Тандем - 2, шлакоблочные станки, бетоносмесители


Производство оборудования и технологии
Рубрики

Проектирование траекторий направленных и многоствольных скважин

Проектирование траекторий направленных скважин произво­дится с учетом назначения скважины, геологических условий бу­рения, возможностей технических средств направленного бурения» принятой на месторождении технологии бурения, а также с учетом экономической эффективности применяемых средств и методов на­правленного бурения для конкретных геолого-технических условий.

Одной из основных задач разведочного бурения на твердые по­лезные ископаемые является повышение качества и достоверности разведки месторождения, что определяется, в первую очередь, сохранением при бурении скважин проектной плотности разведоч­ной сети при подсечении залежи полезного ископаемого. Отклоне­ние ствола скважины от заданной точки подсечения не может пре­вышать при этом определенной допустимой величины. Надежность проведения скважины в заданную точку разведочной сети может быть обеспечена направленным бурением ее по проектной траекто­рии, построенной с учетом геологических условий бурения и при­меняемых технических средств направленного бурения. Наиболее экономичным является бурение направленных скважин по траек­ториям, построенным с учетом закономерностей естественного ис­кривления скважин, присущих данному месторождению в связи с его определенными структурно-геологическими особенностями, а также принятой технологией бурения скважин.

Проектирование траекторий направленных скважин на основе закономерностей их естественного искривления. Исследования ме­ханизма естественного искривления скважин в различных геологи­ческих условиях (наличие и элементы залегания складчатых струк­
тур, тектонических нарушений, плоскостей напластования, слан­цеватости, контактов изверженных пород, степени различия твер­дости пород и их перемежаемости) при определенной технологии бурения, выполненные С. С. Сулакшиным, Ю. Т. Морозовым, А. М. Курмашевым, А. И. Душиным, Е. Л. Лимановым, А. А. Со« рокиным, А. Г. Калининым и другими исследователями [7, 9, 27> 29 и др.], позволили установить ряд общих закономерностей естест­венного искривления скважин, которые могут быть использованы при проектировании траекторий направленных скважин.

Установлено, что при пологом залегании пород и небольшой глубине скважин наиболее рационально проведение скважин по вертикальной прямолинейной траектории, при крутом — по наклон­ной прямолинейной траектории.

Установлено, что при вертикальном заложении скважины мо­жет происходить ее плоскостное искривление с интенсивностью до 0,01—0,03 градус/м при: бурении в сравнительно однородных породах; небольшой перемежаемости пластов и толщ разных по­род; пологом залегании (до 25—35°) пород на значительных пло­щадях; сравнительно постоянном, выдержанном простирании по­род. Пространственное естественное искривление скважины с ин­тенсивностью зенитного и азимутального искривления до 0,01 —

0, 05 градус/м и более может иметь место при: бурении в полого — залегающих перемежающихся породах с изменяющимися угла­ми падения и простирания; в породах, разбитых системами тре- щин, выдержанными на больших площадях и с несовпадающими элементами залегания в сравнении с напластованием; при несов­падении элементов залегания зоны полезного ископаемого и на­пластования пород; бурении в интрузивных столбообразных и других телах большой мощности; заложении скважины по азимуту с опережением и в других случаях.

Установлено, что при наклонном заложении скважины плос­костное естественное искривление скважины с интенсивностью не более 0,03—0,04 градус/м может происходить при: бурении в од­нородных изотропных и анизотропных породах, перемежающихся по составу и твердости; сравнительно постоянном, выдержанном простирании и падении пород; углах падения пород более 30— 35°; крутом залегании зонь* полезного ископаемого (более 50°); когда заложение разведочных линий совпадает с направлением вкрест простирания пород и др. Пространственное естественное искривление с интенсивностью зенитного и азимутального искрив­ления от 0,03—0,05 градус/м и более может происходить при: бу­рении в перемежающихся по составу и твердости породах; крутом залегании зоны полезного ископаемого (более 45—50°); значи­тельных углах падения пород с непостоянным изменяющимся про­стиранием напластований и контактов по разным толщам; наличии стратиграфических несогласий; несовпадении направлений раз­ведочных линий с направлением вкрест простирания разных толщ и горизонтов вмещающих пород; заложении скважины по азимуту с опережением и т. д.

Наряду с перечисленными геологическими факторами, влияние которых на искривление ствола скважины можно предусмотреть и учесть при проектировании последующих скважин, существует группа геологических факторов, вызывающих незакономерное ис­кривление скважин. К ним относятся: наличие зон твердых вклю­чений, зон окварцевания, интрузий, локальных зон дробления, вы­щелачивания; неизвестные угловые несогласия между стратигра­фическими горизонтами с различными механическими свойствами и т. д.

Изучение закономерностей естественного искривления скважин на каком-то определенном месторождении, характеризующемся присущими этому месторождению структурно-геологическими и технико-технологическими условиями бурения, позволяет устано­вить зависимости между величинами зенитных и азимутальных уг­лов и глубинами скважин, которые могут быть использованы в дальнейшем при проектировании последующих скважин.

Наиболее экономичным является бурение разведочных скважин по так называемому «типовому профилю», рассчитанному по дан­ным средних значений интенсивности естественного искривления скважин, ранее пройденных на данном месторождении при уста­новившейся технологии бурения. Вероятность проведения после­дующих скважин по проектному типовому профилю определяется методами математической статистики, при этом рассчитывается возможная величина их’ отклонения от типового профиля. Это да­ет возможность решить вопрос о необходимости применения ис­кусственных отклонителей для выведения скважины в заданную точку разведочной сети.

Бурение скважин по типовому профилю позволяет получать наиболее высокие скорости бурения при снижении в целом затрат времени и средств на разведку месторождения.

Методика проектирования скважин с учетом закономерностей естественного искривления складывается из следующих этапов ра­боты [7, 9, 30].

1. Сбор и группировка данных инклинометрических измерений, проведенных по глубинам (обычно через 20, 50 м) в ранее пробу­ренных скважинах. Группировка исходных данных производится по геологическим признакам (однородные толщи с близкими фи — зико-механическими свойствами, с близкими структурными свойст­вами; сильно перемежающиеся породы, анизотропные; перемежа­ющиеся, анизотропные; однородные, слабо анизотропные; близкие или одинаковые элементы залегания и т. п.) и по технико-техно­логическим признакам (способ бурения, начальный угол заложе­ния скважины, состав бурового снаряда, его размеры, тип породо­разрушающего инструмента; технологический режим бурения). Такая группировка данных позволяет объединить скважины, при­чины и закономерности искривления которых близки или одина­ковы.

