Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Профиль ствола скважины определяется для на­клонно направленных скважин.

Профиль направленной скважины должен обеспечить: высо­кое качество скважины как объекта последующей эксплуатации; 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 спускоподъемных операциях; надежную работу внутрисква — жинного эксплуатационного оборудования; свободное прохожде­ние по стволу скважины приборов и устройств.

При кустовом бурении профиль направленной скважины дол­жен обеспечить заданную сетку разбуривания нефтегазового деторождения и экономически рациональное число скважин в кусте при соблюдении требований к надежности эксплуатации

скважин.

Проектирование профиля скважины заключается в выборе и вида профиля, а также в определении необходимого для Расчета геометрии профиля комплекса параметров, включающе-

Проектные значения глубины и отклонения ствола скважины

ОТ п

веРтикали; длину вертикального участка; значения предель — радиусов кривизны и углов наклона ствола скважины в Рвале установки и работы внутрнскважиниого эксплуата — його оборудования и на проектной глубине. гйх *>0ектиРование профиля скважины и проектирование дру — за Технологических мероприятий, обеспечивающих его реали — 101 следует рассматривать в комплексе.

Другими словами, выбор того или иного профиля сквась обусловливает в значительной степени выбор способа бурен Ьі типа долота, гидравлической программы бурения, параметр1 режима бурения и наоборот.

На выбор типа профиля скважины оказывает влияние 0сца гценность буровых предприятий специальными устройства^, для наклонно направленного бурения и технологической оснас^ ки низа бурильной колонны, а также средствами контроля за параметрами ствола скважины и проводкой интервалов орце}( тированного бурения.

Проектный профиль ствола скважины может включать (свер. ху вниз) вертикальный участок, участок начального искривлю, ния ствола скважины, тангенциальный участок, участки мало, интенсивного увеличения и уменьшения зенитного угла ствола скважины.

Для определения проекций каждого участка профиля на вер­тикальную и горизонтальную оси необходимо знать радиус крц. визны участка профиля, значения зенитных углов по его концам, длину и угол наклона тангенциального участка, если он имеет­ся.

Профили наклонно направленных скважин приведены на рис. 5.1, 1-8, а формулы для определения проекций участков профиля — в табл. 5.1.

Расчет параметров проектного профиля наклонно на­правленной скважины осуществляется с помощью програм­мы “Проектный профиль”, разработанной во ВНИИБТ.

Длина вертикальной скважины совпадает с глубиной, изме — ряемой 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 глу — ; бина скважины будем измерять ее только по вертикали.

Программой “Проектный профиль” предусмотрен расчет па­раметров двенадцати видов профиля.

Для выполнения расчетов по программе необходимы слеДУ50 щие параметры профиля наклонно направленной скважины:

проектная глубина скважины, т. е. глубина расположен^ кровли или заданной точки продуктивного пласта, в которУ10 нужно вывести ствол скважины;

конечная глубина скважины;

смещение ствола скважины на проектной глубине;

длина вертикального участка;

г [с 6 *1 { «у

ис. 5.1. Профили наклонно направленных скважин:

отклонение ствола скважины;

— глубина скважины; #Е — протяженность вертикального участка; А (Нв + I + І) — протяженность ствола скважины

Г а б л и ц а ► Формулы для определения проекций участков профиля 1 Вид участка профиля Проекция участка Длина участК4 горизонтальная вертикальная Вертикальный Участок начально­го искривления Малоинтенсивное увеличение зенит­ного угла Малоинтенсивное уменьшение зенит­ного угла Тангенциальный участок (известна длина участка Ь) Тангенциальный участок (известна его вертикальная проекция Нт) Примечание, чального искривлен соответственно; І? ального участка. 0 R (1 — cos Of) R (cos Cr 1 — COS «2) R (cos a-2 — cos a 1) L sino-t tf-rtg 0!L /глы a, a 1, »2 — ія, в начале и в кон — радиус кривизні Я, R sin а R (sin Q2 — sin а 1) R (sin <*1 — sin »2) L cos a l Ят еиитные углы В КС це искривленного у i; »l — зенитный aR1 57, 29578 (02 — сц).# ~57729578~ (»1 — а2) Д ~57, 29578~ 1 Нт СОЭ С*1 >нде участка на — частка профиля угол таигенци-

радиус кривизны участка начального искривления скважины отклонителем;

интервал установки внутрискважинного оборудования для добычи нефти и максимальное значение зенитного угла в этом интервале;

максимальную величину зенитного угла на проектной глуби­не. I

Необходимо также знать технологические возможности ис — 1 пользуемых искривляюших КНБК. I

Указанных данных достаточно для определения кривизны и 1 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. j Кроме того, полученные параметры скважины могут не уД0′ : влетворять поставленным условиям по зенитному углу н интер­вале установки насосного оборудования и на проектной глубйНе- В этом случае необходимо повторить расчет с новыми исходны. ми данными.

