Литература(Разное)

Всё про нефть и газ \Главная \Начало \Литература \Подразделы \Разное \бурение горизонтальных скважин

ГЛАВА 2 Раздел 2

Проектирование профиля скважин

 

 

            Проектирование

профиля скважины

 

О скважинах с большим, средним

или малым радиусом искривления

 

            Все профили скважин (с большим, средним и малым радиусами искривления) имеют свое назначение.  В некоторых случаях преимущество одного из профилей над остальными очевидно. В других случаях  можно с успехом воспользоваться не одним, а несколькими профилями. Некоторые буровые  подрядчики на отдельных месторождениях пробурили скважины с 6ольшим и средним радиусами  искривления, прежде чем решать, какой из них лучше отвечает требованиям проекта. Появилась  тенденция применять на одной и той же скважине профиль с комбинацией большого и среднего  радиусов искривления.

            Настоящий раздел посвящен следующим вопросам:

            Описанию параметров, которые следует принимать во внимание при проектировании  профиля горизонтальной скважины

            Методике выбора профиля и обоснованию приоритета одного профиля над другим

            Почему некоторые проектные параметры более важны, чем другие, для конкретного  профиля.

 

Положение точки входа в заданный объект на горизонтальном участке

 

            Положение точки входа в заданный объект на горизонтальном участке относительно положения устья  скважины играет ключевую роль в выборе профиля скважины. Большой радиус искривления  становится менее подходящим при уменьшении расстояния между точкой входа в заданный объект и  устьем скважины. Это происходит просто потому, что, исходя из геометрических размеров, становится  невозможным войти в пласт в желательном месте. В конце концов горизонтальное отклонение  уменьшается до такого размера, что искривление по большому радиусу становится невыполнимым. В  особых случаях, например, при бурении вторых стволов останется единственный выбор - профиль с  малым радиусом искривления. Однако профили со средним и большим радиусами искривления могут  использоваться в случаях, если:

            Положение точки входа в пласт на горизонтальном участке не является решающим  критерием или

            Горизонтальная проекция между устьем  скважины  и заданной точкой входа в пласт  оказывается (или может быть выполнена) достаточно большой и точка отклонения  скважины от вертикали находится на сравнительно небольшой глубине. Например, устье  скважины и/или точка отклонения скважины от вертикали могут быть смещены в удобное место.

            Приведенные ниже примеры показывают взаимосвязь следующих параметров проектного профиля  скважины:

            Положение заданной точки входа в пласт

            Положение устья скважины (SL)

            Минимальная интенсивность набора зенитного угла (BUR_min)

            Точка отклонения скважины от вертикали (КОР)

Пример 1

            Рассмотрим следующий пример. Положение заданной точки входа в пласт (ТЕР) дано, но положение  устья скважины (SL) совершенно произвольно.

            Задача: Определить минимально возможную интенсивность набора зенитного угла (ВUR) при  следующих допущениях:

            1. Точка отклонения скважины от вертикали (КОР) может быть в любом месте.

            Для отклонения скважины от вертикали до зенитного угла 90⁰ будет использоваться только  один участок набора зенитного угла.

            Решение: Наименьшее значение интенсивности набора зенитного угла (ВUR) возможно при самой  малой глубине положения точки отклонения скважины от вертикали (КОР), которая в нашем примере  соответствует земной поверхности. Так как мы используем постоянную интенсивность набора  зенитного угла (ВUR), для того, чтобы попасть в заданную точку входа в пласт при зенитном угле 90⁰ вертикальная проекция участка от точки отклонения скважины от вертикали (КОР) должна быть равна  горизонтальному отклонению (Н).

Рисунок 2-1 Определение минимальной интенсивности набора зенитного угла ВURmin при заданном  положении точки входа в пласт (ТЕР) и произвольном положении устья скважины (SL)

Рисунок 2-2 Определение ВURmin  при заданных ТЕР и SL

 

 

Следует отметить ,что интенсивность набора зенитного угла (BUR) однозначно связана с радиусом кривизны уравнением:

                         

                                  (180/п*100)   5,730

                         R = --------------- = ------- , где R - в футах, а BUR в градусах на 100 футов

                                        BUR         BUR

 

Также необходимо отметить, что R=TVD_TEP=H

Объединив эти два уравнения, получаем решение для BUR_min:

        

               5,730

BUR_min  = -----------

                 TVD_TEP

 

Случай 1:   Дано ТVDTEP =5,000 футов Найти ВUR Решение:                    5,730        5,730 BURmin = ---------- = --------- =1,150/100 фут.                  TVDTEP          5,000

Случай 2:   Дано ТVDTEP =500 футов Определить ВUR Решение:                    5,730 BURmin = ----------- = 11,50/100 ФУТ                     500

Решение: При допусках, сделанных в случае 1, можно использовать профиль или с большим или со  средним радиусом искривления. Однако в случае 2 профиль с большим радиусом искривления нельзя  использовать из-за малой глубины скважины по вертикали (ТVD) в заданной точке входа в пласт  (ТЕР). По общему мнению, допущение о нахождении точки отклонения скважины (КОР) у поверхности  или вероятность расположения точки входа в пласт (ТЕР) на глубине 500 футов очень сомнительны.  Однако, рассмотрим следующий пример.

Пример 2

Даны положение точки входа в пласт (ТЕР) и предполагаемое (SL) положение устья скважины.

Задача: Определить минимально возможную интенсивность на6ора зенитного угла (ВUR) при тех же  условиях, что и в примере 1.

