Проектирование профилей наклонно направленных скважинах в одной плоскости

3.1 Выбор профиля скважины

Для проектирования профилей наклонно направленных скважин в одной плоскости принято применять несколько стандартных профилей (рисунок 2 а, е) и видоизмененных с участками снижения a [6], где кривая не соответствует окружности.

При выборе профиля следует учитывать следующее.

3.1.1 Применение трехинтервального профиля (с наклонным участком (рисунок 2 а) позволяет при малом количестве рейсов с ОУ достичь значительной величины А при минимальном удлинении оси скважины. При этом профиле обычно не имеется осложнений при различных способах эксплуатации скважин. Этот профиль эффективен в том случае, если имеется возможность без дополнительных затрат поддерживать a = const на всем третьем участке, т.е. когда длина этого участка невелика или благоприятны геологические условия.

3.1.2 Двухинтервальный профиль с нижним искривленным участком (рисунок 2 в) рекомендуется применять, когда требуется войти в крутопадающий пласт под определенным углом. В этом случае величина отхода А обусловлена местоположением буровой установки и проектного пласта. Такой профиль применим при роторном и турбинном бурении. Скважину в этом случае можно пробурить без ОУ, если геологические, технологические и технические условия проводки скважины позволяют обеспечить необходимую величину Da₁₀ при заданном угле φ. При таком профиле на начальном участке можно применить ОУ, а затем осуществить безориентированное бурение.

3.1.3 Трехинтервальный профиль с участками набора и снижения α (рисунок 2 б) является частным случаем четырехинтервального профиля с последним вертикальным участком (рисунок 2 е), а четырехинтервальный профиль – с наклонными двумя искривленными участками (рисунок 2 г) является частным случаем пятиинтервального с нижним вертикальным участком (рисунок 2 д). Нижние вертикальные участки необходимы, когда требуется вскрыть определенные пласты под прямым углом, например, если на площадки имеется несколько продуктивных пластов. При этом можно эксплуатировать несколько пластов одновременно при сохранении общей сетки разработки месторождения.

3.1.4 Таким образом, если нет специальных требований, ограничивающих необходимость последних вертикальных участков, из четырех последних профилей предпочтительно применение трех или четырехинтервального профиля, приведенных на рисунке 2 б, г. Такие профили могут применяться при различных условиях бурения. Эти профили особенно эффективны, когда на последних участках используются естественные искривления скважин и простые КНБК без ОУ [3]. При равных А в случае трехинтервального профиля (рисунок 2 б) на первом искривленном участке необходимо набирать больший зенитный угол, чем при профиле, приведенном на рисунке 2 г. Поэтому трехинтервальный профиль предпочтителен в том случае, если величина А меньше 300-400 м.

3.1.5 При выборе профиля скважины необходимо учитывать конструкцию скважины [7, с. 21], величину угла стабилизации, величину критического зенитного угла a_кр, при котором азимут скважин стабилизируется. Величина угла a_кр для мягких и средних пород составляет 20-25^о.

Тогда величина ориентировочная a_max на участке искривления равна:

, (17)

где Da_e - интенсивность снижения a в интервале, где не

предусматривается применение ОУ. Величина Da_е

находится по результатам экспериментальных исследований.

3.2 К обоснованию длины верхнего вертикального участка профиля.

3.2.1 Длина вертикального участка (h₁ = l₁) в первую очередь выбирается с таким условием, чтобы исключалась работа с ОУ в рыхлых, обваливающихся или осыпающихся породах.

Как показала практика бурения наклонно направленных скважин в Западной Сибири, зарезку искривленного ствола скважины и проводку первого искривленного участка скважины можно успешно осуществлять в относительно мягких породах. Экономически выгодно бывает закончить набор a при бурении скважины под кондуктор, чтобы после смены диаметра долота на меньший по возможности исключить применение ОУ.

3.2.2 При обосновании величины h₁ необходимо учитывать количество скважин в кусте, разность между азимутами двух соседних скважин (угол Δφ₁) и порядок забуривания скважин в кусте [3,6].

3.2.3 Необходимо, чтобы начало первого искривленного участка для соседних скважин в кусте отличалось на величину Δh₁ (таблица 1).

3.2.4 Длина h₁ зависит [6] также от угла (φ), измеряемого по часовой стрелке от направления движения буровой установки до проектного направления на точку забуривания искривленного участка (таблица 1) В таблице h₁ - это длина h_i для предыдущей скважины, а h_i+1 - для последующей.