2. Для каждой группы скважин определяют значения средних — арифметических величин зенитных и азимутальных углов или их

приращений и средние квадратические отклонения через равные интервалы длины стволов (прил. 20).

Средняя арифметическая величина зенитных и азимутальных углов или их приращений рассчитывается по формуле

п

_ £ У1 у = бсрКр) = У> + У2+; ‘ ‘ + Уп■ = : (Х.4)

(Х.5)

Подпись: (Х.5)среднее квадратическое отклонение — по формуле

где г/i, г… п — величины зенитных или азимутальных углов (или их приращение) на равных интервалах глубины скважины (например, 0, 50, 100, 150 мит. д.); п — число скважин, участвовавших в вы­боре (группе) на данном интервале глубин.

3. Отстройка типового профиля — проектной траектории для бурения последующих скважин может производиться следующими способами: а) графическим способом, при котором сначала рас­считываются по данным средних арифметических величин зенит­ных углов приращения горизонтального смещения забоя скважи­ны по интервалам глубин,

Д*„ = (/„ — In-,) sin 9п +6"-1 . (Х.6)

Затем по данным табл. 44 строят горизонтальную и вертикаль­ную проекции трассы скважины.

Таблица 44

Глубина, м

Расстояние между точками измерений, м

Зенитный угол еср. градус

Азимут аср, градус

Приращение горизонтального смещения забоя, м

Смещение забоя» м

h

h

01

«1

Ахt

*1

*2

І2—

п2

«2

Ах2

и

/3 /2

%

«3

Д*з

*3

* * •

• • t

• • •

• • ♦

• • •

• • ♦

Для построения горизонтальной проекции трассы скважины через точку А, изображающую устье скважины, проводят прямую с азимутом ai и откладывают на ней отрезок А—1, равный (рис. 14). Через точку 1 проводят прямую 1—F с азимутом аг и откладывают на ней отрезок 1—2, равный Ах2. Построение про­должают аналогичным образом для всех остальных точек. Соеди­нив точки А, t, 2, 3 и т. д. прямыми, получают положение проект­ной трассы скважины в плане. Вертикальную проекцию скважины

Рис. 14. Схемы к построению профиля и плана скважины

можно строить в любой вертикальной плоскости, например, вкрест простирания пластов, как показано на рис. 14, а. Для этого через точки А, I, 2, 3 и т. д. опускают перпендикуляры на линию УУ, изображающую плоскость профиля скважины, и получают точки О, 1, II, III, т. Отрезки 0—), 0—II, 0—III, 0—т представляют собой смещения забоя х% хп по профилю УУ. Их измеряют

и результаты записывают в табл. 44. Затем из точки А (рис. 14, б) описывают дугу радиусом 1 в соответствующем масштабе, на рас­стоянии Х параллельно вертикали АВ проводят прямую аа, по­лучая пересечение ее с дугой в точке 1. Из точки 1 описывают ду­гу радиусом /г—/1 и на расстоянии х% проводят прямую ЪЪ парал­лельно вертикали АВ. Пересечение дуги и прямой дает точку 2. Подобным же образом строят все остальные точки. Соединяя точ­ки А, 1, 2, 3 и т. д. прямыми, получают вертикальную проекцию трассы скважины на плоскость профиля УУ. Более подробное из­ложение графического способа построения профиля и плана трас­сы скважины приведено в работе [7];

б) аналитическим способом, при котором по данным статисти­ческой обработки результатов измерений зенитных и азимутальных углов по интервалам глубин в группах ранее пробуренных скважин устанавливается зависимость между параметрами искривления скважины и технико-технологическими и геолого-структурными факторами на данном месторождении. Например, зависимость ин­тенсивности зенитного искривления от глубины скважины при оп­ределенных размерах бурового снаряда и технологии бурения; ве­личин зенитных углов от глубины скважины; азимута бурения от глубины скважины и другие зависимости. При исследовании про-

Проектирование траекторий направленных и многоствольных скважин

JbiocKOcmB

геологического

‘"разреза

 

Проектирование траекторий направленных и многоствольных скважин

Рис. 15. Схема для расчета координат скважины.

цессов естественного искривления скважин уравнения в основном имеют следующую структуру: у = ах + Ь; у = ах2+Ьх+с;

у = ая?+ b&+ сх + d у = а • arctg bx у~асРх.

Так, зависимость 0 = 0o + aL+—L*, полученная Ю. Т. Мо-

2

розовым, хорошо аппроксимирует зенитное искривление скважин при алмазном бурении в анизотропных и перемежающихся поро­дах [29]. Расчет коэффициентов, входящих в уравнения, произво­дится методом наименьших квадратов.

Далее по полученным значениям углов рассчитываются проект­ные координаты типовой трассы скважины, для чего используются следующие формулы (рис. 15):

= *° + 2/lSin 9i+20,~-l cos a<+2——; (Х.7)

Vi = Уо + 2 h sin e* +2e<-^ sin a‘ +2g,-t -; (X.8)

1

где х0, уо, 20 — координаты устья скважины, м; Ц — интервал ин — клинометрических измерений, м; 0,*, щ — зенитный угол и азимут в точках инклинометрических измерений, градус; I — текущий но­мер точки измерения; п — количество точек измерений.

Для упрощения построения проекций точек оси скважины на плоскость геологического разреза рекомендуется устанавливать направление оси х параллельно разведочным линиям. По коорди­натам и у отстраивается план скважины, по у* и — профиль скважины.

Подробное описание данного способа проектирования скважин приводится в работах [9, 25].

4. Оценка вероятности проведения скважины по проектной тра­ектории— типовому профилю.

При бурении скважин фактические значения зенитных и азиму­тальных углов будут отличаться от значений, по которым построен типовой профиль, т. е. проектная трасса скважины, так как вы­борка обычно имеет малый объем данных и точечная оценка мо­жет значительно отличаться от оцениваемого параметра. Поэтому следует пользоваться интервальными оценками, т. е. двумя зна­чениями— числами, соответствующими концам доверительного ин­тервала с заданной доверительной вероятностью. Ширина довери­тельного интервала рассчитывается по данным у и о и определяет пределы, в которые будут попадать вновь буримые скважины с заданной доверительной вероятностью (например, 68,5; 95; 99 %).

