Литература(Книги)

Всё про нефть и газ \Главная \Начало \Литература \Подразделы \Книги
\Практическое руководство по технологии бурения скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые: Справочное пособие

	3. ВЫБОР ПРОФИЛЯ СКВАЖИНЫ
	Профиль ствола скважины определяется для наклонно направленных скважин [7, 17]. Профиль направленной скважины должен обеспечить: высокое качество скважины как объекта последующей экс- плуа-тации; бурение и крепление скважины с применением существующих тех­нологий и технических средств; минимальные затраты на строительство скважины; возможность применения методов одновременной эксплуатации нескольких горизонтов при разработке многопластовых месторожде­ний нефти; безаварийное бурение и крепление; минимальные нагрузки на буровое оборудование при спуско-подьемных операциях; надежную работу внутрискважинного эксплуатационного оборудо­вания; свободное прохождение по стволу скважины приборов и устройств. При кустовом бурении профиль направленной скважины должен обеспечить заданную сетку разбуривания нефтегазового месторожде­ния и экономически рациональное число скважин в кусте при соблю­дении требований к надежности эксплуатации скважин. Проектирование профиля скважины заключается в выборе типа и вида профиля, а также в определении необходимого для расчета гео­метрии профиля комплекса параметров, включающего: проектные значения глубины и отклонения ствола скважины от вертикали; длину вертикального участка; значения предельных радиусов кривизны и углов наклона ствола скважины в интервале установки и работы внутрискважинного эксплуа­тационного оборудования, а также на проектной глубине. Проектирование профиля скважины и проектирование других тех­нологических мероприятий, обеспечивающих его реализацию, следует рассматривать в комплексе. Другими словами, выбор того или иного профиля скважины обу­словливает в значительной степени выбор способа бурения, типа доло-
	42

	та, гидравлической программы бурения, параметров режима бурения, и наоборот. На выбор типа профиля скважины оказывает влияние оснащен­ность буровых предприятий специальными устройствами для наклон­но направленного бурения и технологической оснастки низа буриль­ной колонны, а также средствами контроля за параметрами ствола скважины и проводкой интервалов ориентированного бурения. Проектный профиль ствола скважины может включать следующие участки (сверху вниз): вертикальный; начального искривления ствола скважины; тангенциальный; малоинтенсивного увеличения и уменьшения зенитного угла ствола скважины. Для определения проекций каждого участка профиля на верти­кальную и горизонтальную оси необходимо знать радиус кривизны участка профиля, значения зенитных углов по его концам, длину и угол наклона тангенциального участка, если он имеется. Профили наклонно направленных скважин приведены на рис. 3.1, а формулы для определения проекций участков профиля — в табл. 3.1. Расчет параметров проектного профиля наклонно направленной скважины осуществляется с помощью программы "Проектный про­филь", разработанной во ВНИИБТ. Длина вертикальной скважины совпадает с глубиной, измеряемой по вертикали от ее устья. В наклонном бурении были введены понятия глубина скважины по вертикали и глубина скважины по стволу. В целях исключения неоднозначного толкования термина глубина скважины будем измерять ее только по вертикали. Программой "Проектный профиль" предусмотрен расчет парамет­ров двенадцати видов профиля. Для выполнения расчетов по программе необходимы следующие параметры профиля наклонно направленной скважины: проектная глубина скважины, т.е. глубина расположения кровли или заданной точки продуктивного пласта, в которую нужно вывести ствол скважины; конечная глубина скважины; смещение ствола скважины на проектной глубине; длина вертикального участка;
	43