Решение: Чтобы достичь точки входа в пласт (ТЕР) при угле в 90 град., вертикальная проекция  участка от КОР до ТЕР должна быть равна горизонтальному отклонению от КОР до ТЕР. При этом  КОР фиксируется в положении, показанном на рис. 2-2.

Таким образом, мы видим, что: R = Н = (ТVD_TEP - TVD_KOR)

Теперь определим минимальную величину ВUR аналогично тому, как это делалось в примере 1.

                       

 

 

                                                     5,730                     5,730

                                 BUR_min = ----------- = ---------------------------

                                                        R             (TVD_TEP-TVD_KOR)

Рисунок 2-3 Точка входа в пласт

Рисунок 2-4 Точка отклонения скважины от вертикали на глубине (ТVD) 3,000 фут.

 

Случай 1: Дано: ТVDTEP = 5,000 фут.  Н = 2,000 фут Решение: Чтобы подойти к ТЕР под углом в 90 град., расстояние от КОР до ТVDTEP, должно равняться H         Следовательно, КОР находится на глубине 3,000 фут. по вертикали (ТVD). Таким образом, необходимая интенсивность ВUR составляет:                 5,730         5,730 BUR =---------- = ---------- = 2,870/100фут                 R            2,000               Так как скважина с большим радиусом искривления имеет максимальную интенсивность набора  зенитного угла 60 /100 фут., это решение допускает проектирование горизонтальной скважины с  большим радиусом искривления. Следует отметить, что средний радиус искривления может быть  запроектирован, если увеличить глубину КОР.

Случай 2: Дано: ТVDTEP = 5,000 фут. H=500 фут. Решение: R=H=500 фут.                  5,730         5,730 BUR = --------- = ---------- = 11,50/100 фут                  R              500                       Так как такая величина интенсивности набора зенитного угла (ВUR) превышает 60/100 фут., в этом  случае имеем дело с проектированием скважины со средним радиусом искривления. Следует  отметить, что профиль с 6ольшим радиусом искривления невозможен.           За помощью при этих расчетах следует обратиться к рис. 2-5 - 2-8.

Например, рис. 2-5 можно использовать, чтобы определить, что минимально возможное  горизонтальное отклонение для профиля с одним участком искривления по большому радиусу  составляет 955 фут., который соответствует интенсивности набора зенитного угла 6⁰/100 фут.  Следовательно, в случае 2, описанном выше, чтобы обеспечить большой радиус искривления, устье  скважины должно быть сдвинуто от точки входа в пласт (ТЕР) по крайней мере на 455 фут. (по  вертикальной проекции).

Рисунок 2-5 Зависимость интенсивности набора зенитного угла от горизонтального отклонения для горизонтальных скважин с одним криволинейным участком (м).

Рисунок 2-6 Зависимость интенсивности набора зенитного угла от горизонтального отклонения для горизонтальных скважин с одним криволинейным участком искривления (м).

 

Рисунок 2-7  Зависимость интенсивности набора зенитного угла от  горизонтального отклонения для горизонтальных скважин с одним криволинейным участком искривления (фут).

Рисунок 2-8  Зависимость интенсивности набора зенитного угла от горизонтального отклонения для горизонтальных скважин с одним криволинейным участком искривления (фут).

Необходимая информация для проектирования

 

           Выбор профиля скважины влияет на каждую фазу проектирования, бурения, заканчивания и  капитального ремонта горизонтальной скважины. Как отмечалось выше, еще до начала  проектирования профиля скважины требуется определенная информация. Необходимая информация  включает и определение назначения скважины. Это будет определять желаемое положение  горизонтального участка.                                                                                                                                                                             

            Далее целесообразно выяснить условия залежи. Они определят необходимость в разработке  программы изучения горных пород. Программа изучения горных пород может иметь важное  значение при выборе проектного профиля скважины. Вообще, профили скважин с малым радиусом  искривления имеют самое малое количество вариантов, тогда как профили скважин с большим  радиусом искривления могут быть очень разнообразными. Главным ограничением является  проходимость относительно длинных каротажных приборов через криволинейные участки с малыми  радиусами (с высокой интенсивностью, резкого перегиба). Соответственно, если для определения  конечных экономических показателей по скважине требуется применение полного комплекта  каротажных приборов, то вариант с использованием  профиля с малым  радиусом искривления  неприемлем. Вообще, в скважину с большим радиусом искривления может быть спущен любой  прибор  для  геофизических  исследований,  применяемый  в  обычной  направленной  скважине.  Ограничением является не радиус изгиба измерительного прибора, а скорее проходимость приборов  до забоя при большом зенитном угле.        

            В-третьих, должна быть определена необходимая схема заканчивания скважины и приняты  следующие решения:                                                                                                                                         

            О заканчивании скважины открытым или обсаженным стволом.                                                  

            О глубине расположения оборудования для заканчивания скважины (пакеры, насосы и т.д.)

            О требованиях к диаметру скважины.

            Требования к заканчиванию скважины могут быть очень важными при выборе проектного профиля  скважины. Выбор заканчивания скважины с малым радиусом искривления более ограничен, чем для  скважин со средним или большим радиусами искривления. К настоящему времени к удачным схемам  заканчивания скважин с малым радиусом искривления относятся открытый ствол, хвостовик с  щелевидными отверстиями и заранее приготовленные гравийные фильтры. Если в скважину должно  спускаться глубинное оборудование, например погружной насос, то для размещения его в прямом  стволе следует эапроектировать участок стабилизации зенитного угла. Необходимо проанализировать  и учесть все - оборудование для заканчивания и капитального ремонта скважины, которое будет  спускаться в любое время в течение всего срока ее эксплуатации. Такой анализ позволит определить  возможность возникновения осложнений из-за изгибающих нагрузок на участке набора зенитного  угла. Например, будет определена способность установки для капитального ремонта протащить пакер  через участок с резким перегибом

            В-четвертых, следует уточнить ограничения, накладываемые вскрываемым объектом. При этом будет  определено:

            Положение, размеры и форма продуктивного объекта

            Присутствие (или отсутствие) геологических реперов

            Необходимость бурения пилотной скважины

            И наконец, в проекте скважины следует предусмотреть диаметры ствола скважины, обсадных колонн  и глубин их спуска.

