WIERTNICTWO NAFTA GAZ TOM 28 ZESZYT 1 2 2011 Robert Rado*, Jan Lubaœ**, Petr Bujok*** TECHNICZNE ASPEKTY WIERCENIA KIERUNKOWEGO Z CZÊŒCIOWYM WYKORZYSTANIEM ISTNIEJ CYCH OTWORÓW**** 1. WSTÊP Postêp techniki i technologii w wiertnictwie umo liwia wykorzystywanie otworów kierunkowych w ró nych sytuacjach wiertniczych. Otwory o z³o onej trajektorii sta³y siê powszechne przy ró nego rodzaju wierceniach. Takim przyk³adem mog¹ byæ otwory wiercone z czêœci¹ pilotow¹ w celu zwiêkszenie ich trafnoœci oraz rekonstrukcje otworów ju istniej¹cych. W obu przypadkach stosuje siê metody z wykorzystaniem technik kierunkowych oraz podobnych technik do zmiany trajektorii otworu oraz wyjœcia czêœci kierunkowej otworu z kolumn rur ok³adzinowych. W otworach eksploatacyjnych po latach eksploatacji ich stan techniczny ulega pogorszeniu lub nastêpuj¹ zmiana w ich wydajnoœci, która wymusza przeprowadzenie prac intensyfikuj¹cych wydobycie. Natomiast dla otworów nowo wierconych poszukuje siê metod mog¹cych zwiêkszyæ ich skutecznoœæ i osi¹gniêcie zaplanowanego celu. Jedn¹ z metod pozwalaj¹cych na poprawê wydajnoœci otworu, a tak e obni enie kosztów jego eksploatacji mo e byæ wiercenie otworu kierunkowego z ju istniej¹cego otworu. Podobnie w przypadku nowych otworów szczególnie z horyzontalnym odcinkiem mo na wykorzystaæ wiercenie otworu pilotowego pionowego lub kierunkowego, a nastêpnie wykorzystaæ jego czêœæ otworu do wykonania czêœci kierunkowej. Wiercenie otworu kierunkowego z istniej¹cego ju otworu w zale noœci od tego, czy mamy do czynienia z nowo wierconym otworem czy rekonstruowanym, pozwalaj¹ na dok³adne okreœlenie np. granicy konturu ropa-woda lub okreœlenie po³o enia stropu i sp¹gu warstwy produktywnej i nieproduktywnej w przypadku warstw o ma³ej mi¹ szoœci. * Wydzia³ Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, Kraków ** Poszukiwania Nafty i Gazu Kraków Sp. z o.o *** Institute of Geological Engineering, Faculty of Mining and Geology, VŠB Technical University of Ostrava, Czech Republic **** Artyku³ wykonano w ramach badañ statutowych 11.11.190.01 319
Dok³adne okreœlenie po³o enia tej granicy zwiêksza szanse na poprawne wykonanie wiercenia kierunkowego oraz osi¹gniecie warstwy produktywnej. Wykonanie otworu z poziomym odcinkiem koñcowym nastrêcza niekiedy trudnoœci z osi¹gniêciem zamierzonego koñcowego punktu wiercenia. Poprawê celnoœci wykonania takiego otworu u³atwia wykonanie jego czêœci, jako odcinka pilotowego a w œlad za nim koñcowego otworu kierunkowego. W otworach rekonstruowanych takie rozwi¹zanie umo liwia po pierwsze obni enie kosztów wiercenia a po drugie rozwi¹zanie kilku problemów natury technicznej zwi¹zanej z poprawnym ulokowaniem czêœci kierunkowej lub horyzontalnej otworu. Analiza nak³adów inwestycyjnych na wykonanie prac kierunkowych, kalkulacji kosztu eksploatacji urz¹dzeñ wiertniczych, kosztów serwisu kierunkowego, etc. jest u³atwieniem dla podjêcia decyzji o zasadnoœci zastosowania tego typu rozwi¹zañ. Prace zwi¹zane z wykonaniem otworu kierunkowego wykorzystuj¹cego ju istniej¹cy mo na podzieliæ na: prace zwi¹zane z przygotowaniem istniej¹cej czêœci otworu (najczêœciej pionowego) i czêœciow¹ likwidacjê odcinka, który nie bêdzie wykorzystywany, prace zwi¹zane z wykonanie odcinka kierunkowego otworu. Dziêki danym uzyskanym z wykonania dwóch otworów, jednego, w którym wykonano otwór pilotowy z jego póÿniejsz¹ likwidacj¹, oraz otworu poddanego rekonstrukcji z wykorzystaniem jego czêœci do wiercenia otworu kierunkowego przeanalizowano techniczn¹ stronê prac. Jeœli podczas wiercenia takich otworów, czyli bazuj¹cych na ju istniej¹cym fragmencie nie zajd¹ nieprzewidziane komplikacje, czy awarie wiertnicze analizy czasu i kosztów wykonania takich otworów dowodz¹, e wykorzystanie ju istniej¹cego otworu zwiêksza precyzjê prac wiertniczych. W efekcie takie rozwi¹zanie jest uzasadnione z ekonomicznego punktu widzenia. 