В целях исключения повторных расчетов предусмотрена. ЯР0 гонка, по зенитному углу в конце участка начального искрив^ ния в некотором заданном интервале. При этом с заданным

буДУт рассчитаны все варианты проектного профиля сква — ^ййЫ Для установленного диапазона изменения зенитного угла ^онце участка, начального искривления.

0 Пример 5.1. Ниже приведены исходные данные для расчета

^разного профиля вида. 5 (см. рис. 5.1).

TOC o "1-5" h z 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 З-1’о участка, градус…………………………………….. 12

Насосное оборудование для добычи нефти устанавливается в йнтервале 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.

TOC o "1-5" h z? гРаничение угла на проектной глубине, градус…. 20-40

Интервал ограничения угла, м………………………………………… 1200-1600

Максимальный угол в интервале ограничения, градус 20

^аРаметр кривизны ствола ниже проектной глубины -1*

ИТенсивность искривления ниже проектной глубины,

»»«Ус/Ю м. . . ’…………………………………………………….. : . . . -0,5

рИСЛо контрольных точек профиля (от 0 до 9) ….. 2

лУбина, контрольной точки, м:

первой……………………………………………………………………………… 500

_… 8 юрой…………………………………………………………………………………. 1400

* , _

~ стабилизация угла, 0 — сохранение кривизны, -1 — интенсивность

Номер участка	Г дубина по верти­кали, м	Длина, м	Смеще­ние, м	Зенитный угол, градус	Ин’Гедс^ яость Ис. кривлещ,, градус/ю
ствола	интервала
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

Здесь число контрольных точек равно числу промежуточных обсадных колонн, включая кондуктор.

Для бурения участка скважины, расположенного в продук­тивном пласте, используется КНБК без опорно-центрирующщ 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. 5.2, в которок указаны задаваемые и расчетные параметры проектного профи­ля.

В табл. 5.2 длина кондуктора, промежуточной и эксплуата­ционной колонн равна соответственно 504, 1433 и 2796 м.

Программа для расчета параметров проектного про­филя скважины с участком естественного искривлеНй*

предназначена для расчета 8-образного профиля. Программ011 предусмотрен расчет двух видов Б-образного профиля.

Первый вид профиля включает вертикальный участок, У43′ сток начального искривления отклонителем, тангенциальные участок и участок естественного искривления, (см. рис. 5-1?

Второй вид профиля включает участок малоинтенсивй0^ увеличения зенитного угла, расположенный непосредственно участком начального искривления (см. рис. 5.1, 6 и 8).

Пример 5.2. Ниже приведены исходные данные для рас4 первого из перечисленных видов профиля наклонно налравл ной скважины.

Исходные данные для расчета профиля наклонной скважины с участком естественного искривления

TOC o "1-5" h z 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, „рдставляет собой глубину начала участка естественного ис — ойвлвния ствола скважины.

После достижения глубины 1400 м стабилизирующая КНБК заменяется на КНБК для проводки участка естественного искри­вления. Такая КНБК обычно включает долото, забойный двига­ть без центратора, УБТ, а при роторном способе бурения — долото и секции УБТ.

Геометрия участка естественного искривления зависит от конструкции КНБК, типа используемого долота, режима буре­ния, 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 байком 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. 5.3 представлены результаты расчета профиля на­клонной скважины с участком естественного искривления, буре­ние которого планируется производить КНБК в составе: долото щ215,9МЗГВ, турбобур ЗТСШ-195, 10 м УБТ 178.

Алгоритм программы предусматривает расчет профиля сква­жины с участком естественного искривления без тангенциально-

Участка. Профиль такого вида получается в том случае, ко — смещение ствола скважины на проектной глубине невелико Ни РадиУС кривизны участка начального искривления откло — очень большой и этот участок пересекается с участком ^твекного искривления.

