроводящего пласта и магнитного поля постоянного тока нижнего электропроводящего пласта; и управление направлением движения буровой компоновки внутри продуктивного пласта с использованием результатов измерения магнитного поля.

К недостаткам известного способа относится то, что он позволяет проводить ориентирование бурильного инструмента в мощном однородном пласте, тогда как использование его в слоисто-неоднородных пластах затруднительно.

Известен способ геонавигации бурильного инструмента и управления его траекторией при проводке скважин в нужном направлении [патент РФ №2613364 от 16.03.2017]. Способ включает контроль за положением бурильного инструмента в межскважинном пространстве (МСП) при проходке скважин с помощью координатной системы измерения в процессе бурения - MWD, при этом одновременно применяют метод зондирования становлением электрического поля в ближней зоне - ЭЗС-Б для вычисления кажущегося удельного электрического сопротивления горной породы для определения координат и границы целика нефти, занимающего неопределенное положение в МСП, при этом обеспечивают контроль в режиме реального времени за положением бурильного инструмента в МСП при проходке скважины, бурящейся в сторону указанного целика нефти, с учетом координат и границ расположения указанного целика нефти в МСП, определяемого методом ЭЗС-Б, и в процессе производимого контроля вносят в координатную систему MWD для ориентации бурильного инструмента в МСП поправки, обеспечивающие изменение направления в ориентации бурильного инструмента в сторону расположения указанного целика нефти.

К недостаткам известного способа относится, то, что при выборе траектории скважины не учитывается угол вскрытия пласта скважиной, что в дальнейшем сказывается на эффективности выработки остаточных запасов нефти.

Известен способ и система бурения с автоматическим уточнением точек маршрута или трассы ствола скважины на основании корректировки данных инклинометрии [патент РФ №2657033 от 08.06.2018]. Способ бурения включает сбор данных инклинометрии на буровой площадке и определение точки маршрута или трассы ствола скважины на основании данных инклинометрии. Способ бурения также включает пересылку данных инклинометрии в центр удаленного контроля, который вносит коррективы в данные инклинометрии. Способ бурения также включает получение откорректированных данных инклинометрии и автоматическую корректировку точки маршрута или трассы ствола скважины на основании откорректированных данных инклинометрии.

К недостаткам известного способа, относится то, что в процессе корректировки траектории скважины учитываются только данные об инклинометрии и не учитывается геологическое строение горного массива, а именно информация об углах наклона пластов и их толщинах.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу по совокупности признаков является способ направления бурения буровой скважины в целевом подземном пласте, включающий этапы подготовки бурового оборудования, имеющего компоновку низа бурильной колонны, которая включает в себя управляемую подсистему наклонно-направленного бурения и направленный измерительный прибор каротажа во время бурения с возможностью кругового просмотра и упреждающего просмотра; определения наличия заданного типа особенности пласта в целевом пласте; и навигации траектории бурения в целевом пласте буровым оборудованием, включающей в себя прием сигналов измерений с направленного измерительного прибора, получение на основании принимаемых сигналов измерений показателей параметров пласта относительно особенности пласта в целевом пласте и управление подсистемой наклонно-направленного бурения для бурения в направлении, определяемом в зависимости от получаемых показателей параметров пласта. [патент РФ №2542026 от 20.02.2015]. Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым способом, - способ роторного бурения скважин модульной управляемой системой малого диаметра, при котором предварительно проводят исследования условий залегания горных пород при помощи сейсмических исследований, бурят скважину или боковой ствол с наклонным пространственно-ориентированным профилем в продуктивном пласте с применением модульной системы роторного бурения, включающей модуль телеметрии и модуль каротажа, в процессе бурения одновременно контролируют положение траектории скважины измерением зенитного угла бурения скважины и проводят геофизические исследования в скважине, по данным исследований корректируют траекторию скважины.