2. PRZES ANKI DO WYKONANIA OTWORÓW WIERTNICZYCH Z WYKORZYSTANIEM ISTNIEJ CEGO ODCINKA OTWORU Aktualne tendencje w pracach wiertniczych na otworach poddawanych rekonstrukcji ze wzglêdu na spadek wydajnoœci zmierzaj¹ do wykorzystywania istniej¹cych ju otworów do wiercenia z nich otworów kierunkowych. Inn¹ przes³ank¹ do wykonania otworu kierunkowego z ju istniej¹cego mo e byæ równie brak technicznych mo liwoœci likwidacji awarii w otworze pionowym lub kierunkowym, powoduj¹cy koniecznoœæ odchylenia osi otworu w innym kierunku ni dotychczasowe wiercenie. Wykorzystanie otworów kierunkowych w sytuacja, gdy mi¹ szoœæ warstwy jest niewielka, zalega ona pod du ym k¹tem, b¹dÿ jest pofa³dowana, a struktura, w której siê znajduje zaburzona np. uskokami, umo liwia wyznaczeniem parametrów zalegania warstwy. Od strony technicznej mo liwoœæ wykonania tego typu wiercenia podlega pewnym rygorom. Przede wszystkim istniej¹cy otwór a zw³aszcza jego czêœæ, która bêdzie stanowi³a podstawê do prowadzenia dalszych prac wiertniczych, czyli odwiercenia otworu kierunko- 320
wego powinien znajdowaæ siê w takim stanie technicznym, który pozwoli na wykonanie niezbêdnych prac. W szczególnoœci stan rur ok³adzinowych i ich uszczelnienie powinno byæ w nale ytym stanie technicznym. W przypadku otworów nowo wierconych konstrukcjê otworu mo na w odpowiedni sposób zaprojektowaæ tak, aby u³atwia³a ona odwiercenie otworu kierunkowego na bazie istniej¹cego np. otworu pilotowego. W nieco inny sposób przedstawia siê sytuacja z otworami ju istniej¹cymi. W tym przypadku wykorzystuje siê stan zastany lub ewentualnie przeprowadza prace maj¹ce na celu poprawê stanu technicznego (np. cementowanie doszczelniaj¹ce, frezowanie rur, wycinanie). Zakres tych prac nie mo e byæ zbyt du y, bo przedsiêwziêcie z ekonomicznego punktu widzenia mo e staæ siê nieop³acalne. Analizê wykonania otworów kierunkowych z wykorzystaniem ju istniej¹cego odcinka oparto o dane z prac wiertniczych prowadzonych na strukturach gazonoœnych, które zosta³y udostêpnione otworem kierunkowym wykonanym na bazie otworu rekonstruowanego oraz nowym otworem wykonanym z odcinkiem pilotowym. W pierwszym przypadku w trakcie eksploatacji z³o a nast¹pi³o zawodnienie strefy eksploatacyjnej w bezpoœrednim s¹siedztwie otworu udostêpniaj¹cego z³o e. Pojawienie siê wody z³o owej i systematyczny wzrost jej wydobycia by³ pocz¹tkiem prac maj¹cych powstrzymaæ ten proces. W celu unikniêcia dalszego zawodnienia strefy eksploatacyjnej zdecydowano siê na wy³¹czenie z eksploatacji czêœci interwa³u. Zabieg ten spowodowa³ spadek dop³ywu wód z³o owych, ale prze³o y³o siê to jednoczeœnie na spadek wydajnoœci otworu. Sytuacja poprawi³a siê na krótko i po kilku tygodniach ponownie nast¹pi³ wzrost dop³ywu wody z³o owej. To ostatecznie przyczyni³o siê do podjêcia decyzji o przerwaniu eksploatacji. Pierwotnie otwór, o którym mowa, wykonano jako badawczy, a nastêpnie przekszta³cono go w otwór udostêpniaj¹cy horyzont gazonoœny struktury. Wszystko wskazywa³o na to, e czêœæ eksploatacyjna otworu zosta³a zlokalizowany zbyt blisko konturu gaz-woda podœcie³aj¹ca. Chc¹c unikn¹æ ponownie podobnego b³êdu, zdecydowano siê na przeprowadzenie prac rekonstrukcyjnych z wykorzystaniem ju istniej¹cego otworu i dodatkowo okreœleniem zalegania konturu gaz-woda. Zakres prac rekonstrukcyjnych polega³ na wykorzystaniu czêœci ju istniej¹cego otworu przy wierceniu nowego otworu. Drugi z omawianych przypadków w uzasadnieniu wykonania