При малом числе скважин, участвующих в выборке (меньше 20—25) доверительный интервал рассчитывается по критерию Стьюдента

/ = ^-. (Х.10)

У

где о — — погрешность среднего арифметического (о-=о/Ул); й — искомая величина, лежащая внутри доверительного интервала, ё = у±1а-. Критерий £ определяется для значений вероятности 0,9;

0,95; 0,99 по таблицам, которые можно найти в справочной литера­туре по теории вероятностей (прил. 21).

При числе скважин в выборке более 25—30 ширина доверитель­ного интервала может быть найдена по критерию ВесТергарда или «правила трех сигм», в соответствии с которым 99,7 % всех случайных величин данной совокупности будут попадать внутрь интервала у±Зо, 95,4%—внутрь интервала у±2о и 68,3% — внутрь интервала у±о.

На основании полученных доверительных значений зенитных углов на каждом интервале глубин скважины на графике отстраи­ваются кривые минимального и максимального отклонения ствола от типового профиля с принятой величиной доверительной вероят­
ности. Так же отстраивается и план азимутальных искривлений скважины. Если величины отклонения ствола от типового профиля превышают пределы допустимых отклонений скважины, установ­ленные принятой методикой разведки месторождения, то следует

[*/5м ±35

Подпись: [*/5м ±35 Рис. 16. Типовой профиль скважины с доверительными интервалами: й — минимальной ширины; б —макси­мальной ширины

Рис. 17. Схема к расчету параметров искусственного искривления скважи­ны

Проектирование траекторий направленных и многоствольных скважин

определять глубину, с которой будет необходимо в процессе буре­ния исправлять положение скважины с помощью искусственных отклонителей. Эта предельная глубина может быть определена точками пересечения кривых минимального а и максимального б допустимого отклонения скважины с профилями, построенными с той или иной вероятностью (рис. 16). Так, на рис. 16 показано,

что при допустимом отклонении а = 15 м с вероятностью 95 и 99 % можно утверждать, что предельные глубины скважин, при дости* жении которых возникнет необходимость в применении искусствен* ных отклонителей, соответственно составят 375 и 275 м. Для до­пустимого отклонения 6=35 м практически все скважины не выхо­дят за пределы этого интервала и применение искусственных от­клонителей может не планироваться.

Пределы допустимых отклонений изменяются в зависимости от стадии разведки и вида полезного ископаемого и обычно устанав­ливаются в пределах 20—30 % от принятых размеров разведочной сети. При предварительной разведке при бурении скважин следу­ет проводить исследования с целью установления закономерностей естественного искривления скважин, присущих данному месторож­дению или участку. На детальной стадии разведки экономически целесообразно бурить по «типовым профилям», рассчитанным на основе данных об искривлении скважин, полученных при предва­рительной разведке.

Статистическая обработка данных по естественному искривле­нию скважин чрезвычайно трудоемка, поэтому для проведения этой работы следует использовать ЭВМ. Значительный опыт в проек­тировании трасс направленных скважин на основе анализа зако­номерностей естественного искривления с использованием ЭВМ накоплен в ОМПНТ ПГО «Севзапгеологии».

В случае необходимости использования при бурении скважины искусственных отклонителей (см. рис. 16) следует провести рас­четы с целью определения: 1) линейных размеров отходов сква­жины при пересечении плоскости рудного тела и их соответствие допускам; 2) набора кривизны для выведения скважины на про­ектную точку; 3) угла установки отклонителя; 4) проектных зна­чений зенитных углов и азимута скважины после каждого рейса работы отклоняющим снарядом и после завершения работ по ис­кусственному искривлению скважины.

Для расчета этих величин предлагаются следующие формулы [25]. Отход в горизонтальной плоскости (рис. 17)

8’={Ув — Ул)со&*л—{хв — хл)*’аал — (Х.11>

Отход в вертикальной плоскости

Л== 1(Ув — УА)5{ПаА+ (ХВ~ *л)СО55ал]СО!50А — (2в—2А)5т0А, (Х.12)

где хА, У л» 2а — координаты текущего забоя скважины, м; *в, Уву %в — координаты проектной точки подсечения рудного тела скважиной, м; бл, ал — зенитный угол и азимут в точке А, градус; точка А — забой скважины в момент проведения расчетов, м. Если величина § окажется отрицательной, то поворот скважины по азимуту следует осуществлять влево; если g положительна, та вправо. При Л<0 должно производиться выкручивание скважины (т. е. уменьшение зенитного угла), при Л>0 — выполаживание (увеличение зенитного угла).

Величина отклонения скважины от проектной точки подсечения удного тела в горизонтальной плоскости, которая может быть по­ручена, если не будет использован искусственный отклонитель.

4 = Уг’флйг. (X. 13)

Набор кривизны, необходимый для выведения скважины в за­данную точку, рассчитывается по формуле

^ = 2 —— у=====- ; (X. 14)

1+У1г— 2ЯЯ + Я*

Н = Vg2 + h2 ; (Х.15)

l=l^± + ht g0A; (Х.15),

COS 0А

(Х.17)

10

Vp

Подпись: VPгде Я — полный отход в пространстве, м; i0 — интенсивность ис­кривления при работе отклоняющим снарядом или на цикле по­становки бесклинового снаряда, градус/м; I — проекция искрив­ленного ствола на касательную к оси скважины в точке Л, м; l=AF (см. рис. 17). Если необходимый набор кривизны t|?, рас­считанный по приведенным формулам, будет намного больше вели­чины оптимального набора кривизны за цикл искривления’откло­няющим снарядом, то следует расчет по формуле (Х.14) повто­рить, приняв /ц за величину интенсивности искривления на всем цикле постановки с учетом прямолинейного бурения при проработ­ке перегиба ствола. В этом случае

(Х.18)

пр

где 1ц — интенсивность искривления на полном цикле постановки отклоняющего снаряда, градус/м; /р — длина рейса при бурении отклоняющим снарядом, м; /пр — длина прямолинейного участка проработки перегиба на цикле искривления, м.