            Проектирование профиля скважины можно начинать, после получения исходной информации для  проектирования. Ниже приведен перечень основных этапов проектирования профиля скважины в  порядке их обычной очередности. Однако процесс . проектирования осуществляется методом  последовательного приближения и приведенные этапы должны рассматриваться только как указания  рекомендательного характера.

           

Этапы проектирования профиля скважин

Точка отклонения скважины от вертикали (КОР).

                                  Совместимость положения точки с горными породами.

 Интенсивность набора зенитного угла.

                                   Конструкция скважины.

                                   Износ обсадных колонн и разрушение стенок ствола.

 Участок стабилизации эенитного угла (если есть).

                                   Горизонтальное отклонение скважины от вертикали.

                                   Наличие неопределенности глубины залегания продуктивного                                 пласта и геологических  реперов.

                                   Наличие неопределенности характеристики траектории                                             скважины.

                                   Требования к заканчиванию скважины.

 Неопределенность глубины залегания продуктивного пласта и геологических реперов

                                   Пилотные (проходимые предварительно) стволы.

                                   Неопределенности  в положении водонефтяного  и                                                     газонефтяного  контактов по  глубине.

В следующих разделах детально обсуждается каждый из этих этапов проектирования профиля  скважины.

 

Точка отклонения скважины от вертикали

            Обычно скважина должна быть отклонена на максимально возможной глубине с учетом следующих  условий.

            1. Интенсивность набора зенитного угла (или радиус искривления криволинейного участка)  должна соответствовать горным породам и ограничениям, которые накладываются скважинным  оборудованием (например, оборудование для заканчивания, аппаратура по программе оценки  горных пород, бурильная колонна и обсадная колонна).

            2. Следует выбирать участок набора зенитного угла и участки стабилизации зенитного угла  (если они есть) так, чтобы:

-обеспечить достаточное горизонтальное отклонение для достижения заданной точки  входа в пласт;

            -предусмотреть изменения  глубины скважины по вертикали (ТVD) в связи с  неопределенностями в геологических условиях.

 Иметь допуск на отклонение фактических характеристик траектории от ожидаемых:

            -предусмотреть прямолинейный ствол на глубине установки башмаков обсадных колонн  (см. ниже) и оборудования для заканчивания (например, погружных насосов).

            3. Взять по возможности все полезное от стратиграфических реперов (разрез горных пород,  контакты флюидов, каротажные кривые и т.д,), чтобы сделать:

-поправки в процессе бурения;

-последнего участка набора зенитного угла.

            4. Принимать меры против встреч с другими скважинами (например, пробуренных с той же  платформы).

            5. В случае эабурки вторых стволов может потребоваться провести заново инклинометрические  замеры, прежде чем окончательно выбрать точку отклонения ствола с учетом повышенной  точности современных приборов.

            Следует провести соответствующие проверочные расчеты чтобы гарантировать допустимые пределы  механических нагрузок на бурильную колонну при кручении, натяжении, продольном изгибе, износе  обсадной колонны и т.д. Следует также убедиться, что буровая установка имеет достаточную  грузоподъемность для бурения и (при необходимости) эаканчивания скважины.

            По возможности следует избегать любых больших (более 90 град.) изменений азимута, и скважину  следует проектировать в одной вертикальной плоскости. Большие изменения азимута нежелательны,  так как они вызывают увеличение:

- затрат времени на управление траекторией;

- cуммарной интенсивности искривления при интенсивности набора зенитного угла, заданной  в вертикальной плоскости, в которой находятся точка отклонения скважины от вертикали и  точка входа в пласт.

В некоторых случаях, однако, приоритет будут иметь другие соображения, например,  предупреждение пересечения с другой скважиной или желательность изменения азимута в  горизонтальном участке скважины

 

Интенсивность набора зенитного угла

            В качестве первого шага определения интенсивности(ей) набора зенитного угла необходимо  установить ее верхний и нижний пределы. Как обсуждалось выше, верхняя граница (т.е. максимально  возможная интенсивность набора зенитного угла) может быть определена следующими факторами:

            -требованиями исследований горных пород;

            -требованиями заканчивания скважины;

            -соседними  скважинами,  буровым  подрядчиком,  опытом  использования  эабойных  двигателей/оборудования;

            -механическими нагрузками, действующими на бурильную колонну (скручивание/натяжение,  силы сопротивления, усталость металла) или обсадную колонну (скручивание/натяжение,  силы сопротивления, износ, уменьшение прочности на растяжение в связи с изгибом в  участках с резкими перегибами);

           -пределами грузоподъемности буровой установки.

Нижняя граница (т.е. минимально допустимая интенсивность набора зенитного угла) будет  определяться большей из следующих величин:

            Интенсивность набора зенитного угла  будет определяться дугой на участке  от точки  отклонения скважины от вертикали (КОР) до точки входа в пласт (ВUR_min)

            Самая низкая интенсивность набора зенитного угла, которая может быть (или можно  ожидать, что будет) доступна (ВUR_ACH) в горных породах, находящихся на выбранном  участке набора зенитного угла скважины при проектируемом оборудовании для  направленного бурения и обслуживающем его персонале и системе бурового раствора.