wiercenia z wykorzystaniem istniej¹cej czêœci otworu mia³ podobne podstawy. W trakcie eksploatacji z³o a nast¹pi³ spadek wydajnoœci otworów eksploatacyjnych, w wyniku czego podjêto decyzjê o wykonaniu dodatkowych otworów, które pozwoli³yby na zwiêkszenie wydajnoœci z³o a. Analiza warunków geologiczno-z³o owych wykaza³a, e najlepszym rozwi¹zaniem bêdzie wykonanie otworów kierunkowych z poziomym odcinkiem koñcowym. Po pierwszych niezbyt pozytywnych doœwiadczeniach zwi¹zanych z celnoœci¹ podczas wierceniu pierwszego otworu kierunkowego na tej strukturze, zadecydowano o zastosowaniu techniki ze wstêpnym otworem pilotowym, a nastêpnie wykorzystuj¹c ju istniej¹cy otwór wykonanie z niego w³aœciwego otworu kierunkowego. Trudnoœci z w³aœciwym umieszczeniem horyzontalnej czêœci pierwszego z otworów i informacje z tym zwi¹zane wykorzystano jako wskazówkê przy projektowaniu kolejnego otworu kierunkowego. 321
Podstawowym problemem by³o dok³adne okreœlenie po³o enia konturu ropa-woda, co utrudnia³o ulokowanie poziomego odcinka w stosunku do tego konturu i zaprojektowanie odpowiedniej trajektorii otworu kierunkowego. W trakcie eksploatacji z³o a podobnie jak dla pierwszego z omawianych otworów nast¹pi³o przemieszczenie konturu ropa-woda, co przy wierceniu kolejnego otworu kierunkowego z poziomym odcinkiem koñcowym mog³o spowodowaæ, e uzyskany efekt by³by niewspó³mierny do poniesionych nak³adów finansowych. Ten argument zdecydowa³ o wyznaczeniu jego po³o enia przy pomocy otworu pilotowego i nastêpnie udostêpnieniu z³o a otworem horyzontalnym. Otwór poddawany rekonstrukcji zosta³ wykonany pierwotnie, jako otwór kierunkowy eksploatacyjny typu S, natomiast sama rekonstrukcja przewidywa³a wykonanie otworu o profilu typu J. Natomiast wiercenie drugiego z otworów, czyli otworu z czêœci¹ pilotow¹ dla obu etapów wiercenia (pilotowego i w³aœciwego), zaprojektowano z kszta³tem trajektorii typu J z odwierceniem koñcowego odcinka w³aœciwego otworu eksploatacyjnego, jako horyzontalnego. 3. KONSTRUKCJE OTWORÓW WIERTNICZYCH ORAZ PRACE WIERTNICZE WYKONANE W OTWORACH PRZED PRZYST PIENIEM DO WIERCEÑ KIERUNKOWYCH Oba otwory poddawane analizie ró ni³y siê miêdzy sob¹ konstrukcj¹, co wp³ynê³o równie na przebieg prac adaptacyjnych w ka dym z nich. Otwór podawany rekonstrukcji zosta³ zarurowany w nastêpuj¹cy sposób: kolumna wstêpna 18 5/8 g³êbokoœæ zapuszczenia 28 m cementowa do wierzchu (cdw), kolumna prowadnikowa 13 3 / 8 g³êbokoœæ zapuszczenia 200 m (cdw), kolumna techniczna 9 5 / 8 g³êbokoœæ zapuszczenia 336 m (cdw), kolumna eksploatacyjna 7 g³êbokoœæ zapuszczenia 2020 m zacementowana na zak³adkê w kolumnie technicznej, czyli w rurach 9 5 / 8, kolumna tracona 4 1 / 2 zapuszczona w interwale 2070 2010 m bez cementowana. W za³o eniach przyjêto, e w pracach rekonstrukcyjnych wykorzystany zostanie pionowy odcinek istniej¹cego otworu do g³êbokoœci 353 m. Na tej g³êbokoœci rozpoczêto prace zwi¹zane z odchyleniem nowego otworu o trajektorii typu J. Wykonano czêœciow¹ likwidacjê istniej¹cego otworu poprzez wykonanie korków cementowych w dwóch interwa³ach g³êbokoœci. Pierwszy na spodzie otworu w przedziale g³êbokoœci 1970 2070 m, drugi ciœnieniowy (po perforacji rur ok³adzinowych) w kolumnie 9 5 / 8 w zakresie g³êbokoœci 650 750 m. Po wykonaniu pomiarów geofizycznych z cementomierzem i mufolokatorem okreœlono g³êbokoœæ stropu cementu w przestrzeni pozarurowej 7. Na tej podstawie postanowiono odci¹æ rury 7 na g³êbokoœci 430 i wyci¹gn¹æ je na powierzchniê. Operacja wyciêcia i wyci¹gniêcia rur 7 na powierzchniê przebieg³a bez komplikacji. Kolejny krok przewidy- 322