Угол установки отклоняющего снаряда, т. е. угол между плос­костью отклоняющего снаряда и апсидальной плоскостью скважи­ны в точке А (плоскости ЛВС и АА[С соответственно, см. рис. 17), рассчитывается по формуле

Ф =аг^-^- (Х.19)

П

и далее определяется в зависимости от пространственного положе­ния скважины. При этом возможны четыре случая:

g>0;

Л>0

*> 0;

h< 0

£Х>;

А<0

8< 0;

Л>0

Подпись: g>0; Л>0 *> 0; h< 0 £Х>; А<0 8< 0; Л>0 Ф=ф;

Ф=180°—ф; Ф=180°+<р; Ф=360°—ф,

где ф — угол установки отклонителя, отсчитываемый вправо по часовой стрелке от положения отклонителя «на выполаживание», т. е. на увеличение зенитного угла, градус.

Проектные значения зенитного угла и приращение азимута скважины после работы по искусственному искривлению скважи­ны или после каждого рейса работы отклоняющего снаряда рас­считываются по следующим формулам:

= arccos (cos 0А cos if — sin 0A sin ip cos Ф); (X.20)

Да = arctg————- —————- .————————- (X.21)

ctg sin 0Д + COS Ф COS 0A

Следует иметь в виду, что при осуществлении искусственного ис­кривления в скважине фактические значения зенитного угла и ази­мута, полученные после искривления скважины, могут отличаться от проектных. Поэтому при осуществлении таких работ в скважи­не следует производить замеры фактических углов и сравнивать их с расчетными, чтобы иметь гарантию выхода скважины в про­ектную точку разведочной сети. В случае несовпадения значений углов проектных и фактических следует разрабатывать мероприя­тия для осуществления направленного бурения в заданном направ­лении.

Пример 1. Рассчитать минимальную глубину бурения, при которой экономи­чески целесообразно выполнять работы по изменению направления скважины, если стоимость 1 СТ./-Ч составляет 7 руб.; производительность бурения 600 м/ст. мес; затраты времени на производство работ для организации направ­ленного бурения — 8 ч; стоимость ответвления — 275 руб; а= 13 руб.

Решение. По формуле (Х.1) рассчитываем минимальную глубину для при­менения многоствольного бурения при требуемом наборе кривизны 23°

, (275 + 23 X 13) X 600 _

L ——————- ———————— = 62 м;

7 X 720

по формуле (Х. З) рассчитываем минимальную глубину, при которой экономи­чески целесообразно производить обход прихваченного’ снаряда в скважине,

(275 — 8 x 7) X 600 L *———— -————————— = 26 м;

7 х 720

по формуле (Х.2) рассчитаем минимальную глубину скважины, с которой целе­сообразно выполнять работы по корректированию трассы скважины,

, (8 х 13-8×7) Х600 _

L =—————— ————————- =5,7 м,

7 X 720

т. е. практически с начала бурения скважины, если в этом есть необходимость.

Пример 2. Оценить неизвестное математическое ожидание величины зенит­ного угла с надежностью у = 0.95 и 0,99 при следующих условиях: глубина бу­рения 300 м, имеются данные по 19 скважинам, в результате обработки данных измерений по выборке среднее арифметическое £=13°, среднее квадратическое а=1,2°.

Решение. По прил. 21 находим для л*.19, /=2,11, у=0,95 и / = 2,90, y=0,99.

Тогда ширина доверительного интервала составит по формуле (Х.10) в пер­вом случае

у ± to/ уЛ

В0 втором случае

В результате получим для первого случая 13,6в<а<12,4э и для второго случая 13.8° <а< 12,2°.

Пример 3. Произвести расчеты, связанные с выведением скважины в проект­ную точку разведочной сети с помощью искусственных отклонителей. Скважнна бурилась до глубины 840 м по «типовому профилю», далее была установлена необходимость применения снаряда СБС-59 для окончательного выведения сква — жины на проектную точку разведочной сети. Координаты точки скважины на глубине 840 м: хЛ=71,7 м; у а ——91,9 м; гА =822,4 м; зенитный угол в данной точке 0л = 17,5о; азимут скважины au =360°. Координаты проектной точки под — сечения рудного тела: х^=120 м; ув=—20 м; гв=1100 м. Отклоняющий сна­ряд СБС-59 обеспечивает оптимальную интенсивность искривления на цикле его постановки *о=1,5°/м при оптимальной длине рейса /р=3 м. Длина интервала про­работки перегиба после установки отклоняющего снаряда СБС-59 /пр=5 м.

Решение. По формуле (Х.11) рассчитываем отход скважины в горизонталь­ной плоскости

g = (—20 + 91,90) cos 360’ — (120 — 71,7) sin 360° = 71,9 м;

положительное значение g указывает на то, что поворот скважины по азимуту должен осуществляться вправо.

По формуле (Х.12) рассчитываем отход скважины в вертикальной плос­кости

h = [(—20 + 91,9) sin 360е + (120 — 71,7) cos 360е] cos 17,5° —

— (1100 —822,4) sin 17*5° = —37,4 м;

отрицательная величина h указывает на необходимость производить выкручи­вание скважины, т. з. уменьшение зенитного угла.

По формуле (X. I3) определяем расстояние между проектной точкой забоя и той, ira которую скважина может выйти без применения искусственного ис­кривления,

= 1/71,9а + (— 37,4)2/'(со5 17,5°)г = 81,9 м.

По формулам (Х.14) — (X. 17) рассчитываем необходимый набор кривизны для выведения скважины на проектную точку разведочной сети

Я = ^=38,2; / = 1+ (— 37,4) ІІ 17,5° = 279,3 м;

Н = 1/91,9* + (—37,4)* =81,0 м;

___________________ 81___________________ _ 1А А0

— 2279,3+ у279.3* — 2 X 81 X 38,2 + 81* ~~ ’

Данный набор кривизны одним рейсом отклоняющего снаряда СБС-59 не выполнить, поэтому расчет следует повторить при интенсивности искривления, полученной из расчета по формуле (Х.18),

1ц = 1 = °-56 градус/«; Яц = ^ =102 м-

Тогда необходимый набор кривизны составит

81

‘*,= 2агс1е 279,3 +1/279,3* — 2 X 102 х 81 + 81* =17’1"•

Определим необходимое количество рейсов отклоняющего снаряда СБС-59 для набора требуемой кривизны, если общая длина рейса составляет 8 м

(/р + /пр).