Пример 3.

 

Дано:  Точка входа в пласт.

Ожидаемая минимально достижимая интенсивность набора зенитного угла

(BUR_ACH)

Найти:  глубину точки отклонения скважины от вертикали и положение устья скважины.

Случай 1: Дано: TVDTEP = 5000 фут. ВURACH = 20/100 фут Решение:        Во-первых, находим ВUR, которая определяется  дугой окружности от устья скважины до TEP.                    5,730          5,730 BURmin = ----------- = ----------- =                   TVDTEP             5,000  1,150/100фут         Это минимально возможная постоянная интенсивность (ВUR), которая может быть получена. Нижняя  граница для ВUR больше следующих величин: BURmin=1,50/100фут и BURACH=2,00/100фут         Таким образом, нижняя граница составляет 20 /100 футов.         Во-вторых, определяем КОР, соответствующий нижней границе ВUR. Используем следующее  уравнение (см. Пример 2)                    5,730                   5,730 BURmin = --------- = ---------------------------                    R            (TVDTEP -TVDKOP)         И находим КОР следующим образом: КОР = ТVDTEP-5,730/BUR         В данном случае, КОР = 5,000-5,730/2,0 Следовательно, КОР = 2,135 фут. = 5,000 – 2,865         В-третьих, устье скважины (SL) находится в том же самом месте на плане, что и КОР, и на 2 135 фут,  выше КОР.

Случай 2:      Дано: ТVDTEP = 2000 фут. ВURACH = 20/100 фут. Решение:        Во-первых, находим ВUR, которая определяется дугой окружности, начиная от  устья, находящегося в точке отклонения скважины от вертикали (КОР)                   5,730         5,730 BURmin = ----------- = -------- = 2,870/100 фут                   TVDTEP        2,000           И снова, нижняя граница для ВUR больше, чем:         BURmin =2, 870/100 фут и         ВURACH= 2, 00/100 фут          Таким образом, нижняя граница – 2,870/100 фут.           ПРИМЕЧАНИЕ: КОР для ВUR, равной 2,870/100 фут. находится на поверхности. На практике КОР  будет находиться глубже, что дает большее значение нижнего предела для ВUR, как показано в  примере 4.

Пример 4

Дано:

Точка входа в пласт

Глубина точки отклонения скважины от вертикали (КОР)

Положение устья

Найти:

ВUR

Случай 1: Дано: ТVDTEP= 5000 фут.             КOP=4000 фут. Устье скважины расположено над КОР   Решение:               5,730             5,730 BUR= --------- = --------------------- =                 R             TVDTEP-KOP        5,730             5,730 ----------------= ----------- = 5,730/100фут (5,000-4,000)     1,000

Cлучай 2: Дано: ТVDTEP= 2000 фут.             КOP=500 фут. Устье скважины расположено над КОР   Решение:                   5,730             5,730 BUR= --------- = ------------------- =                R          TVDTEP-KOP     5,730                 5,730 --------------- = ---------- = 3,820/100фут (2,000-500)            1,500

В горных породах, в которых получают (или можно ожидать, что получат) постоянные и  прогнозируемые значения интенсивности зенитного угла (например, в изученных разрезах) следует проектировать плановые и эапасные участки набора зенитного угла с такими значениями  интенсивности. Обычно самые низкие крутящие моменты и силы сопротивления имеют место, когда  участки набора зенитного угла при малой глубине расположения точки отклонения скважины от  вертикали (КОР) имеют минимально возможную интенсивность набора зенитного угла. Участки  набора зенитного угла на большой глубине обычно должны иметь по крайней мере интенсивность  3⁰ /30 метров (100 футов), чтобы уменьшить длину этого участка.

 

Интенсивности набора зенитного угла в составных профилях

            Бурение по дуге окружности производится обычно не на всем протяжении от вертикали до  горизонтали. Бурение по дуге окружности, как правило, осуществляется только в тех случаях, когда  глубина точки входа в пласт (ТVD) и характеристика траектории ствола хорошо известны (например, в  Остин Чок). Вместо профиля с дугами окружности часто проектируют "составной" профиль. При этом  используется более одного проектного участка набора зенитного угла и один или больше участков  стабилизации эенитного угла.

 

Рисунок 2-9 "Составной" профиль

 

            Для скважин, спроектированных с одним участком стабилизации зенитного угла, составной профиль  может иметь одну и ту же интенсивность набора зенитного угла в верхнем и нижнем участках набора  зенитного угла. В некоторых случаях для верхнего и нижнего участков набора зенитного угла  закладывают различные значения интенсивности. Например, в верхнем участке могут применять  интенсивность набора 4⁰/30м (100 фут.), а ниже участка стабилизации зенитного угла интенсивность  набора может быть 8⁰/30 м (100 фут.). Таким образом, в одной и той же скважине с составным  профилем могут использоваться участки с большим и средним радиусами  искривления.