wa³ wykonanie dwóch korków cementowych pierwszego w interwale g³êbokoœci 400 500 m i drugiego 355 397 m, przy czym drugi z korków wykonano po wyfrezowaniu okna w rurach ok³adzinowych 9 5 / 8 w interwale 335 397 m. Po wykonaniu tych czynnoœci na g³êbokoœci 355 m zaciêto nowy otwór kierunkowy tak, aby omin¹æ trajektoriê istniej¹cego otworu nastêpnie odwiercono pionowy odcinek do g³êbokoœci 1200 m i ponownie przyst¹piono do zmiany trajektorii otworu. Zamierzeniem by³o uzyskanie odejœcia od osi pionowej nowego otworu o 360 m na g³êbokoœci 2035 m. Wybór taki podyktowany by³ czynnikami geologicznymi oraz stwierdzonym konturem gaz-woda. W rezultacie wykonano odcinek otworu o œrednicy 8 1 / 2 do g³êbokoœci 2021 m z k¹tem odchylenia osi otworu równym 32 o i azymucie ok. 160 o. Zarurowano go rurami 7 i zacementowano dwustopniowo z muf¹ cementacyjn¹ w g³êbokoœci 1000 m. Ostatnim etapem prac by³o odwiercenie 45 m otworu œrednic¹ 149 mm do g³êbokoœci 2080 m odcinek ten zosta³ zarurowano niezacementowanymi perforowanymi rurami traconymi 4 1 / 2. Rys. 1. Schemat no a hydraulicznego do frezowania rur ok³adzinowych [7] Projekt geologiczno-techniczny otworu wierconego z wykorzystaniem wiercenia pilotowego mia³ nastêpuj¹cy schemat zarurowania: kolumna wstêpna 13 3 / 8 g³êbokoœæ zapuszczenia 29 m cdw, kolumna prowadnikowa 9 5 / 8 g³êbokoœæ zapuszczenia 835 m cdw, kolumna techniczna 7 g³êbokoœæ zapuszczenia 2545 m cdw, kolumna eksploatacyjna 4 1 / 2 (tracona) zapuszczona do g³êbokoœci 2980 m. 323
Otwór poni ej buta rur 9 5 / 8 pocz¹tkowo wiercono jako pionowy, a nastêpnie rozpoczêto zmianê trajektorii otworu tak, aby osi¹gn¹æ odchylenie nieprzekraczaj¹ce 28 o. Wybór tego k¹ta by³ nieprzypadkowy, k¹t taki umo liwia wykonanie pomiarów geofizycznych bez u ycia specjalistycznej aparatury, czyli wykorzystuj¹c standardowe sondy i oprogramowanie. Odchylenie osi otworu rozpoczêto na g³êbokoœci 1461 m, a za³o ony k¹t odchylenia osi otworu uzyskano na g³êbokoœci 2488 m. Po uzyskaniu zak³adanego odchylenia otwór wiercono stycznie do zadanego ju k¹ta, jako otwór prostoliniowy do g³êbokoœci 2545 m. Odwiercony odcinek otworu po wykonaniu pomiarów geofizycznych zosta³ zarurowany rurami ok³adzinowymi 7. Nastêpna sekcja otworu wiercona œrednic¹ 6 pod tym samym k¹tem czyli 28 o do g³êbokoœci 2850 m (TVD 2787 m). Po wykonaniu pomiarów geofizycznych w celu okreœlenia granic z³o a oraz konturu czêœæ ta zosta³a zlikwidowana do buta rur 7 za pomoc¹ korka cementowego. Maj¹c ju szczegó³owe dane z pomiarów geofizycznych o charakterze z³o a zaprojektowano wiercenie koñcowego odcinka otworu w ten sposób, aby wejœæ w z³o e pod k¹tem 90 o czyli odcinkiem horyzontalnym. Wiercenie poni ej buta rur ok³adzinowych 7 otworu pilotowego kontynuowano do g³êbokoœci 3057 m (TVD 2712 m). Wykonano to stosuj¹c do tego celu zestaw BHA ze sterowalnym ³¹cznikiem zak³adaj¹c wzrost k¹ta odchylenia 9 o na ka de 30 m d³ugoœci wierconego otworu. Czêœæ eksploatacyjn¹ otworu zarurowano kolumn¹ tracon¹ (liner) o œrednicy 4 1 / 2 zapiêt¹ na ³¹czniku 100 m powy ej buta kolumny rur ok³adzinowych 7 i zacementowan¹ na zak³adkê. a) b) Rys. 2. Schemat trajektorii otworu wykonanego z wykorzystaniem istniej¹cego odcinka otworu wiertniczego: a) otwór wiercony z wykorzystaniem czêœci otworu rekonstruowanego; b) otwór z wierceniem odcinka pilotowego 324