17,l9

" = 0^56×8 = 3’8 ~ 4 рейса-

Определим угол установки отклонителя при первой его постановке, так как в нашем случае g>0, Л<0, то имеем второй случай и

ф= 180°-arctg^= 117,5°.

По формуле (Х.20) рассчитаем конечный зенитный угол, который должна иметь скважина после проведения работ по ее искривлению

0К — arccos (cos 17,5°cos 17,1° — sin 17,5° x 17,l°cos 117,5°) = 17,8°.

По формуле (X.21) рассчитываем приращение азимута скважины после про­ведения работ по ее искривлению

117 5

ctg 17,1° sin 17,5°+ cos 117,5° cos 17,5°

Таким образом, для выведения скважины на проектную точку разведочной сети потребуется 3 или 4 постановки отклоняющего снаряда СБС-59. Необходи­мое количество постановок должно уточняться в процессе работы путем прове­дения контрольных замеров зенитных углов и азимута и соответствующих рас­четов.

%

Проектирование, траекторий многоствольных скважин. При проектировании траекторий многоствольных скважин стремятся к разработке рациональной траектории дополнительного ствола, т. е. такой, которая обеспечивает достижение проектной точки забоя с наименьшими затратами времени и средств. Установлено, что форма рациональной траектории дополнительного ствола зависит от конструкции отклонителей, которыми осуществляется искрив­ление скважины [7 и др.]. В случае, когда возможно осуществление искусственного искривления без существенного снижения произ­водительности бурения, что достигается при использовании различ­ных шарнирных компоновок и отклоняющих снарядов непрерывно­го действия, рациональной траекторией следует считать траек­торию, составленную из дуги минимально допустимого радиуса. В том случае, когда искусственное искривление скважин осущест­вляется с помощью отклонителей дискретного действия и клиньев, что снижает производительность бурения, траектория дополнитель­ного ствола, построенного по дуге окружности, может оказаться не наилучшей. В этом случае стоимость бурения отклоненного ствола зависит не только от его длины, но и от количества и глу­бины постановок отклонителя. Рациональной траекторией допол­нительного ствола в данных условиях будет траектория, состав­ленная из двух участков: верхнего — криволинейного и нижнего — прямолинейно-наклонного [7]. При больших ожидаемых затратах времени на искусственное искривление следует проектировать до­полнительный ствол с меньшим криволинейным участком и боль­шим — прямолинейно-наклонным; при использовании отклоняю­щих снарядов непрерывного действия и общем снижении непроиз­водительных затрат времени размеры криволинейного участка мо­гут увеличиваться за счет длины прямолинейного участка. Буре-

Ние скважины по двухинтервальной траектории осуществляется на криволинейном участке по дуге окружности с помощью отклони­телей, а на прямолинейно-наклонном без искусственных отклони­телей с возможным учетом закономерностей естественного искрив­ления. Основной ствол многоствольных скважин проектируется с учетом закономерностей естественного искривления, присущих данному месторождению или участку работ так, как это изложено ранее.

Методика расчета и проектирования траекторий многостволь­ных скважин разработана А. М. Курмашевым, В. Г. Вартыкяном, Ю. Т. Морозовым, Ю. Л. Михалкевичем и другими в ВИТРе [7> 25, 27].

В данной работе рассмотрим несколько случаев проектирова­ния рациональных траекторий дополнительных стволов многост­вольных скважин.

1- й случай. Основной и дополнительный стволы расположены в одной апсидальной плоскости; дополнительный ствол проводится по дуге окружности из основного ствола прямолинейно-наклонно­го или вертикального.

Прямолинейными скважинами считаются такие, интенсивность искривления которых на интервале ниже предполагаемой точки за — буривания не превышает 0,01 градус/м; при искривлении основного ствола с интенсивностью выше указанной его траекторию считают криволинейной.

При проектировании траектории дополнительного ствола в этом случае рассчитывают глубину забуривания дополнительного ство­ла 1-заб, его длину /,хс, набор кривизны ф, необходимый для до­стижения дополнительным стволом заданной точки разведочной сети.

Расчет производится по следующим формулам:

Азаб = — ± k)’ (Х.22)

г = 57,37/t; (Х.23)

= r-siruf; (Х.24)

/.2= Л-cos 7; (Х.25)

= arccos r~smy h. (X.26)

T

L„.c = tPH, (X.27)

где и — длина скважины (основного ствола) до точки пересече­ния ею рудного тела, м; /]— проекция дополнительного ствола на ось основного, м; /г — проекция линии падения рудного тела на ось основного ствола ( + означает его продолжение или выпола — живание; — означает выкручивание), м; у — угол встречи основно­го ствола с рудным телом, у = 90°—ф + 0, градус; А— расстояние между точками пересечения рудного тела основным и дополни­тельным стволами, м; г£> — набор кривизны по зенитному углу при бурении дополнительного ствола, градус; г — радиус кривизны дополнительного ствола, м; £д. с — длина дополнительного ствола, м; £ — интенсивность искусственного искривления дополнительного ствола, градус/м; принимается в расчетах в "зависимости от воз­можностей применяемых технических средств с учетом обеспече­ния надежной работы колонны бурильных труб. Исходя из проч­ности резьбовых соединений, ВИТР установлены для направлен­ного бурения (зоны локального искривления) следующие значения предельно допустимой интенсивности искусственного искривления

<°/м):

TOC o "1-5" h z Для труб ССК-46…………………………… * . < . ……………………………………………………… 0,28

То же ССК-59…………… *…………………… ……………………………….. 0,25

» ССК-76………………… * * . . *……………………. ………………………………. 0,18

Для СБТ ниппельного соединения………………… ТУ 14-3-679—78

Для труб диаметром 42 мм……………………………. ……………………………………………………………………. 0,15

То же, 54 мм……………………………………………… …………………………………………….. 0,38

» 68 мм………………………………………. * . . . 0,47

На рис. 18 представлена схема расчета траектории дополнитель­ного ствола, проводимого по дуге окружности в апсидальной плос­кости основного ствола.

В процессе бурения дополнительного ствола необходимо кор­ректировать проектную траекторию дополнительного ствола, ис­пользуя фактические данные об его искривлении. Корректировка может быть проведена в соответствии с инструкцией [7].

2- й случай. Основной и дополнительный стволы расположены в одной апсидальной плоскости; дополнительный ствол проекти­руется по двухинтервальной траектории (рис. 19).