^Рофиль горизонтальной скважины состоит из напра — части и горизонтального участка. Направляющая Профиля горизонтальной скважины может включать вер-

Параметры проектного профиля с участком естественного искривления Номер участка Глубина по верти­кали, м Дл іна, м Смеще­ние, м Зенитный угол, градус Ичтеіісив_ НОС ГЬ кривлеиия гра. дус/10 ствола интервала. 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

тикальный 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 быть 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 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 зенитно­го угла на проектной глубине. Кроме того, как правило, задается значение радиуса кривизны участка увеличения зенитного угла скважины.

При дальнейшем изложении приняты следующие условны6 обозначения (рис. 5.2):

Н — проектная глубина, направляющей части профиля сРа жины (глубина начала горизонтального участка);

А — проектное смещение профиля скважины на проекТЯ0 | глубине; |

а — зенитный угол на проектной глубине (угол входа ств°- ‘ скважины в продуктивный пласт);

Рис. 5.2. Профили горизонтальных скважин

Нк — длина вертикального участка;

Ь — длина тангенциального участка направляющей профиля; т>!

Л г — глубина в конце горизонтального участка;

/1Г — смещение скважины в конце горизонтального участца

О’г — зенитный угол в конце горизонтального участка; ’

Ьг — длина горизонтального участка;

<5’п — протяженность горизонтального участка;

71 — угол охвата первого интервала, волнообразного гориз0ІІ тадьного участка;

Т — предельное смещение горизонтального участка в попе речном направлении;

Ть Т2——- предельное смещение двухинтервального горизон.

тального участка в поперечном направлении вверх и вниз соот­ветственно;

а,- — зенитный угол в конце г-го участка профиля;

ДГ1, Кг2 — радиус кривизны первого и второго интервалов волнообразного горизонтального участка соответственно:

Rг — радиус кривизны горизонтального участка.

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. 5.2).

Профиль типа 1. Исходные данные для расчета: Я, А, а:

1 — cos а ’

(5.1)

(5.2)

sm а

Профиль типа 2. Исходные данные для расчета: //, А, а> а1: Rl :

Нв = Н — jRjsinaj — До (sin а — sinai),

где

(5.3)

cos Qj — cos a

(5-5

Профиль типа 3. Исходные данные для расчета: Н, А — а’ о 1, Ri, R3 :

.ЯВ — If — sill Qi — R;AVl — L COS Q j,

t^^sina —sin a1; V^cos c^ —cos a.

Профиль типа 4- Исходные данные для расчета: II, А, а, аь

R31 a3i Ra ‘■

U =: Н — R sill Q’l — R3W2 — L COS «1 — Л4ІУ3, (5-7)

д0 ^2=sina3—sin «і; H’/3=sin a—sin a3;

Л-(1-соза1)Д1 — ад — Д4Уз

^ ; (5-8) y^COSQ-i — COS (Із; V3 — COS 03 —COS Q’.

Профиль типа 5. Исходные данные для расчета: II, Л, а,

аи Rii R2, «2 :

#в = Я — R sin a! — R2Wa — RzW$, (5.9)

гдЄ VF4=sina2—sin ai] H/5=sin a-sin a2;

A — Ri(l — cos«!) — E2V4_ /r

ДЗ — ! ^O. lUj

y4=cos «і—cos a2; V5=cos a2—cos a.

Вертикальную и горизонтальную проекцию, а также длину каждого участка профиля можно рассчитать с использованием язвестных формул, приведенных в табл. 5.1.

Изложенная ниже методика расчета профиля горизон­тального участка скважины учитывает прежде всего цель строительства горизонтальной скважины, которая заключается в продольном вскрытии продуктивной части нефтегазосодержа- Щего 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 кефтегазосодержагцей его части.

Таким образом, основными параметрами, определяющими Геометрию горизонтального участка, являются следующие: a — зенитный угол в начале горизонтального участка или апРавляющий угол;

5п ■ протяженность горизонтального участка по пласту, т. е. проекции горизонтального участка на касательную к на — горизонтального участка;

И 1> Т2 — предельные отклонения горизонтального участка в ®Р^чном направлении.

прямолинейный горизонтальный участок (рис. 5.3, а):

вертикальная проекция

Hv = sn cos a — f H;

горизонтальная проекция

:(5Л

Аг = sn sin a + A.