            В составных профилях значения интенсивностей участков набора зенитного угла, верхнего и нижнего,  являются решающими, но по разным причинам. Верхний участок набора зенитного угла обычно  находится в более мягких горных породах, которые более склонны к размыву, что ведет к более  неустойчивому характеру изменения зенитного угла. Это приводит к извилистости скважины и может  значительно увеличить крутящий момент и силы натяжения, действующие на бурильную колонну.  Однако соблюдение интенсивности набора зенитного угла на верхнем участке не так важно с точки  зрения входа в пласт в заданной точке. В то же время значение интенсивности набора зенитного угла  ниже участка стабилизации зенитного угла является решающим, так как остается мало места для  исправления скважины перед входом в пласт в заданной точке. Даже если в верхнем участке  интенсивность набора зенитного угла не достигает желательного уровня, еще остается время  исправить профиль скважины, меняя местоположение точки отклонения скважины (КОР), длину  участка стабилизации зенитного угла, интенсивность набора зенитного угла и/или компоновку низ  бурильной колонны (ВНА) при бурении нижнего участка набора зенитного угла. Информация по  управлению траекторией скважины, полученная при бурении верхнего участка набора зенитного угла,  может оказаться полезной при изменении этих параметров в нижнем участке для точного управления  траекторией скважины при входе в пласт. На практике эти два участка набора зенитного угла обычно  находятся в различных горных породах.

            Значение  интенсивности  набора зенитного  угла  нижнего  участка в проекте  принимается  ниже  ожидаемого значения интенсивности набора при подаче выбранной компоновки низа бурильной  колонны (ВНА) без вращения. Как правило, проектная интенсивность набора зенитного угла будет на  2-3⁰/100 фут. меньше ожидаемой в случае подачи бурильной колонны без вращения при большом  радиусе искривления и в большинстве скважин со средним радиусом искривления. Если фактическая  интенсивность набора угла в процессе подачи колонны без вращения все еще  слишком мала, чтобы  обеспечить вход в пласт в заданной точке, необходимо поднять компоновку низа бурильной колонны  (ВНА) и заменить ее на более эффективную. В случаях, когда фактическая интенсивность набора  угла слишком высока, чтобы обеспечить попадание в заданную точку пласта, применялись следующие  методы.

            Для случая подачи бурильной колонны без вращения, т.е. при слишком высокой  интенсивности резких перегибов, не дающей вращать бурильную колонну в связи с  высокой вероятностью появления усталости металла из-за значительных напряжений  изгиба:

1.      Меняется ориентация плоскости действия отклонителя (слева направо и наоборот), в  результате отклонения траектории скважины от запланированного азимута, снижается  интенсивность набора угла в вертикальной плоскости. В настоящее время специалисты  считают, что этот метод дает более извилистую скважину и не применим ни при каких  обстоятельствах.

Подача промывочной жидкости увеличивается и бурильщик компании по направленному  бурению "разрабатывает" ствол (ориентированное расширение), в одном месте пытаясь  размыть ствол и снизить интенсивность набора угла. Эта практика вполне приемлема и  должна применяться перед подъемом компоновки (ВНА) и заменой ее на компоновку с  меньшим отклоняющим действием.

            Для случая, когда допускается вращение бурильной колонны, например, при наборе  зенитного угла по 6ольшому радиусу.

Бурильная колонна расхаживается с вращением, чтобы уменьшить интенсивность набора угла в  вертикальной плоскости до желательного уровня. Желательно заложить в проект компоновку,  которая позволяет максимально увеличить время, затрачиваемое на вращение. Это также увеличивает  скорость проходки и способствует очистке ствола скважины. На практике необходимо будет подавать  бурильную колонну без вращения большую часть времени, если не все время. В начале отклонения  от вертикали для достижения требуемой интенсивности 'набора зенитного угла. Однако, если  компоновка (ВНА) правильно сконструирована (например при правильных размере и  местоположении) и после набора некоторого номинального значения зенитного угла (например, 10  град.), требуемая интенсивность набора угла может быть достигнута в процессе вращения.

Профили скважин могут проектироваться с комбинацией различных интенсивностей набора зенитного  угла, даже если нет участков стабилизации и зенитного угла. Например, в верхней части может  применяться менее интенсивный темп набора зенитного угла, так как мягкие горные породы, как  правило, не позволяют получать большую интенсивность набора зенитного угла. Когда горные  породы становятся более прочными, интенсивность набора угла может быть увеличена (например,  чтобы уменьшить длину участка набора).

 

Конструкция скважины

            Глубины установки обсадных колонн будут прежде всего определяться конструкцией скважины

(например, исходя из устойчивости стенок скважины или порового давления и требований, связанных  с градиентами давления гидроразрыва пластов). Проектный профиль направленной скважины должен  быть совместим с диаметрами обсадных колонн и скважины и глубинами установки башмака  обсадной колонны. В некоторых случаях, однако, запроектированные предпочтительные диаметры  скважины и обсадных колонн и глубины установки башмака обсадной колонны могут быть изменены,  чтобы приспособить их к требованиям, предъявляемым профилем скважины. Если можно,

            Следует предусматривать в проекте начало набора зенитного угла ниже башмака обсадной  колонны не ближе 30 м (100 фут.) по стволу.

            Зенитный угол скважины должен быть 3⁰ или больше, так чтобы для искривления  скважины можно было использовать поворот плоскости действия отклонителя под  действием силы тяжести.