При проектировании двухинтервальной траектории дополни­тельного ствола рассчитывают глубину его забуривания, рацио­нальные длины криволинейного и прямолинейно-наклонного участ­ков. Исходными данными являются глубина скважины, угол встречи основного ствола с рудным телом, угол падения рудного тела и проектное расстояние между пересечением рудного тела основным и дополнительным стволами в зависимости от принятой сети разбуривания.

Установлено, что для обеспечения бурения дополнительного ствола с минимальными затратами времени и средств его следует бурить на криволинейном участке с оптимальным набором кри­визны [7].

Для расчета оптимальной величины, набора кривизны предло­жены следующие формулы [7]:

г|>опт = 2 УК ; (Х.28)

^опт = 57,37 У. (Х.29)

где /г — проектное расстояние между пересечением рудного тела основным и дополнительным стволами в плоскости рудного тела, м; И — отход, вычисляемый с учетом угла встречи основного ствола

Проектирование траекторий направленных и многоствольных скважин

Рис. 18. Схема расчета траектории

дополнительного ствола, проводимого

Рис. 19. Схема расчета двухинтер — вальиой траектории дополнительного ствола, проводимого в апсидальной плоскости основого ствола

Подпись:в апсидальной плоскости прямоли-

нейно-наклонного основного ствола

по дуге окружности:

ЛВ —ось основного ствола; ВС — отход забоя дополнительного ствола от ос­новного по линии падения рудного тела: АС —~ ось дополнительного ствола

с рудным телом, м [формула (X.30)]; #— радиус кривизны на кри­волинейном участке дополнительного ствола, м [формула (Х.31)]; к— коэффициент трудоемкости искусственного искривления, оп­ределяемый как отношение стоимости бурения 1м криволинейного участка дополнительного ствола к стоимости бурения 1 м прямо — линейно-наклонного участка. Формула (Х.28) может быть исполь­зована в том случае, когда соотношение затрат времени и средств на бурение криволинейного и прямолинейно-наклонного участков постоянно для конкретного месторождения и соответствует СУСН (вып. 5, 1969 г.).

Расчет двухинтервальной траектории дополнительного ствола многоствольной скважины производится по следующим формулам [7, 27]:

отход Н определяется длиной перпендикуляра, опущенного на ось основного ствола из точки пересечения рудного тела дополни­
тельным стволом,

H = hsinyt (Х. ЗО)

отход забоя дополнительного ствола от основного на криволи­

нейном участке

//1 = /?(1—cos*), (Х.31)

радиус кривизны на криволинейном участке дополнительного ствола

R = 57,37Д (Х.32)

отход забоя дополнительного ствола от основного на прямоли­

нейно-наклонном участке

Я2 = Я — Hl9 (Х. ЗЗ)

проекция криволинейного участка на ось основного ствола

^ = 7? sin*, (Х.34)

проекция прямолинейного участка на ось основного ствола

k = (Х.35)

длина криволинейного участка

/* = *//, (ХМ)

длина прямолинейно-наклонного участка

L* = -2s — , (Х.37)

sin-ф v ;

общая длина отклоненного дополнительного ствола

^д. с = "Ь £*« (Х.38)

глубина забуривания

^8аб = I,—— (^1 + ^2 i ^з)*————— (Х.39)

где ls = h cos у. (Х.40)

В формуле (Х.39) знак « + » применяется в случае выкручивания дополнительного ствола, знак «—» в случае его выполаживания.

В приведенных формулах: у— угол встречи основного ствола с рудным телом, градус; у=9О°+0—<р; 0 — зенитный угол основ­ного ствола, градус; <р — угол падения рудного тела, градус. При расчетах следует задаваться ^=,фопт-

В том случае, если основной ствол естественно искривляется с интенсивностью более 0,01 градус/м, в расчетные формулы вво­дится поправка на криволинейность основного ствола и рассчиты­вается фактический отход по формуле [25, 27]

Яф = б-Л-siny, (Х.41)

где эмпирический коэффици­ент, рассчитываемый по формуле

Рис. 20. Схема для расчета траекто­рии дополнительного ствола про­странственно-разветвленной скважи­ны, проводимого по дуге окружно­сти

Подпись:Ь = ————— 1————- . (Х.42)

* 1 ±(6,5 +0,65/0/е

где и — интенсивность естествен­ного искривления основного ство­ла, градус/м; в формуле (Х.42) знак « + » принимается при: а) выкручивании дополнительного ствола и выполаживании основно­го; б) выполаживании дополни­тельного ствола и выкручивании основного; знак «—» принимается при: а) выполаживании основного и дополнительного стволов; б) выкручивании основного и допол­нительного стволов.

3- й случай. Расчет траектории дополнительного ствола прост — ранственно-разветвленной много­ствольной скважины, проектируе­мой по дуге окружности (рис. 20).

плоскости основного

Подпись: плоскости основногоВ этом случае проектная точка пересечения рудного тела допол­нительным стволом удалена на значительное расстояние от апсидальнэй ствола [27].

Задачей проектирования является определение места забури- вания дополнительного ствола, его длины, зенитных углов и ази­мута дополнительного ствола. Исходными данными для проекти­рования являются вертикальный разрез по апсидальной плоскости и план основного ствола, на которых указана точка пересечения тела полезного ископаемого. Положение проектного забоя допол­нительного ствола задается его отходами от основного ствола в вертикальной плоскости Лив горизонтальной плоскости g. При этом полный отход проектного забоя дополнительного ствола от основного рассчитывается по формуле

я = ун2 + ё* . . (Х.43)

При известном отходе И проектирование траектории дополнитель­ного ствола, проводимого по дуге окружности, не отличается от проектирования в вертикальной плоскости и производится по сле­дующим формулам:

г — 57,37//, (Х.44

набор кривизны, необходимый для достижения проектной точ­ки забоя дополнительного ствола,

ф = агссоэ т—и, (Х.45)

проекция дополнительного ствола на ось основного

1г = г-Бшгр, (Х.46)

расстояние между пересечениями основного ствола горизон­тальной плоскостью с плоскостью, перпендикулярной к оси основ­

ного ствола, проходящей через заданную точку,

/з = Мб0, (Х.47)

расстояние по основному стволу от точки пересечения тела по­лезного ископаемого до точки забуривания дополнительного ствола

/ = ± /3. (Х.48)

В формуле (Х.48) знак « + » применяется, если проекция заданной точки пересечения полезного ископаемого дополнительным стволом лежит на оси основного ствола, знак «—» на его продолжении.