4. TECHNIKA PRAC WIERTNICZYCH DLA WIERCENIA OTWORÓW KIERUNKOWYCH Z WYKORZYSTANIEM ISTNIEJ CEGO ODCINKA OTWORU Obecnie w przypadku wiercenia otworów kierunkowy u ywa siê szeregu metod i narzêdzi, których mo na u yæ do zmiany trajektorii otworu wiertniczego. Narzêdzia te i techniki mog¹ byæ u yte zarówno do zmiany k¹ta odchylenia osi otworu jak i zmiany azymutu osi otworu lub obu naraz. Bez wzglêdu na zastosowan¹ metodê wszystkie one bazuj¹ na dwóch podstawowych zasadach zmiany kierunku wiercenia narzêdzia wiertniczego. Pierwsza z nich wykorzystuje odchylenie dolnej czêœci zestawu wiertniczego ponad narzêdziem wiertniczym, druga to wywo³anie si³y bocznej odchylaj¹cej narzêdzie wiertnicze od aktualnego kierunku wiercenia. W obu przypadka spowodowana zostanie zmiana kierunku wiercenia i odchylenie osi otworu wiertniczego. Na rysunku 3 przedstawiono ogóln¹ zasadê dzia³ania metod odchylania osi otworów wiertniczych. a) b) Rys. 3. Metody zmiany trajektorii osi otworu wiertniczego: a) odchylenie osi narzêdzia wzglêdem zestawu wierc¹cego; b) wywo³anie si³y bocznej powoduj¹cej zmianê kierunku wiercenia G³ównymi metodami wykorzystywanymi obecnie do wiercenia otworów kierunkowych s¹ nastêpuj¹ce rozwi¹zania: zestaw wiertniczy z krzywym ³¹cznikiem w po³¹czeniu z silnikiem hydraulicznym lub turbin¹, sterowalny zestaw wiertniczy dla wiercenia z u yciem silnika lub turbiny wiertniczej, obrotowy sterowalny zestaw wiertniczy, kierunkowy zestaw dolnej czêœci przewodu wiertniczego (BHA) dla wiercenia sto³owego, kliny odchylaj¹ce. 325
Ka da z wymienionych metod ma swoje s³abe i mocne strony oraz u ywana jest w ró nych przypadkach technologicznych. W analizowanych otworach zastosowano technikê zmiany trajektorii otworu za pomoc¹ krzywego ³¹cznika z silnikiem wg³êbnym. Najbardziej powszechn¹ technik¹ stosowan¹ do zmiany trajektorii otworów wiertniczych jest u ycie krzywego ³¹cznika wraz z silnikiem wg³êbnym lub turbin¹. Krzywy ³¹cznik ma zazwyczaj œrednicê obci¹ ników, w którym dolna czêœæ jest przesuniêta wzglêdem górnej o odpowiedni k¹t. Powoduje to efekt przesuniêcia dolnej czêœci BHA (poni ej krzywego ³¹cznika) wzglêdem elementów po³o onych powy ej, co pozwala na przesuniêcie osi narzêdzia wiertniczego wzglêdem osi dolnej czêœci przewodu wiertniczego. Silnik wg³êbny lub turbina jest umieszczany pomiêdzy narzêdziem a ³¹cznikiem. W zasadzie zestawów wiertniczych z krzywym ³¹cznikiem u ywa siê do wiercenia odcinków krzywoliniowych otworów o d³ugich promieniach krzywizny. Wiercenie odcinków prostoliniowych wymaga obracania ca³ym przewodem i jest mo liwe tylko przy bardzo ma³ych k¹tach odchylenia osi. W tym przypadku efekt odchylenia osi narzêdzia zostaje zniesiony z powodu braku preferowanego kierunku wiercenia narzêdzia. Jednak ze wzglêdu na wysoki koszt silników i turbin oraz zu ycie ten sposób wiercenia wykorzystuje siê rzadko zw³aszcza w marszach o d³ugich odcinkach prostoliniowych. W wiêkszoœci przypadku rozwi¹zanie to jest stosowane do budowy i zrzucania k¹ta krzywizny. Podczas wiercenia otworu rekonstruowanego wykorzystano pochodz¹c¹ z lat 80. metodê wiercenia otworów kierunkowych przy u yciu sterowalnego zestawu z silnikiem wg³êbnym. Zestaw sk³ada siê zazwyczaj z narzêdzia wierc¹cego, sterowalnego napêdu wg³êbnego, stabilizatora oraz systemu pomiarowego. Mo liwoœæ zmiany kierunku wiercenia jest realizowana poprzez uzyskanie odchylenia osi zestawu tu ponad narzêdziem wiertniczym u ywaj¹c do tego celu ³¹cznika nawigacyjnego w po³¹czeniu z silnikiem lub turbin¹ hydrauliczn¹. To odchylenie mo e byæ wykorzystane do wiercenia w okreœlonym kierunku w taki sam sposób, jak przy u yciu krzywego ³¹cznika. Poniewa odchylenie zlokalizowane jest du o bli ej narzêdzia wiertniczego, w porównaniu z krzywym ³¹cznikiem powoduje to mniejsze odchylenie osi zestawu od osi otworu, dziêki czemu mo na obracaæ ca³ym zestawem przewodu wiertniczego. Dlatego te metody tej mo na u ywaæ zarówno do wiercenia odcinków krzywoliniowych (budowanie k¹ta i zrzucanie), jak i odcinków prostoliniowych. W przypadku wiercenia kierunkowego wykorzystuje siê wiercenie przy u yciu napêdu