	. у/
		\ \
	44

	Рис. 3.1. Профили наклонно направленных скважин: Я — глубина скважины; Яв — протяженность вертикального участка; А — отклонение ствола скважины; (Яв + 1 + L) — протяженность ствола скважины
	радиус кривизны участка начального искривления скважины от-клонителем; интервал установки внутрискважинного оборудования для добычи нефти и максимальное значение зенитного угла в этом интервале; максимальную величину зенитного угла на проектной глубине. Необходимо также знать технологические возможности исполь­зуемых искривляющих КНБК. Указанных данных достаточно для определения кривизны и зенит­ных углов по концам каждого участка профиля. В результате расчета может быть получена такая кривизна участков профиля скважины, которая не может быть реализована имеющимися в распоряжении бурового предприятия КНБК. Кроме того, полученные параметры скважины могут не удовлетво­рять поставленным условиям по зенитному углу в интервале установ­ки насосного оборудования и на проектной глубине. В этом случае необходимо повторить расчет с новыми исходными данными. В целях исключения повторных расчетов предусмотрена прогонка по зенитному углу в конце участка начального искривления в некото­ром заданном интервале. При этом с заданным шагом будут рассчита­ны все варианты проектного профиля скважины для установленного диапазона изменения зенитного угла в конце участка начального ис­кривления.
	Таблица 3.1 Формулы для определения проекций участков профиля
	Участок профиля Горизонтальная проекция Вертикальная проекция Длина участка Вертикальный 0 Я, Я, Начального искривления /f(l-cosa) /fsina ай/57,29578 Малоинтенсивного увеличе- /{(coso^-coso^) /{(sinaz-sinot]) (a.2-a.y)R/ ния зенитного угла 57,29578 Малоинтенсивного уменьше- /?(cosa2-cosa!) /{(sino^-sino^) (а!-а2)Д/ ния зенитного угла 57,29578 Тангенциальный: известна длина участка L LsxnaL Lcos aL L известна его вертикальная H£%aL Ят Я/cosai проекция Ят
	Примечание. R — радиус кривизны; cti, а,г — зенитные углы в начале и в конце ис­кривленного участка профиля соответственно; о^ — зенитный угол тангенциального участка. 45

	Пример 3.1. Ниже приведены исходные данные для расчета J-образного профиля вида 5 (см. рис. 3.1). Проектная глубина, м........................................................................................................... 2600 Смещение на проектной глубине, м...............................................................................720 Конечная глубина, м.............................................................................................................. 2675 Длина вертикального участка, м......................................................................................200 Радиус кривизны 2-го участка, м.....................................................................................573 Интервал изменения начального угла, градус............................................................ 8—10 Шаг изменения, градус......................................................................................................... 1 Радиус кривизны 3-го участка, м.....................................................................................5730 Угол в конце 3-го участка, градус....................................................................................12 Насосное оборудование для добычи нефти устанавливается в интервале 1200-1600 м. Зенитный угол в указанном диапазоне не должен превышать 20°. В некоторых случаях ограничивается значение зенитного угла скважины на проект­ной глубине. Вскрытие продуктивного пласта может осуществляться следующим образом: по касательной к последнему участку профиля; с сохранением кривизны последнего участка профиля; с любой заданной кривизной. Конструкция скважины включает: кондуктор диаметром 324 мм до глубины 500 м; промежуточную колонну диаметром 245 мм до глубины 1400 м; эксплуатационную колонну диаметром 168 мм до глубины 2675 м. Ниже приведен следующий блок исходных данных, которые необходимы для про­верки всех заданных выше вариантов проектного профиля на соответствие ограничени­ям по зенитному углу в интервале расположения оборудования для добычи нефти на проектной глубине, а также для расчета длины обсадных колонн. Ограничение угла на проектной глубине, градус......................................... 20-40 Интервал ограничения угла, м..............................................................................1200—1600 Максимальный угол в интервале ограничения, градус.............................. 20 Параметр кривизны ствола ниже проектной глубины............................... —1* Интенсивность искривления ниже проектной глубины, градус/10 м              —0,5 Число контрольных точек профиля (отО до 9)............................................ 2 Глубина контрольной точки, м: первой........................................................................................................................ 500 второй........................................................................................................................ 1400
	* 1 — стабилизация угла, 0 — сохранение кривизны, —1 — интенсивность задается. Здесь число контрольных точек равно числу промежуточных обсадных колонн включая кондуктор. Для бурения участка скважины, расположенного в продуктивном пласте, использу­ется КНБК без опорно-центрирующих устройств, при бурении которой зенитный угол уменьшается с интенсивностью 0,5° на 10 м проходки. Кроме кривизны и зенитного угла по концам каждого участка профиля скважины для разработки проекта на бурение необходимо знать его длину, а также вертикальную и горизонтальную проекции. Результаты расчета выдаются в виде табл. 3.2, в которой указаны задаваемые и рас­четные параметры проектного профиля. 46