Глубина забуривания дополнительного ствола

£эаб = £с — Л (Х.49)

длина дополнительного ствола

1д. с = ДО. (Х.50)

В приведенных формулах: г — радиус кривизны дополнительно­го ствола в наклонной плоскости, м; г— интенсивность искусствен­ного искривления дополнительного ствола, градус/м; 0 — зенитный угол основного ствола, градус; Ьс — длина основного ствола от устья до горизонта, где расположена проектная точка пересече­ния рудного тела дополнительным стволом, м.

Конечный зенитный угол 0К и приращение азимута Да,; допол­нительного ствола рассчитываются по формулам

0К = arctg Vg2 +~ (/«;sin ^ h cos 0)2 -; (Х.51)

(*к ± *з)

До,, = arctg ■ . * , (Х.52)

/к sin 0 Т Л cos 0

где /к — вспомогательная величина, рассчитываемая по формуле

tn = k — rHHv (Х.53)

В формулах (Х.51) и (Х.52) знаки « + » и «—» используются так­же, как и в формуле (Х.38), т. е. знак « + » в случае выполажива — ния дополнительного ствола и знак «—» в случае его выкручива­ния.

Для составления проектной траектории дополнительного ство-

рассчитываются для любой точки £д. с.» отклоненного ствола

значения зенитных углов и азимутов. При незначительных прира­

щениях зенитных углов и азимута, т. е. при А0=(0К—0)<|15°|, д0<45°, расчет зенитных углов и азимута в любой точке откло­ненного ствола производится по формулам

0« = 0 + Ln. ct; (Х.54)

^Д. С

«,=«„+г2-i».M. <х’55>

^д. с

где ао—начальный азимут скважины, градус. "При значениях д0>-|15°| и Ла>45° расчет зенитных углов и азимута на любой глубине проектируемого дополнительного ствола может быть про­изведен по формулам (Х.51)— (Х.53), для чего предварительно следует рассчитать следующие величины:

я,=——— <х-56>

r + V*-lu

hx = /Г|-cos ф; (Х.57)

gt = #,sin ф, (Х.58)

где ф — угол между наклонной плоскостью ABD (см. ри«„ 20) и апсидальной плоскостью основного ствола, градус.

Ф = arctg — . (Х.59)

h

*

Все остальные элементы дополнительного ствола на соответст­вующей глубине рассчитываются по формулам (Х.43) — (Х.50).

4- й случай. Расчет двухинтервальной траектории дополнитель­ного ствола пространственно-разветвленной скважины (рис. 21).

Установлено [7], что рациональный профиль дополнительного ствола, пространственно-разветвленной скважины «должен распо­лагаться в наклонной плоскости, ^ рроходящей через проектную точку забоя дополнительного ствола. На рис. 21 АВ — основной ствол, AD — дополнительный ствол, В — точка пересечения рудного тела основным стволом и D—проектная точка пересечения рудного тела дополнительным стволом. Расчет основных параметров про­изводится по формулам (Х.31) — (Х.39),-полный отход рассчиты­вается по формуле (Х.43). При расчете глубины забуривания L3a5 величина /3 рассчитывается по формуле

/3 = Zi’tgO. ~ (Х.60)

Здесь приращение зенитных углов и азимута аналогично 3-му случаю происходит только на криволинейном участке, где произ­водится искусственное искривление с интенсивностью i, и для этого участка конечный зенитный угол и приращение азимута мо­гут быть получены по формулам (Х.51) —(Х.53), подставляя в них вместо Н значение Ht рассчитанное *по формуле (Х.31). Ко-

Рис. 21. Схема для расчета двухин — Рис. 22. Схема многоствольной сква — тервальной траектории дополнитсль — жины к расчету примера 4

ного ствола пространственно-развет­вленной многоствольной скважины

иечный зенитный угол и приращение азимута могут быть также рассчитаны по следующим формулам [7]:

(X.61)

(X.62)

Подпись: (X.61) (X.62) 0К = arccos (cos 0 cos — sin 0 sin cos (p);

Проектирование траекторий направленных и многоствольных скважин

Для составления проектной траектории двухинтервального дополнительного ствола расчет зенитных углов и азимута в лю­бой точке криволинейного участка может производиться по форму­лам (Х.51) — (Х.53), (Х.61), (Х.62) или по формулам (Х.54) — (Х.59) так, как это рассмотрено в 3-м случае. На прямолинейном участке зенитный угол и азимут остаются постоянными и равными 6к и ао+Аак.

При бурении пространственно-разветвленной скважины откло­няющие снаряды устанавливаются на одновременное изменение зенитного угла и азимута так, чтобы искривление дополнительного ствола происходило в наклонной плоскости АВй (см. рис. 20, 21). Расчет угла установки отклонителя может быть произведен по

формуле (Х.19). Технология бурения многоствольных скважин рассмотрена в работах [7, 14, 25, 27 и др.].

Пример 4. Рассчитать элементы дополнительных стволов скважины, основ­ной ствол которой пересек рудную залежь на глубине 900 м. Требуется пробу­рить два дополнительных ствола таким образом, чтобы подсечение рудной зале­жи произошло на расстоянии Л=60 м выше и ниже точки пересечения полезного ископаемого основным стволом. Основной ствол скважины в нижней части мож­но принять прямолинейно-наклонным с зенитным углом 0=20°; угол падения рудного тела ф~45°. Интенсивность искусственного искривления дополнительных стволов принимаем равной (=0,25 градус/м (рис. 22).

Решение. I. Рассчитаем радиус кривизны дополнительных стволов по фор­муле (Х.23):

г « 57,37:0,25 = 229,5 м.

2. Рассчитаем набор кривизны, необходимый для достижения дополнитель­ными стволами рудной залежи в заданных точках (на рис. 22 точки С и С*) по формуле (Х.26):

229,5 — бО-БШ (90° — 45° + 20°)

« = агссоз———————— ——————————— 38,4,

3. Определим по формуле (Х.24) проекцию дополнительного ствола на ось основного (на рис. 22 это расстояние АР=АР): .

/х= 229,5 X 0,6211 = 142,6 м.