Это требование возникает прежде всего в связи с магнитной интерференцией обсадных труб и  использованием магнитных труб в системе измерений в процессе бурения при инклинометрии  скважины. Участки набора зенитного угла должны к тому же проектироваться так, чтобы  заканчиваться у места установки башмака колонны обсадных труб (или несколько раньше), учитывая  наличие зумпфа ниже башмака. Это уменьшает количество диаметров стволов скважины, в которых

происходит искривление скважины. В результате этого:        

Оптимизируется конструкция забойного двигателя компоновки низа бурильной колонны

Сводится до минимума количество рейсов для смены компоновок низа бурильной колонны  (ВНА)

Снижается стоимость оборудования

Уменьшаются осложнения, которые могут возникнуть при спуско-подъеме оборудования  (например, бурильная колонна или пакеры), которое может зависать на башмаке обсадной  колонны, уставленном в криволинейном участке скважины

 

Износ обсадных колонн и разрушение стенок скважины

 

Работа корпорации Shell в 70-ых годах показала, что вращение бурильной колонны является главной  причиной износа обсадных труб. Так, максимальный износ обсадных труб обычно происходит из-за  касания замков бурильных труб с обсадными трубами. Скорость износа в первую очередь зависит от  сил контактного давления, длительности контакта в условиях вращения колонны и состояния  контактирующих поверхностей (например, бурильных замков). Работа корпорации Еххоп в 80-ых  годах показала, что высокосортные обсадные трубы изнашиваются несколько быстрее, чем  низкосортные. Следовательно, если износ обсадных колонн имеет большое значение, лучше  применять более низкосортные тяжелые обсадные трубы, чем высококачественные легкие.

Силы контактного давления зависят от натяжения бурильной колонны и степени  интенсивности резких  перегибов в зоне контакта. При увеличении натяжения бурильной колонны или интенсивности резких  перегибов ствола силы контактного давления будут увеличиваться. Самым нежелательным сочетанием  является большая растягивающая нагрузка на трубы или резкий перегиб ствола в точке, где имеет  место интенсивное вращение. Наиболее приемлемым критерием для ограничения износа обсадных  колонн в допустимых пределах является ограничение сил контактного давления до уровня максимум  2000 фунт. (8896 Н).

Чтобы уменьшить износ обсадных колонн, следует избегать вращения бурильной колонны,  включающей элементы с неровной поверхностью или другими особенностями, которые могут вызвать  более быстрый износ обсадных колонн. Например, новые армированные бурильные замки и  центраторы (например, при разбуривании обратных клапанов), как известно, вызывают очень быстрый  износ обсадных колонн при больших скоростях вращения бурильной колонны. Если нельзя  полностью избежать вращения бурильной колонны, следует до минимума снизить скорость вращения.

Программа моделирования бурильной колонны (известная также как программа по расчету крутящих  моментов и сил сопротивления колонны ) может также использоваться для прогноза ожидаемых сил  контактного давления на обсадные трубы. Если такой анализ показывает, что износ обсадной  колонны может быть значительным, необходимо рассмотреть следующие моменты.

            Обеспечить в процессе контроля состояния обсадных колонн измерение толщины их  стенок.

            Проводить базовую радиометрию обсадной колонны перед разбуриванием оснастки. Такие  измерения позволяют точно оценить изменения внутреннего диаметра обсадных труб, но не  в абсолютных величинах.

            Установить в желобе системы циркуляции магниты для определения количества металла от  обсадных колонн.

            Вести запись данных о скорости и времени вращения бурильной колоны. Использовать эги  сведения в сочетании с оценкой сил контактного давления для оценки износа обсадной  колонны.

           Использовать защитные кольца для бурильных труб.

            Проанализировать конструкцию скважины с учетом влияния износа обсадных труб на  разрыв внутренним давлением, смятие и совместное действие изгиба и растяжения.

В  некоторых  случаях  участки  набора  зенитного  угла  на большой глубине  во  время бурения  горизонтального участка не будут полностью обсаживаться. Если породы достаточно прочны, башмак  последней обсадной колонны может быть установлен при зенитном угле скважины порядка 75 град.  Тогда последний криволинейный участок вплоть до горизонтального будет оставаться открытым. В  этом необсаженном участке будет возможна эрозия ствола, что приведет к критическому положению  в связи с большой продолжительностью вращения и относительно высокими контактными усилиями.  До настоящего времени это не было проблемой. Тем не менее, это объясняет причину того, почему  пропластки, склонные к такому разрушению, обычно обсаживаются перед бурением горизонтального  участка.

 

Участки стабилизации зенитного угла

 

                Участки стабилизации зенитного угла являются частями проектного профиля скважины, которые  имеют постоянный зенитный угол.

Иногда в них планируются небольшие корректировки азимута (например, для учета ухода скважины  вправо при использовании роторных компоновок низа бурильной колонны).

Участки стабилизации зенитного угла могут применяться по разным причинам, включая:

Увеличение горизонтального отклонения для достижения заданной точки входа в пласт

Корректировки неопределенности в глубине по вертикали в точке входа в пласт из-за  неопределенности геологических условий

Корректировки траектории скважины

Выполнение требований заканчивания скважин. Например, установка погружного насоса в  "прямом"  участке,  извлечение  эксплутационного  пакера  без  чрезмерных  крутящих  моментов и нагрузок на крюк, успешный спуск гибкой колонны до забоя скважины.

В случаях, когда участок стабилизации зенитного угла используется для исправления  неопределенностей в геологических данных или в траектории скважины, его лучше всего располагать как можно ближе к самой решающей части скважины. Другие соображения для выбора положения  участка стабилизации зенитного угла включают значения этого угла, под которым он расположен.  Например, проектирование участка стабилизации зенитного угла при минимально возможном угле  приведет к минимальному весу бурильной колонны, воспринимаемому стенкой скважины. Это снижает  крутящий момент и усилия на крюке при подъёме, а также износ обсадных колонн. Другим моментом  является промывка скважины. Так как самые плохие условия для очистки скважины имеют место в  диапазоне зенитных углов 35-55⁰, следует избегать участков стабилизации в этом диапазоне зенитных  углов в случае наличия проблем с промывкой скважины. Наконец, практические соображения,  например, по поводу возможности полного раскрытия лопастей раздвижного расширителя при  6ольших зенитных углах скважины может повлиять на проектирование участка стабилизации  зенитного угла.