	Таблица 3.2 Параметры проектного профиля Номер Глубина по BCD~ Длина, м Смещение, Зенитный Интенсив- ность ис- участка тикали, м ствола интервала м угол, градус кривления, градус/10 м 1 200,00 200,00 200,00 0,00 0,00 0,000 2 299,50 300,01 100,01 8,71 10,00 1,000 3 495,83 500,02 200,01 46,87 12,00 0,100 500,00 504,29 4,26 47,75 12,02 0,052 1400,00 1433,89 929,61 279,39 16,84 0,052 4 2600,00 2712,94 1279,05 720,00 23,48 0,052 2675,00 2793,54 80,61 749,49 19,45 0,500
	В табл. 3.2 значения длины кондуктора, промежуточной и эксплуатационной колонн равны соответственно 504, 1433 и 2796 м. Расчет параметров проектного профиля скважины с участком естественного искривления ведется по программе для S-образного профиля. Программой предусмотрен расчет двух видов S-образного профиля. Первый вид профиля включает следующие участки: вертикальный; начального искривления отклонителем; тангенциальный; естественного искривления (см. рис. 3.1, 7). Второй вид профиля включает участок малоинтенсивного уве­личения зенитного угла, расположенный непосредственно за участком начального искривления (см. рис. 3.1, 6 и 8). Пример 3.2. Ниже приведены исходные данные для расчета первого из перечислен­ных видов профиля наклонно направленной скважины с участком естественного ис­кривления. Проектная глубина, м........................................................................................................... 2700 Смещение на проектной глубине, м...............................................................................720 Конечная глубина, м.............................................................................................................. 2775 Длина вертикального участка, м......................................................................................100 Глубина естественного искривления, м.........................................................................1400 Радиус кривизны 2-го участка, м.....................................................................................573 Здесь глубина естественного искривления, равная 1400 м, представляет собой глу­бину начала участка естественного искривления ствола скважины. После достижения глубины 1400 м стабилизирующая КНБК заменяется на КНБК для проводки участка естественного искривления. Такая КНБК обычно включает доло­то, забойный двигатель без центратора, УБТ, а при роторном способе бурения - долото и секции УБТ.
	47