wg³êbnego a dla wiercenia odcinków prostych metodê sto³ow¹, a w zasadzie po³¹czone metody. W metodzie tej na tendencjê do odchylania zestawu wp³ywa k¹t odchylenia ³¹cznika nawigacyjnego oraz wielkoœæ i odleg³oœæ stabilizatora silnika p³uczkowego od pierwszego stabilizatora nad silnikiem. System jest u ywany w sytuacjach, gdy zmiany kierunku wiercenia s¹ trudne do osi¹gniêcia, gdy kontrolowanie wiercenia sekcji prostoliniowych otworów kierunkowych jest utrudnione lub gdy wymagana by³aby czêsta wymiana dolnej czêœci przewodu wiertniczego. Tak jak zestawy z krzywym ³¹cznikiem, tak zestawy sterowalne wyposa one s¹ systemy MWD czêsto dodatkowo rozszerzone o pomiar w³asnoœci fizycznych warstw, co pozwala na wychwytywanie zmian w litologii, porowatoœci opornoœci przewiercanych podczas wiercenia a tym samym na precyzyjne sterowanie trajektori¹ otworu. Taki wariant wykorzystano podczas wiercenia otworu pilotowego oraz w³aœciwego 326
otworu eksploatacyjnego wyposa aj¹c zestaw MWD w sondê gamma. Elementami, który maj¹ podstawowy wp³yw na wiercenie sterowalnym zestawem s¹: ³¹cznik nawigacyjny oraz stabilizatory a w³aœciwie ich rozmieszczenie. Odchylenie narzêdzia wiertniczego i po- ³o enie ³¹cznika w niewielkiej odleg³oœci od narzêdzia w przypadku obu trybów wiercenia tzn. z napêdem wg³êbnym jak i sto³owym pozwala na wiercenie bez wysokich nacisków a tym samym nadmiernego zu ycia narzêdzi i samego napêdu wg³êbnego. Budowa ³¹cznika zapewnia przede wszystkim nacisk na narzêdzie wiertnicze redukuj¹c boczn¹ si³ê na górn¹ czêœæ korpusu narzêdzia, maksymalizuj¹c efektywnoœæ wiercenia. Obecnie stosuje siê dwa typy ³¹czników stabilizuj¹cych: ³¹cznik z podwójnym odchyleniem w przeciwnych kierunkach (DTU) redukuj¹cy k¹t odchylenia a tym samym si³ê boczn¹ oraz ³¹cznik Kick-out z podwójnym odchyleniem w tym samym kierunku. Efektywnoœæ zmiany trajektorii otworu zale y równie od u ytych stabilizatorów i ich rozmieszczenia. Zestaw do poprawnej pracy wymaga dwóch specjalnych stabilizatorów: stabilizatora silnika hydraulicznego lub stabilizatora UBHS zazwyczaj zintegrowanego z silnikiem, stabilizator ten jest podwymiarowy w stosunku do œrednicy otworu oraz stabilizatora górnego. 5. TECHNIKA WIERCENIA OTWORÓW KIERUNKOWYCH Z WYKORZYSTANIEM ISTNIEJ CEGO ODCINKA OTWORU Dla otworu rekonstruowano po wykonaniu okna w rurach 9 5 / 8 zaciêcie nowego otworu w interwale 355 412 m wykonano zestawem z u yciem silnika wg³êbnego, nastawnego ³¹cznika i œwidra trójgryzowego o úrednicy 8 1 / 2. Nastêpnie u ywaj¹c tego samego zestawu, czyli sterowalnego zestawu z u yciem silnika p³uczkowego, ale ze œwidrem typu PDC wykonano odcinek pionowy w przedziale g³êbokoœci 412 1200 m w górnej czêœci równolegle do trajektorii rekonstruowanego otworu. W drugim etapie odcinek kierunkowy (nabieranie k¹ta i azymutu) otworu 8 1 / 2 wykonano silnikiem wg³êbnym 6 3 / 4 z krzywym ³¹cznikiem o k¹cie 1,15 o wykorzystuj¹c œwider gryzowy. Dla tego odcinka odchylenie rozpoczêto na g³êbokoœci 1200 m, a za³o ony k¹t odchylenia osi otworu uzyskano na g³êbokoœci 1550 m. W dalszej czêœci wiercenia w celu utrzymania za³o onej trajektorii u yto zestawu z silnikiem p³uczkowym i œwidrem PDC. W koñcowej fazie tj. w interwale 1760 2021 m system MWD dodatkowo wyposa ono w sondê gamma. Wskazania sondy w po³¹czeniu z wynikami innych pomiarów geofizycznych i odpowiedniej korelacji pozwoli³y na bardzo precyzyjne nawiercenie docelowej warstwy. Po osi¹gniêciu zaplanowanej g³êbokoœci, czyli 1930 m (TVD) (2021 m MD) zapuszczono rury ok³adzinowe 7 i zacementowano je dwustopniowo do wierzchu. Ostatni odcinek otworu odwiercono œrednic¹ 5 7 / 8. Otwór zakoñczono na g³êbokoœci 2040 zapuszczaj¹c perforowane rury ok³adzinowe 4 1 / 2. Nieco innej techniki u yto dla zmiany kierunku w przypadku otworu z wykonan¹ czêœci¹ pilotow¹. Poniewa otwór by³ wczeœniej zaprojektowany i za³o ono wiercenie z odejœciem od pierwotnej osi w projekcie prac wiertniczych przewidziano odchylenie osi otworu w nieorurowanej jego czêœci. Jak wspomniano w punkcie 2, wiercenie w³aœciwego otworu kierunkowego o œrednicy 6 nast¹pi³o po zlikwidowaniu czêœci otworu odwierconego 327