В некоторых случаях для решения нескольких задач может применяться несколько участков  стабилизации зенитного угла. Например, первый участок стабилизации  может проектироваться для  увеличения горизонтального отклонения, а второй участок стабилизации может проектироваться для  привязки неопределенностей к геологическим реперам.

 

Неточности в определении глубины продуктивного пласта

и геологических реперов

С точки зрения вскрытия намеченного объекта, самое главное различие между бурением  вертикальной и горизонтальной скважин состоит во влиянии ошибок измерений на глубину по  вертикали (ТVD). Для вертикальных скважин ошибки в определении глубины по вертикали (ТVD) для  вскрытия намеченного объекта менее важны, чем для горизонтальных скважин. Если вскрытие пласта  вертикальной скважиной на ожидаемой глубине не происходит, тогда бурение просто продолжается  до попадания в намеченный объект. Для горизонтальных скважин ошибки в определении глубины по  вертикали (ТVD) являются решающими при определении положения горизонтального участка.  Например, если горизонтальный участок проходит выше продуктивного пласта, тогда намеченный  объект разработки полностью пропускается. Следовательно, неточность в определении глубины по  вертикали (ТVD) сильно влияет на выбор профиля скважины.

Одним из обычных путей снижения неточности в определении глубины по вертикали (ТVD) точки  входа в пласт является использование геологических или стратиграфических реперов, которые  известны на характерных для ТVD глубинах выше намеченного объекта. Геологическими реперами  могут быть:

Кровли пластов горных пород

Характерные аномалии на каротажных диаграммах системы измерений в процессе бурения  (МWD) (например, отвечающие глинистым сланцам с высоким сопротивлением) .

Нефтяной контакт

Эти реперы обычно определяются путем анализа графиков каротажа с помощью системы оценки  пород и измерений в процессе бурения (FEMWD) или газового каротажа бурового раствора. При  прохождении известного геологического репера накопленные ошибки определения глубины по  вертикали (ТVD) (например, от неточной инклинометрии) значительно уменьшаются. Это позволяет в  процессе бурения точно управлять траекторией горизонтального участка.

Подход горизонтального участка к продуктивному пласту полезно сравнить с посадкой самолета на  взлетно-посадочную полосу. Будем рассматривать взлетно-посадочную полосу как намеченный объект  на заданной глубине, путь самолета как траекторию скважины, высоту, с которой самолет начинает  снижение, как устье скважины, точку соприкосновения с землей как место входа скважины в  намеченный объект, пилота как персонал буровой (руководимый представителем фирмы по  направленному бурению), принимающий решения в режиме реального времени, а самолетные  элероны, закрылки и руль как элементы управления компоновкой низа бурильной колонны (ВНА).  Высота самолета в тот момент, когда пилот решает начать посадку, для него очень важна. Точно  также ожидаемая глубина по вертикали (ТVD) намеченного объекта полезна бурильщику для  составления проекта размещения горизонтального участка скважины в залежи. Однако, пилоту в  конце концов для успешной посадки самолета необходима способность измерять, интерпретировать,  решать и реагировать соответственно изменению высоты самолета относительно взлетно-посадочной  полосы. Аналогичным образом для проводящего работы по направленному бурению необходима  способность измерять, интерпретировать, решать и реагировать в соответствии с изменениями  профиля скважины относительно глубины по вертикали (ТVD) намеченного объекта. Иначе  накопленные ошибки определения глубины по вертикали (ТVD), полученные при суммировании  ошибок при геофизических замерах, часто оказываются слишком большими по сравнению с  толщиной намеченного к вскрытию объекта.

Представим себе, что пилот начал снижение с высоты  30000фут. относительно взлетно-посадочной полосы с ошибкой в 10 фут., которую он не исправил.  Это аналогично тому, что бурильщик пытается провести горизонтальную скважину при глубине продуктивного пласта (TVD) 10000фут., ориентируясь только на поверхность и имея ошибки геофизических измерений глубины, которые больше маломощного нефтяного пласта.

Низкие значения интенсивности набора зенитного угла обычно более удобны для подвода  горизонтального участка к залежи. Геологический репер идеально подходит, если он расположен над  заданным объектом на расстоянии 100-300 фут. по вертикали, в зависимости от интенсивности набора  угла. В этом случае низкая проектная интенсивность набора угла дает больше пространства (и  времени) правильно изменить направление скважины, аналогично тому, как пилот делает частые  небольшие корректировки курса самолета вместо большого и резкого изменения его курса.

Как упоминалось раньше, решения, принятые во время выхода скважины на горизонтальный участок,  требуют сплоченной работы всей бригады, а не только большого индивидуального вклада каждого  работника. Значение своевременной и качественной связи переоценить невозможно. Геолог или  любой другой специалист, ответственный за попадание скважины в залежь, обязаны бывать на  буровой и уполномочены принимать решения на месте.

Ошибки, связанные с методом измерения (по каротажному кабелю, сейсмическими методами или по  бурильной колонне) глубины скважины по вертикали до геологического репера, должны быть  определены. Они имеют большое значение для удачного проведения горизонтального участка.  Ошибки в инклинометрических данных и измерениях глубины, связанные с каротажными замерами на  кабеле (или другими методами), независимы друг от друга.

Ошибки в определении глубины скважины по вертикали (ТVD) по данным инклинометрии могут быть  оценены с помощью моделей работы инклинометров. Оценки ошибок определения по каротажным  измерениям на кабеле могут 6ыть получены у петрофизиков. От них можно перейти к глубине  скважины по вертикали (ТVD), учтя зенитный угол во второй степени. Суммарная ошибка определения  глубины скважины по вертикали (ТVD) равна квадратному корню суммы квадратов двух независимых ошибок определения глубины скважины по вертикали (ТVD).