	Геометрия участка естественного искривления зависит от конструкции КНБК, типа используемого долота, режима бурения и физико-механических свойств разбуриваемых горных пород. Закономерность естественного искривления для каждой конкретной КНБК, площади или месторождения нефти и газа может быть установлена в результате статистической обработки промысловой информации. Программа снабжена банком данных, в который можно внести и хранить информа­цию о закономерности естественного искривления ствола скважины при бурении кон­кретной КНБК. Такая информация заносится в виде ряда значений зенитных углов через равные интервалы по длине скважины. В случае необходимости занесенная в банк дан­ных информация может корректироваться. В табл. 3.3 представлены результаты расчета профиля наклонной скважины с участ­ком естественного искривления, который планируется бурить КНБК в составе: долото 111215,9 МЗГВ, турбобур ЗТСШ-195 и 10 м УБТ диаметром 178 мм. Алгоритм программы предусматривает расчет профиля скважины с участком есте­ственного искривления без тангенциального участка. Профиль такого вида получается в том случае, когда смещение ствола скважины на проектной глубине невелико или ради­ус кривизны участка начального искривления отклонителем очень большой и этот уча­сток пересекается с участком естественного искри- вления. Профиль горизонтальной скважины [7, 17] состоит из направ­ляющей части и горизонтального участка. Направляющая часть про­филя горизонтальной скважины может включать вертикальный уча­сток, участок начального искривления, тангенциальный участок и уча­сток увеличения зенитного угла или состоять только из вертикального участка и участка увеличения зенитного угла. Горизонтальный участок может быть выполнен в виде восходящей или нисходящей дуги окружности, т.е. быть вогнутым или выпуклым, а также прямолинейным или волнообразным. Горизонтальный участок в зависимости от угла падения продуктивного пласта может быть рас­положен под любым заданным углом к вертикали, в том числе и под углом 90°. Направляющая часть профиля горизонтальной скважины и ее гори­зонтальный участок могут рассчитываться отдельно. Однако они
	Таблица 3.3 Параметры проектного профиля с участком естественного искривления
	Номер Глубина по Длина, м Смещение, Зенитный Интенсив­ность ис- участка тикали, м ствола интервала м угол, градус кривления, градус/10 м 1 100,00 100,00 100,00 0,00 0,00 0,000 2 263,94 266,26 166,26 23,95 16,62 1,000 500,00 512,62 246,36 94,44 16,62 0,000 1400,00 1451,88 939,26 363,17 16,62 0,000 3 2258,93 2348,29 896,41 619,63 16,62 0,000 4 2700,00 2800,89 452,60 720,00 10,07 -0,110 2775,00 2876,96 76,08 732,75 9,23 -0,110
	48

	должны быть сопряжены друг с другом. Назначение направляющей части профиля горизонтальной сква­жины заключается в выведении ствола под определенным углом в точку продуктивного пласта с заданными координатами. Поэтому при расчете этой части профиля горизонтальной скважины кроме проектной глубины и отклонения ствола скважины от вертикали не­обходимо задавать значение зенитно- го угла на проектной глуби­не. Кроме того, как правило, задается радиус кривизны участка уве­личения зенитного угла скважины. При дальнейшем изложении приняты следующие условные обо­значения (рис. 3.2): Н — проектная глубина направляющей части профиля скважины (глубина начала горизонтального участка); А — проектное смещение профиля скважины на проектной глубине; а — зенитный угол на проектной глубине (угол входа ствола сква­жины в продуктивный пласт); Нв — длина вертикального участка; L — длина тангенциального участка направляющей части профиля; Нт — глубина в конце горизонтального участка; Ат — смещение скважины в конце горизонтального участка; От— зенитный угол в конце горизонтального участка; LT - длина горизонтального участка; Sn — протяженность горизонтального участка; Yi — угол охвата первого интервала волнообразного горизонтально­го участка; Т — предельное смещение горизонтального участка в поперечном направлении; Т\, Т2 — предельное смещение двухинтервального горизонтального участка в поперечном направлении вверх и вниз соответственно; а, — зенитный угол в конце г-го участка профиля; RT — радиус кривизны горизонтального участка. Rri, Rr2~ радиус кривизны первого и второго интервалов волнооб­разного горизонтального участка соответственно. Методика расчета направляющей части профиля горизонтальной скважины основана на решении системы уравнений проекций участков профиля на вертикальную и горизонтальную оси. При этом расчет профиля горизонтальной скважины сводится к определению длины вертикального участка и радиуса кривизны одного из участков или длины тангенциального участка, если он имеется, при заданных ос­тальных параметрах профиля (см. рис. 3.2).
	49