œrednic¹ 8 1 / 2 bezpoœrednio pod butem rur ok³adzinowych 7 w wykonanym korku cementowym poprzez odchylenie osi otworu zestawem kierunkowym z krzywym ³¹cznikiem. Czêœæ eksploatacyjn¹ otworu zarurowano kolumn¹ tracon¹ (liner) o úrednicy 4 1 / 2 zapiêt¹ na ³¹czniku 100 m powy ej buta kolumny rur ok³adzinowych 7 i zacementowan¹ na zak³adkê. 6. ZESTAWIENIE DOLNEJ CZÊŒCI PRZEWODU WIERTNICZEGO DLA OMAWIANYCH OTWORÓW KIERUNKOWYCH Z WYKORZYSTANIEM ISTNIEJ CEGO ODCINKA W tabelach 1 i 2 zestawiono budowê dolnej czêœci przewodu wiertniczego stosowanych do wiercenia odcinków krzywoliniowych w omawianych otworach. We wszystkich przypadkach zastosowano silniki hydrauliczne. Wszystkie zestawy wyposa ono w systemy pomiarowe MWD. W zestawie do wiercenia otworu eksploatacyjnego z czêœci¹ pilotow¹ zastosowano dodatkowo sondê gama do okreœlania zmian litologicznych przewiercanych warstw. Do wiercenia pocz¹tkowych metrów (zacinania) u ywano narzêdzi gryzowych z zêbami frezowanymi. W przypadku d³ugich marszy stosowano narzêdzia typu PDC. Z analizy prac wiertniczych omawianych otworów wynika, e narzêdzia gryzowe lepiej spisuj¹ siê przy pracach z szybkim nabieraniem k¹ta odchylenia oraz przy stosunkowo krótkich promieniach krzywizny. Tabela 1 Zestawienie dolnej czêœci przewodu wiertniczego dla wiercenia otworu rekonstruowanego przy œrednicy wiercenia o œrednicy 8 1 / 2 Œrednica nominalna Element przewodu wiertniczego D³ugoœæ [m] D³ugoœæ skumulowana [m] 5 Rury p³uczkowe Do wierzchu Do wierzchu 5 Gruboœcienne rury p³uczkowe 37,45 149,30 6 ½ Obci¹ niki 18,88 111,85 6 ½ No yce wiertnicze 4,95 92,97 6 ½ Obci¹ niki 56,81 88,02 6 ½ Gruboœcienne rury p³uczkowe 9,38 31,21 6 ½ Generator impulsów 1,03 21,83 6 ½ Gruboœcienna niemagnetyczna rura p³uczkowa 9,04 20,80 6 ½ Krzywy ³¹cznik 1,13 11,76 6 ½ Stabilizator 8 1/8 1,17 10,73 6 ½ ¹cznik 0,99 9,46 6 ¾ Silnik wg³êbny Precision 7/8 M/L 5.0 1,15 o BH 8,22 8,47 8 ½ Œwider M1 THX 0,25 0,25 328
Œrednica nominalna [ ] Tabela 2 Zestawienie dolnej czêœci przewodu wiertniczego dla wiercenia otworu z odcinkiem pilotowym o œrednicy 8 1 / 2 Element przewodu wiertniczego D³ugoœæ [m] D³ugoœæ skumulowana [m] 5 Rury p³uczkowe Do wierzchu Do wierzchu 6 ¾ ¹cznik 0,50 62,93 6 ½ Obci¹ niki 30,00 62,43 6 ½ No yce hydrauliczne 4,60 32,43 6 ½ Niemagnetyczny obci¹ nik 9,14 27,83 6 ½ Amortyzator drgañ 0,85 18,69 6 ½ Niemagnetyczny obci¹ nik z systemem MWD 9,45 17,84 6 ½ Niemagnetyczny ustawialny ³¹cznik 1,20 8,39 6 ½ ¹cznik 0,49 7,19 6 ¾ Wg³êbny silnik hydrauliczny Varidril 7830 1.83 BH 6,48 6,70 8 ½ Œwider UD 513 0,22 0,22 7. PODSUMOWANIE Z przeprowadzonych analiz wynika, e wykonanie wierceñ kierunkowych z otworów ju istniej¹cych przy g³êbokoœciach w zakresie 2000 2500 m jest uzasadnione. Uzasadnieniem takim s¹ koszty i czas trwania prac. Do wiercenia otworów kierunkowych wykorzystuje siê ro ne metody odchylania osi otworu. W przypadku odchylania osi otworu w nieorurowanej czêœci otworu mo na u ywaæ metody z krzywym ³¹cznikiem lub sterowalnego systemu z ³¹cznikiem nawigacyjnym. Druga z metod jest u ywana zdecydowanie czêœciej ze wzglêdu mo liwoœæ wiercenia zarówno odcinków krzywoliniowych jak równie prostoliniowych. Dziêki temu ogranicza siê iloœæ prac zwi¹zanych z