К недостаткам известного способа, принятого за прототип, относится то, что в процессе корректировки траектории скважины не учитываются данные об углах наклона вскрываемых пластов и их толщинах.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение точности бурения наклонно-ориентированных скважин.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе роторного бурения скважин модульной управляемой системой малого диаметра, при котором предварительно проводят исследования условий залегания горных пород при помощи сейсмических исследований, бурят скважину или боковой ствол с наклонным пространственно-ориентированным профилем в продуктивном пласте с применением модульной системы роторного бурения, включающей модуль телеметрии и модуль каротажа, в процессе бурения одновременно контролируют положение траектории скважины измерением зенитного угла бурения скважины и проводят геофизические исследования в скважине, по данным исследований корректируют траекторию скважины, согласно изобретению по данным геофизических исследований в процессе бурения определяют угол напластования горных пород в режиме реального времени, по значениям угла напластования и зенитного угла вычисляют угол вскрытия пласта, затем сравнивают вычисленный угол вскрытия с проектным углом вскрытия пласта, полученным в ходе предварительных исследований условий залегания горных пород, в случае отклонения его от проектного производят корректировку зенитного угла бурения скважины с учетом угла напластования горных пород в зависимости от геологического строения горного массива.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа: определяют угол напластования горных пород в режиме реального времени по данным геофизических исследований в процессе бурения; вычисляют угол вскрытия пласта по значениям угла напластования и зенитного угла; сравнивают вычисленный угол вскрытия с проектным углом вскрытия пласта, полученным в ходе предварительных исследований условий залегания горных пород; в случае отклонения его от проектного производят корректировку зенитного угла бурения скважины с учетом угла напластования горных пород в зависимости от геологического строения горного массива.

Благодаря новым признакам заявляемый способ роторного бурения скважин позволяет проводить оперативную корректировку направления бурения с учетом данных об углах наклона вскрываемых пластов. Отличительные признаки в совокупности с известными позволят повысить точность бурения наклонно-ориентированных скважин.

Заявителю неизвестно использование в науке и технике отличительных признаков способа роторного бурения скважин с получением указанного технического результата.

На чертеже представлена схема устройства для осуществления предложенного способа. На схеме показаны:

1- долото;

2- модуль отклонения;

3 - модуль телеметрии;

4 - модуль каротажа;

5 - генератор;

6 - пульсатор с датчиком давления;

7 - бурильная колонна;

8 - буровая вышка;

9 - пульт управления;

10 - плоскость фактического залегания пласта в точке вскрытия;

11 - плоскость залегания пласта по проекту в точке вскрытия;

α - угол вскрытия пласта скважины по проекту;

α' - фактический угол вскрытия пласта скважины;

х, у, z - координаты местоположения долота.

Способ роторного бурения скважин модульной управляемой системой малого диаметра осуществляют следующим образом.

Предварительно проводят исследования условий залегания горных пород при помощи сейсмических исследований. Определяют углы напластования и состав горных пород, слагающих горный массив. Проектируют скважину с определением траектории и углов вскрытия пластов.

После бурения и крепления верхних интервалов (направление, кондуктор и техническая колонна) или после зарезки окна в обсадной колонне (в случае бурения бокового ствола) в скважину на колонне бурильных труб 7 спускают долото 1 и модульную управляемую систему роторного бурения диаметром 120 мм.

Бурение скважины осуществляется по заданной траектории с применением долота 1, модульной управляемой системы роторного бурения, буровой вышки 8 и пульта управления 9.

Модульная управляемая система роторного бурения включает в себя модули отклонения 2, телеметрии 3, каротажа 4, генератор 5 и пульсатор с датчиком давления 6, соединенные посредством унифицированных переходников.

Контроль за траекторией ствола скважины, обработку данных, контроль за подземной аппаратурой осуществляют при помощи модуля телеметрии 3. В качестве модуля телеметрии 3 может быть использована система, описанная в патенте РФ №2646287 от 22.03.2018. Применение модуля телеметрии 3 повышает точность определения расположения скважины при входе в пласт, что обеспечивается низкими величинами ошибки определения зенитного и азимутального угла.

Отклонение долота 1 обеспечивается использованием модуля отклонения 2. В качестве модуля отклонения 2 может быть использован блок отклонения системы буровым устройством, описанный в патенте РФ №2655325 от 25.05.2018. Использование модуля отклонения 2 системы управления буровым устройством обеспечивает точность и плавность искривления профиля скважины, соответствие ее диаметра номинальному, что, как показывает практика, в совокупности обеспечивает высокое качество заканчивания скважин и эффективность ее дальнейшей эксплуатации.