	Рис. 3.2. Профили горизонтальных скважин
	50

	Профиль типа 1. Исходные данные для расчета: Н,А,а: Asina Н*=Н--Л-----------5                                          (ЗЛ) 1 - cos a
			(3.2)
	sin a Профиль типа 2. Исходные данные для расчета: Н, A, a, (Xi, Ri: НВ = Н-Rlsina-R2(sma - sinai),                            (3.3) где
		cosaj-cosa2
	Профиль типа 3. Исходные данные для расчета: Н, A, a, ab R3: = H-Rlsinal-R3Wl-Lcosal;                               (3.5)
	L---------------;-----------------,                                      (3.6) sin a
	где W\ = sina — sinai; V\ = cosai — cosa. Профиль типа 4. Исходные данные для расчета: Н, А, а, ось /?ь ^з> HB = H-Rlsinal-R3W2-Lcosal-R4W3,                     (3.7) где W2 = sina3 - sinai; W3 = sina - sina3; , A-(I-cos a, )R -ЯУ2- R4V,
	V2 = cos ai - cos a3; F3 = cos a3 - cos a. Профиль типа 5. Исходные данные для расчета: Н, А, а, Щ, Ri,
	(3.9) где W4 = sina2 - sinai; W5 = sina - sina2.
	51

	R3=-------—————;                            (зло) V4 = cosai - COSOC2; V5 = cosa2 - cosa.
	Вертикальную и горизонтальную проекцию, а также длину каждого участка профиля можно рассчитать с использованием известных фор­мул, приведенных в табл. 3.1. Методика расчета профиля горизонтального участка скважины учитывает прежде всего цель строительства горизонтальной скважи­ны, которая заключается в продольном вскрытии продуктивной части нефтегазосодержащего пласта. Поэтому геометрия горизонтального участка должна соответствовать форме той части пласта, где предпо­лагается расположить горизонтальный участок. Другими словами, горизонтальный участок должен располагаться вдоль продуктивной части пласта и не выходить за границы его нефте-газосодержащей части. Таким образом, основные параметры, определяющие геометрию горизонтального участка, следующие: a — зенитный угол в начале горизонтального участка или направ­ляющий угол; 5П — протяженность горизонтального участка по пласту, т.е. длина проекции горизонтального участка на касательную к началу горизон­тального участка; Т\, Тг — предельные отклонения горизонтального участка в попе­речном направлении. Прямолинейный горизонтальный участок (рис. 3.3, а): вертикальная проекция
	r;                                                     (З.П) горизонтальная проекция Горизонтальный участок в виде дуги окружности (рис. 3.3, б, в): радиус горизонтального участка RT = (sl+T2)/2T;                                                   (3.13) вертикальная проекция Яг = 5ncosa ± Tsina + Я;                                           (3.14) горизонтальная проекция ^4r=5nsina± 7bosa + ^4;                                            (3.15) 52

	зенитный угол в конце горизонтального участка p = a ± arcsm(sn/RT);                                              (3.16) длина горизонтального участка
	Рис. 3.3. Виды горизонтального участка скважины
	(3.17)
	В формулах (3.14)—(3.17) знак "плюс" соответствует вогнутой дуге окружности, а минус — выпуклой. Волнообразный горизонтальный участок (рис. 3.3, г): радиус кривизны второго интервала горизонтального участка
	RT2 = (-M-P)/2Tl где M=BT2-2sl(Tx +	(3.18) (3.19) (3.20) (3.21) (3.22)
	sl-(Tl-T2f+ T? -
	Вертикальная проекция
	53

	Яг = sncos a + r2sin а + Я;                                          (3.23) горизонтальная проекция Ат = 5nsin а - r2cos а + А.                                           (3.24) Длина проекции первого интервала горизонтального участка на ка­сательную в его начальной точке
	s,=^2T,{RT,+RTl)-T,;                                   (3.25) угол охвата интервала с радиусом RTl
	зенитный угол в конце горизонтального участка ат=а- arcsin ——L.                                       (3.27) Rt2 Зная зенитные углы по концам каждого интервала волнообразного горизонтального участка, а также радиус кривизны, можно по формуле (3.17) рассчитать его длину. Расчет параметров проектного профиля горизонтальной сква­жины осуществляется с помощью программы "Горизонт", разрабо­танной во ВНИИБТ. Программой предусмотрен расчет пяти видов профиля горизон­тальной скважины. Горизонтальный участок может быть выполнен в виде восходящей или нисходящей дуги окружности, прямолинейным или волнообразным. Проектной глубиной горизонтальной скважины является глубина нижней точки направляющей части профиля (рис. 3.4). Пример 3.3. Ниже приведены исходные данные, необходимые для расчета направ­ляющей части профиля горизонтальной скважины вида 3 (см. рис. 3.2). Проектная глубина, м............................................................................................................ 2000 Смещение профиля на проектной глубине, м............................................................ 550 Угол на проектной глубине, градус.................................................................................90 Радиус кривизны 2-го участка, м.....................................................................................573 Интервал изменения начального угла, градус............................................................ 30 Радиус кривизны 4-го участка, м.....................................................................................60 Горизонтальный участок пересекает продуктивный пласт в продольном направле­нии и его геометрия должна соответствовать форме и структуре пласта. Положение горизонтального участка в пласте определяется глубиной и зенитным углом его начальной точки. Поэтому в отличие от наклонно направленной скважины при
	54