wyci¹ganiem i zapuszczaniem przewodu wiertniczego. Z analizy raportów i dzienników wiertniczych dla analizowanych otworów wynika, e czas wykonania otworu by³ krótszy pomimo koniecznoœci wykonania prac likwidacyjnych, co prze y³o siê na zmniejszcie kosztów wykonania otworu. W stosunku do wiercenia otworu kierunkowego o podobnej konstrukcji bez wykorzystania istniej¹cej czêœci oszczêdnoœci siêgaj¹ 20%. Podczas wiercenia otworów rekonstruowanych czy otworów z likwidowan¹ jego czêœci¹ pomimo bardziej skomplikowanej techniki wiertniczej obserwuje siê mniej komplikacji wiertniczych ze wzglêdu na wykorzystywanie doœwiadczeñ z wiercenia otworów pierwotnych. 329
Wykorzystanie technik z wierceniem otworów kierunkowych z istniej¹cych odcinków otworów bêdzie postêpowa³o wraz ze starzeniem siê infrastruktury otworów eksploatacyjnych pod wzglêdem technicznym oraz w przypadku prac maj¹cych na celu intensyfikacjê wydobycia. W pierwszym przypadku, jeœli stan techniczny czêœci eksploatacyjnej bêdzie na tyle z³y, e przeprowadzenie prac naprawczych bêdzie nieop³acalne jednym z alternatywnych rozwi¹zañ obni aj¹cych koszty mo e byæ wykorzystanie czêœci istniej¹cego otworu. Du a czêœæ otworów udostêpniaj¹cych z³o a jest ci¹gle otworami pionowymi, co w tym przypadku u ycia tej metody pozwoli na rekonstrukcjê jak i zwiêkszenie wydajnoœci otworu. W drugim przypadku pomimo dobrego stanu otworu mo e dojœæ do zmian po³o enia konturów p³ynów z³o owych, zakolmatowania strefy przyodwiertowej lub lokalny spadek filtracji oœrodka. Pomimo dobrego stanu otworu w tym przypadku mo e okazaæ siê, e jedynym rozwi¹zaniem bêdzie wykonanie nowego otworu. W takim przypadku wiercenie otworu z wykorzystaniem ju istniej¹cego bêdzie jednym z alternatywnych rozwi¹zañ w stosunku do wykonania nowego otworu. Wiercenia otworów kierunkowych z wykorzystaniem ju istniej¹cych lub ich rekonstruowanie technikami kierunkowymi pozwala na wykorzystanie istniej¹cej ju infrastruktury napowierzchniowej, przez co ogranicza siê koszty jak równie skraca czas prac wiertniczych. LITERATURA [1] Rado R., Lubaœ J.: Porównanie efektywnoœci pracy ró nych typów narzêdzi wiertniczych. Materia³y z IX miêdzynarodowej konferencji naukowo-technicznej, Wydawnictwo AGH, Kraków 1998 [2] Wiœniowski R., Stryczek S., Skrzypaczek K.: Horizontal well path designing with catenary metod. Materia³y konferencyjne: Nové poznatky v oblasti vrtania, tazby, dopravy [3] Rado R., Lubaœ J.: Porównanie efektywnoœci pracy ró nych typów narzêdzi wiertniczych. Materia³y z IX miêdzynarodowej konferencji naukowo-technicznej, Wydawnictwo AGH, Kraków 1998 [4] Szostak L.: Wiertnictwo. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa 1989 [5] Szostak L., Chrz¹szcz W., Wiœniowski R.: Narzêdzia wierc¹ce. Wydawnictwo AGH, Kraków 1996 [6] Wiœniowski R., Stryczek S., Skrzypaczek K.: Horizontal well path designing with catenary metod. Materia³y konferencyjne: Nové poznatky v oblasti vrtania, tazby, dopravy a uskladnovania uhl ovodíkov Podbanské 2002 : XI. medzinárodná vedecko-technická konferencia: 29 31 oktobra 2002, Podbanské, Slovensko [7] Wiœniowski R.: New drilling methods for the conductor casing operations. Acta Montanistica Slovaca, 2006 330
[8] Ziaja J., Wiœniowski R.: Decision model and criteria of selection of rational schemes of casing in drilling wells. Materia³y Konferencyjne VSB Ostrawa: Mineral raw materials and mining activity of the 21st century: January 30 31, 2001 Ostrava [7] Introduction to DIRECTIONAL AND HORIZONTAL DRILLING J. A. JIM SHORT Vell Books PENNWELL PUBLISHING COMPANY TULSA, Oklahoma 1998 [8] Carl Gatlin Petroleum Engineering Drilling and Well Completions University of Texas 2001 331