4. Определив проекцию линии падения рудного тела на ось основного ство­ла по формуле (Х.25) (на рис. 22 это расстояние ВР~ВР)

/3 = 60 X 0,423 = 25,4 м.

5. Рассчитаем глубину забуривания дополнительных стволов по формуле (Х.22):

а) при проведении дополнительного ствола на выполаживание

Цаб = 900 — (143 + 25) = 732 м;

б) при проведении дополнительного ствола на выкручивание

^заб = 900 — (143— 25) = 782 м.

6. Рассчитаем по формуле (Х.27) длину дополнительного ствола

£д. с = 38,4:0,25 *=* 154 м.

Таким образом, проектные зенитные углы в дополнительном стволе, прово­димом на выполаживание, будут возрастать от начального значения 0=20° и на конечной глубине —890 м 0К будет равно 58,5°; в дополнительном стволе, про­водимом на выкручивание, будет происходить уменьшение зенитного угла и на конечной глубине я?940 м должно составить 18,5°, при этом скважина меняет азимут на 180°, т, е. „переходит через зенит" на глубине »860 м.

Пример 5. Рассчитать элементы дополнительного ствола, проводимого по двухинтервальной траектории, когда его отход задан в апсидальной плоскости основного. Основной ствол пересек рудную залежь на глубине 970 м, заданный отход в плоскости рудного тела к=70 м, угол встречи основного ствола с руд­ным телом *у=450. Основной ствол в нижней части практически прямолинеен. Коэффициент трудоемкости искусственного искривления принимается равным 2,5. Интенсивность искусственного искривления на криволинейном участке 1= = 0,2 градус/м.

Решение. Имеем 2-й случай проектирования дополнительного ствола. По формуле (Х.32) находим значение радиуса кривизны криволинейного участка ствола

г = 57,37:0,2 = 286,9 м.

*

Н — 70 X вігі 45° — 50 м.

По формуле (Х.29) определяем оптимальный набор кривизны, обеспечиваю­щий бурение рационального профиля, т. е. с. наименьшими затратами времени и средств,

^опт — 5/, 37

286,

Подпись: ^опт — 5/, 37 286, 2X50

= 17°.

9 (2 X 2,5-1)

По формулам (Х.31) — (Х.40) находим основные элементы дополнительного етвола, состоящего из криволинейного и прямолинейного участков;

Я1== 286,9(1 —cos 17°) = 10 м; Я, = 50 —10 = 40 ы;

= 286,9 X sin 172 = 85 м; 1й = 40:tg 17° = 131 м;

17° 40

*•1 =1ГГ=85м: = ~~T7V = 137 м; /.д.0 = 85 + 137 = 222 м;

U Slfl 1 / t

/а = 70 cos 45° — 50 м; 1^6 “ 970 — (85 + 131 + 50) — 704 м.

В результате получили все параметры траектории дополнительного ствола многоствольной скважины (см. рис. 19).

Пример 6. Рассчитать элементы траектории дополнительного ствола и построить вертикальный разрез в плоскости основного ствола и план скважины. Из скважины, пересекшей рудную залежь на глубине 1000 м, имеющей зенит­ный угол 0=8° и азимут ао=150°, необходимо в сторону выполаживания с по­воротом вправо пробурить дополнительный ствол с отходом в вертикальной плоскости к = 50 м и в горизонтальной плоскости #=60 м. Искусственное ис­кривление осуществляется без снижения производительности бурения с интен­сивностью /=0,157м.

Решение. Имеем 3-й случай проектирования дополнительного ствола. По формулам (Х.43)—(Х.50) рассчитываем элементы траектории дополнительного ствола:

Я = Y50* + 60* = 78 м; г = 57,37:0,15 = 383 м; 383 78

ф = arccos———=37,2°; lx — 383*sin 37,2° = 231 м;

383

/3 = 50*tg 8° = 7 м; / — 231 —7 = 224 м;

LДiC= 37,2:0,15 = 248 м; L3a6= 1000—224 = 776 м;

383 X 78 /„ = 231——- ^— = 102 м.

231

0 _аГс1дУ^а + (102’81п8О + 50,С°5-)— 43-

ик « агаб (102 _ 8) со5 80 — 44 ,

60

Дак = агс1е————————————— — = 43,15°;

(102*8т 8° — 50-соэ 8 )

60

ф= агс^~^ = 50°- Поскольку Д0К = 43°—8°=35°>15® то для построения проектного разреза необходимо определить конечные зенитные углы и азимуты в различных точках дополнительного ствола по формулам (Х.51) — (Х.53) и (Х.56)—(Х.59). Зада­димся величинами /ц через каждые 25 м, т. е. /и=25, 50, 75, …, 231 м. По формулам (Х.56) — (Х.58) рассчитываются значения Ни Л*, g^t а затем по фор­мулам (Х.51), (Х.52) — значения 0; и Да* для каждой выбранной точки.

і

‘п.

м

ни

м

в*, градус

градус

градус

Ь Д — С,

и

Проектные параметры дополнительного ствола

1, м

е,

градус

а.

градус

1

2

3

4

6

6

7

8

9

10

1

0

8

776

8

150

2

25

0,82

10,65

15,6

3,8

25,2

801

10,5

165,5

3

50

3,28

13,95

24,2

7,5

50,3

826

14,0

174

4

75

7,44

17,5

29,25

11,3

75,3

851

17,5

180

5

100

13,3

21,2

33,75

15,1

100,5

876

21,0

184

6

125

21,0

25,0

36,35

19,05

127,1

903

25,0

186

7

150

30,7

29,0

38,65

23,1

154,1

930

29,0

189

8

175

42,5

32,15

40,3

27,3

182,2

958

32,0

190

9

200

56,5

37,5

41,8

31,55

210,2

986

37,5

192

10

225

73,7

41,9

42,1

36,15

241,60

1017

42,0

193

11

231

78,0

43,0

43,25

37,25

248,0

1024

43,0

193

Результаты вычислений сведены в табл. 45, в графах 8, 9 и 10 которой приведены проектные значения параметров дополнитель­

£

Подпись: £

Рис. 23. Схема вертикального разреза скважины

Подпись:ного ствола. По данным табл. 45 стро­ится вертикальный разрез и план сква­жины. На рис. 23 показан вертикаль­ный разрез скважины.

%

Оставить комментарий