	расчете профиля горизонтальной скважины необходимо задавать зенитный угол на про­ектной глубине. После ввода указанных в табл. 3.3 данных рассчитываются длины вертикального и тангенциального участков. Результаты представляются в виде таблицы. Если рассчитан­ные длина вертикального и тангенциального участков не устраивают пользователя, то можно повторить расчет, изменив радиус кривизны и зенитный угол в конце участка начального искривления скважины. Ниже представлены исходные данные, необходимые для расчета параметров гори­зонтального участка и в контрольных точках направляющей части профиля.
		Ш Направление .Ч:УИгкрытня ПАпСта
	Рис. 3.4. Направляющая часть профиля горизонтальной скважины Параметры горизонтального участка Протяженность горизонтального участка, м................................................................200 Допустимое отклонение горизонтального участка, м: вверх........................................................................................................................................ 15 вниз.......................................................................................................................................... 10 Радиус кривизны А—В, м...................................................................................................... 60 Число контрольных точек профиля (от 0 до 9)......................................................... 2 Глубина контрольной точки, м: первой..................................................................................................................................... 200 второй...................................................................................................................................... 1985 На рис. 3.5 приведена схема расположения горизонтального участка в продуктивном пласте.
	55

	Рис. 3.5. Схема расположе­ния горизонтального уча­стка в пласте Таблица 3.4 Параметры проектного профиля горизонтальной скважины
	Номер участка Глубина по вертикали, м Длина, м Смещение, м Зенитный угол, градус Интенсив­ность ис­кривления, градус/10 м ствола интервала 1 1.1 200,00 953,82 200,00 953,82 200,00 753,82 0,00 0,00 0,00 0,00 0,000 0,000 2 1240,31 1253,84 300,02 76,76 30,00 1,000 3 3.2 1969,99 1985,00 2096,40 2115,88 842,56 19,48 498,04 510,33 30,00 48,60 0,000 9,549 4 2000,00 2159,23 43,35 550,00 90,00 9,549
	Горизонтальный участок
	А-В 1996,99 2178,31 19,08 568,76 108,22 9,549 В-С 1985,00 2254,37 76,06 643,54 90,00 -2,396 с-д 2010,01 2364,70 110,33 750,0 63,57 -2,396
	Предельные отклонения горизонтального участка вверх и вниз от направления вскрытия продуктивного пласта определяются значениями глубины расположения его кровли и водонефтяного контакта. Для рассматриваемого примера эти значения равны соответственно 1985 и 2010 м. В результате расчета определяется радиус кривизны конечного интервала го­ризонтального участка, а также зенитные углы по его концам. Глубина и число контрольных точек зависят от конструкции скважины, а также ко­личества реперных пластов, до которых необходимо определить длину скважины от ее устья. В примере глубина спуска кондуктора — 200 м, промежуточная колонна спускается после проводки тангенциального участка. Кровля продуктивного пласта расположена на глубине 1985 м. Результаты расчета профиля горизонтальной скважины выдаются в виде табл. 3.4.
	56

	Радиусы кривизны интервалов горизонтального участка А-В = 60,00 м; В-Д= 239,17 м.
	57