Горизонтальный в виде дуги окружности (рис. 5.3

e):

радиус горизонтального участка

4 + т

(5.1.3) (5.14) (5.15) (5.16) (5.17)

Rr

2 Т

вертикальная проекция Нг = sn cos а ± Т sin а + Н;

горизонтальная проекция Аг = sn sin а ± Т cos а + А;

зенитный угол в конце горизонтального участка аг = а ± arcsin(sn/if! r);

длина горизонтального участка

Ьг ± 1до (^г — а)Иг-

В формулах (5.14)-(5.17) плюс соответствует вогнутой дуге окружности, а минус — выпуклой.

аг

5

Рис. 5.3. Виды горизонтального участка скважины

падиус кривизны второго интервала горизонтального участ- . г
1 = (-м~р)/2Г-	(5.18)
гДе ^№-2ф1+Т2);	(5.19)
<5 С—І 1 с-ї \ Ъ-ч	(5.20)
9 = Ll — (Ті + T2f + Т — 2Т^г1]	(5.21)
Q^L2n(T1+T2f + By 4;	(5.22)
вертикальная проекция
gr = Ln cos а + Т2 sin а + Н;	(5.23)
горизонтальная проекция
Дг = Хп sin а — Т2 cos а + А;	(5.24)
длина проекции первого интервала горизонтального участка
на касательную в его начальной точке
si = y/2T1(Rrl + Rr2)-Tь	(5.25)
угол охвата, интервала с радиусом Rri
*+ад;	(5.26)
зенитный угол в конце горизонтального участка
Sn — Si = а — arcsin————— . Rr 2	(5.27)

Зная зенитные углы по концам каждого интервала, волно­образного горизонтального участка, а также радиус кривизны, Можно по формуле (5.17) рассчитать его длину.

Расчет параметров проектного профиля горизонталь — й°и скважины осуществляется с помощью программы “Гори­зонт”, разработанной во ВНИИБТ.

Программой предусмотрен расчет пяти видов профиля го­ризонтальной скважины. Горизонтальный участок может быть Вьіп°янен в виде восходящей или нисходящей дуги окружности, ®Рямолинейным или волнообразным.

Проектной глубиной горизонтальной скважины Н явля — | Ся глубина нижней точки направляющей части профиля

Рис. 5.4. Напра ющая часть п ** ля горизонталь^; скважины ^4

Пример 5.3. Ниже приведены исходные данные, необходи. мые для расчета направляющей части профиля горизонтальної скважины вида 3 (см. рис. 5.2).

Исходные данные для расчета направляющей части профиля горизонтальной скважины

TOC o "1-5" h z Проектная глубина профиля, 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 расчете профи®1 горизонтальной скважины необходимо задавать зенитный угол на проектной глубине.

После ввода указанных в табл. 5.3 данных рассчитывайте*1 длина вертикального и тангенциального участков. Результат11 представляются в виде та, блицы. Если рассчитанные длина веР тикального и тангенциального участков не устраивают польз0 вателя, то можно повторить расчет, изменив радиус крив113” и зенитный угол в конце участка начального искривления сРа жины.

Ниже представлены исходные данные, необходимые для Р чета параметров горизонтального участка и в контрольных т ках направляющей части профиля.

TOC o "1-5" h z 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. 5.5 приведена схема — расположения горизонтального участка в продуктивном пласте.

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. 5.4.

вс — 5 ч

Чози„ • Схема распо — Го Ия горизонтально — асТка в пласте

Т а 6 л и ц а [. Параметры проектного профиля горизонтальной скважины Номер участка Г лубина по верти­кали, м Длина, м Смещение, м Зенитный угол, градус Ннтеисив. н°сть Ис„ крнвлени, гРадус/ 10м ствола интервала 1 200,00 200,00 200,00 0,00 0.00 0,000 1.1 953,82 953,82 753,82 0,00 0,00 0,000 2 1240,31 1253,84 300,02 76,76 30,00 1,000 3 1969,99 2096,40 842,56 498,04 30,00 0,000 3.2 1985,00 2115,88 19,48 510,33 48,60 9,549 4 2000,00 2159,23 43,35 550,00 90,00 9,549 Горизонтальный участок Л — 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 — и 2010,01 2364,70 110,33 750.00 63,57 -2,396

Радиусы кривизны интервалов горизонтального участка А — Б=60,00 м;

В — £=239,17 м.

Комментарии запрещены.