Важными моментами при использовании реперов для точной проходки горизонтального участка  скважины являются:

Расстояние по вертикали между репером и горизонтальным продуктивным пластом

Неточность в определении привязанной глубины по вертикали (ТVD) относительно истинной  толщины продуктивного пласта

Пилотные (предварительно проходимые) стволы

 

Пилотный (или предварительно проходимый) ствол следует предусматривать в  том случае, когда  нужно снизить неточность в определении глубины скважины по вертикали (ТVD). Пилотные стволы могут быть очень полезны и в том случае, когда мало известны детали строения залежи. Такими  случаями могут быть:

 

Ненадежность геологических реперов

Относительно малая толщина продуктивного пласта

Скважина должна быть пройдена близко к контакту флюидов

 

Если ошибки определения глубины скважины по вертикали (ТVD) геофизическими исследованиями,  накопленные от поверхности, становятся слишком большими по сравнению с толщиной вскрываемого  объекта, следует пробурить пилотный ствол. Проходка пилотного ствола снижает ошибку  геофизических измерений глубины скважины по вертикали (ТVD) между пилотным стволом и  горизонтальным  участком.  Это  позволяет  более  точно  и  уверенно  определить  положение  горизонтального участка. Бурение пилотного ствола снижает неточность в определении глубины  скважины   по   вертикали   (ТVD)   относительно   геологического   репера/эалежи/контактов  углеводородов.

 

Пилотный ствол может быть пробурен под любым зенитным углом. Самым дешевым будет  вертикапьный ствол, но он даст самую плохую корреляцию с заданной точкой входа в продуктивный  пласт для горизонтального участка, так как расстояние по горизонтали между этими точками  максимально. Особенности строения залежи являются важными факторами при определении  оптимального зенитного угла пилотного ствола. В частности, угол между пилотным стволом (или  любой конкретный угол) и горизонтальным участком являются основным фактором в определении  относительной разницы глубины залегания продуктивного пласта по вертикали (ТVD) между пилотным  стволом и горизонтальным участком. Важным вопросом является то, насколько хорошо известен угол  между двумя стволами (например, постоянен ли он?), а не то, каков он на самом деле.

 

Не которые представления о строении залежи, включая изменения угла падения пласта горных пород,  дают результаты сейсморазведки. Однако, точность определения угла падения пласта по  сейсмическим данным будет, вероятно, неадекватна требованиям значительного снижения неточности  определения ТVD, если расстояние по горизонтали между пилотным и горизонтальным стволами  велико. Другим источником являются данные по соседним скважинам, если они пробурены и если в  них спускали наклономер.

 

Другим соображением, касающимся зенитного угла пилотного ствола, является длина ствола, которая  должна быть перебурена чтобы вывести ствол на горизонталь после установки цементного моста. Это  может быть главным условием в случае плохой буримости пород.

 

В заключение следует сказать, что пилотные скважины не панацея от всех бед. Однако они могут предотвратить некоторые дорогостоящие ошибки, если их правильно спроектировать и пройти.

Неточности в определении ТVD-контактов нефть/вода и газ/нефть

 

Если горизонтальный участок планируется близко к водонефтяному или газонефтяному контакту  (ОWС/GOС), важно провести точные замеры и определить ошибки глубины по вертикали (ТVD) для  водонефтяного и газонефтяного контактов (ОWC/GOС).

 

Обычно глубина по вертикали ТVD для водонефтяного и газонефтяного контактов (ОWС/GOС)  определяется по глубинам, полученным по каротажным измерениям на кабеле. Что касается глубины  скважины по вертикали от поверхности, следует отметить, что глубины по кабелю могут значительно  отличаться от глубин по бурильной колонне, регистрируемой бурильщиком. Кабельные определения  глубины точны только для залежи, где кабель привязан в ходе контрольных каротажных замеров по  всему разрезу залежи. Глубина по вертикали от поверхности до каротажного репера может быть  очень неточной (±10м) и ошибки нельзя точно определить.

Неточности, связанные с такими различными видами измерений, трудно выразить количественно,  кроме тех случаев, когда месторождение хорошо изучено и все контакты хорошо известны.

 

Самым надежным способом снижения неточности глубины по вертикали (ТVD) для водонефтяного и  газонефтяного контактов (ОWC/GOС) являются бурение пилотного ствола до этих контактов и  проведение каротажа через бурильные трубы или с помощью системы оценки пород и измерений в  процессе бурения. Это даст:

 

Глубину по вертикали (ТVD) для ОWС/GOС с привязкой к глубине по бурильной колонне

 

Ошибку глубины по вертикали (ТVD) относительно поверхности можно 6удет определить  количественно.

 

После этого можно будет более точно пройти горизонтальный участок.

 

Использование пилотного ствола снижает фактическую ошибку определения глубины по вертикали  (ТVD) для горизонтального участка. Ошибка определения глубины по вертикали (ТVD) от поверхности  до горизонтального участка остается той же самой. Однако, относительная (то есть фактическая)  ошибка определения глубины по вертикали между пилотным стволом и горизонтальным участком  значительно снижается. Пилотная скважина выполняет ту же функцию для измерений глубин по  бурильной колонне, что и контрольный каротаж дает для измерений глубин по каротажному кабелю,

 

Всё про нефть и газ \Главная \Начало \Литература \Подразделы \Разное \бурение горизонтальных скважин