Модуль каротажа 4 позволяет проводить геофизические исследования в процессе бурения скважины. В перечень определяемых параметров входят: плотность горных пород, пористость, удельное электрическое сопротивление и угол напластования горных пород. Последний параметр позволяет производить корректировку траектории скважины и актуализировать информацию о геологическом строении залежи. Информация, получаемая при помощи модуля 4, передается на обработку в модуль 3. Передача информации от модуля 3 на пульт управления 9, расположенный на устье и обратно происходит посредством гидравлических импульсов давления, что обеспечивается наличием пульсатора и датчика давления 6 (фиг.). На устье в системе циркуляции после буровых насосов установлен датчик, регистрирующий изменение давления в системе, данные с датчика передаются на пульт управления 9. Пульт управления 9 посредством контролирования работы буровых насосов подает обратный сигнал к забойной аппаратуре, сигнал принимается датчиком давления 6, и обрабатывается платой управления, расположенной в модуле 3. После обработки полученного сигнала от модуля телеметрии 3 на модуль отклонения 2 передается команда об изменении траектории бурения, далее осуществляется обратная связь об успешном выполнении команды.

Питание подземного оборудования осуществляется за счет энергоблока, включающего в себя аккумуляторные батареи (входят в состав модуля 3) и генератор 5. Наличие генератора 5 позволяет вырабатывать электроэнергию для питания модуля отклонения 2, модуля телеметрии 3, модуля каротажа 4 и подзарядки аккумуляторных батарей в процессе бурения при циркуляции буровой жидкости. Аккумуляторные батареи обеспечивают работу глубинного оборудования без циркуляции жидкости, например, при выполнении спускоподъемных операций.

При бурении скважины осуществляют вращение бурильной колонны 6 при помощи ротора и ведущей трубы или системы верхнего привода с одновременной циркуляцией бурового раствора. В процессе бурения при помощи модуля телеметрии 3 контролируют положение траектории скважины (х, у, z) и зенитный угол бурения скважины, а при помощи модуля каротажа 4 одновременно производят геофизические исследования в скважине - определяют свойства горных пород и углы их напластования. Данные передаются с забоя на пульт управления 9, расположенный на поверхности.

Затем по значениям угла напластования и зенитного угла вычисляют угол вскрытия пласта, сравнивают вычисленный угол вскрытия с проектным углом вскрытия пласта, полученным в ходе предварительных исследований условий залегания горных пород. В случае отклонения фактического угла вскрытия от проектного α производят корректировку зенитного угла бурения скважины с учетом определенного угла напластования горных пород в зависимости от геологического строения горного массива. Для этого отправляют команду от пульта управления 9 на модуль отклонения 2 через модуль телеметрии 3. Таким образом, в процессе бурения постоянно происходит сопоставление данных о пространственном положении бурильного инструмента и траектории вскрытия горных пород, что обеспечивает высокую точность проводки скважин и актуализацию информации о геологическом строении залежи.

Преимущество изобретения состоит в том, что одновременный каротаж с определением условий напластования и контроль траектории позволяет повысить точность проводки скважины и вскрытия продуктивного пласта.

Claims (1)

1. Способ роторного бурения скважин модульной управляемой системой малого диаметра, при котором предварительно проводят исследования условий залегания горных пород при помощи сейсмических исследований, бурят скважину или боковой ствол с наклонным пространственно-ориентированным профилем в продуктивном пласте с применением модульной системы роторного бурения, включающей модуль телеметрии и модуль каротажа, в процессе бурения одновременно контролируют положение траектории скважины измерением зенитного угла бурения скважины и проводят геофизические исследования в скважине, по данным исследований корректируют траекторию скважины, отличающийся тем, что по данным геофизических исследований в процессе бурения определяют угол напластования горных пород в режиме реального времени, по значениям угла напластования и зенитного угла вычисляют угол вскрытия пласта, затем сравнивают вычисленный угол вскрытия с проектным углом вскрытия пласта, полученным в ходе предварительных исследований условий залегания горных пород, в случае отклонения его от проектного производят корректировку зенитного угла бурения скважины с учетом угла напластования горных пород в зависимости от геологического строения горного массива.

Images