Таблица 1 – Некоторые данные к обоснованию h₁

3.3 Графический метод проектирования профиля.

3.3.1 Суть метода [4] заключается в графическом построении профиля с последующим определением по чертежу числовых значений его элементов. Исходными данными являются проектные положения устья и забой скважины.

3.3.2 Пример. Спроектировать графическим способом профиль типа, показанного на рисунке 2 а. Даны положения устья b и забоя z рисунок 5.

3.3.3 Определяется величина А и Н по структурной карте и геологическому разрезу. Через точку z проводится наклонная прямая zс под углом a к вертикали. Угол a должен соответствовать условиям набора зенитного угла и эксплуатации скважины, величина его выбирается ориентировочно.

3.3.4 Проводится линия со – биссектриса угла ВСZ. Далее выбирается длина искривленного участка, и половина ее (сn₁ = cm₁) откладывается от точки c, соответственно, по прямым СВ и СZ. Перпендикуляры из точек n₁ и m₁ к прямым СВ и СZ, пересекаясь на линии СО, дают центр (О₁) окружности, которой принадлежит дуга n₁m₁.

3.3.5 Полученный радиус R₁ = n₁o₁ = m₁o₁ должен быть проверен как из условий технических возможностей его получения, так и из условий проходимости турбобура через искривленный участок скважины, работоспособность в нем бурильных труб и т.д. Эти вопросы рассмотрены ниже в п. 2.5.

3.3.6 Если требуется увеличить радиус R₁, переходят к отрезкам сn₂, cm₂, центру О₂ и радиусу R₂.

3.3.7 Далее измеряют проекции и длины всех участков профиля.

Аналогичный подход возможен применительно и к остальным типам профилей, показанным на рисунке 2.

Рисунок 5 - Графический расчет профиля скважины

3.4 Общий метод проектирования профиля наклонно направленных скважин

3.4.1 Исходными данными при проектировании являются (см. п.п. 1.5.1-1.5.4) величины А, Н, интенсивность набора зенитного угла (Δa´₁₀) с помощью применяемых отклонителей на втором участке и усредненная интенсивность уменьшения зенитного угла (Δa´₁₀) на соответствующем участке при бурении без ОУ (например, на третьем участке для профиля на рисунке 2 б). Дальнейший порядок работ при проектировании следующий.

3.4.2 После обоснования выбора типа профиля применительно к рассматриваемым условиям проводки скважины выбирается длина вертикальных участков.

3.4.3 длина первого участка (l₁ для всех профилей) выбирается с учетом характеристики верхней части геологического разреза и очередности бурения скважин в кусте (при кустовом бурении).

3.4.4 длина пятого и четвертого (рисунок 2 д, е) участков должна на 5-10% превышать расстояние между кровлей верхнего и подошвой нижнего продуктивных горизонтов многопластового месторождения.

3.4.5 Рассчитываются минимально допустимые радиусы искривления оси скважины (R_min1) на участке набора зенитного угла и R_min2 на участке уменьшения a по методике, изложенной в работах [4,8].

3.4.6 В зависимости от выбранной величины R_i рассчитываем проектную величину Δa₁₀ по формуле:

, (18)

3.4.7 По требуемой величине Δa´_10ТР выбирается ОУ на основании данных по ранее пробуренным скважинам.

3.4.8 Величину R₁, получаемую с помощью данного отклонителя, необходимо увеличить на 5-10% вследствие возможного недобора угла a из-за неточности установки ОУ.

3.4.9 Величина R₂ определяется с привлечением информации об усредненной величине Δa^΄₁₀ на участке естественного уменьшения зенитного угла по данным ранее пробуренных скважин с помощью формулы:

, (19)

применение ОУ для получения R₂ не практикуется.

3.4.10 Рассчитывается значение a в конце участка набора зенитного угла по формулам, приведенным в таблице 2.

3.4.11 Рассчитывается длины, вертикальные и горизонтальные проекции всех участков профиля по формулам, приведенным в таблице 3.

3.4.12 Проверяется равенство сумм горизонтальных и вертикальных проекций профиля, соответственно, величинам А и Н. Допускается отклонение (не более %) связано с неточностями расчетов и не имеет отклонения к кругу допуска, представляющего собой допустимое отклонение фактического положения забоя от проектного.

Таблица 2 – Формулы для расчета зенитного угла

Тип профиля (рисунок)	Формула	Примечание
2а	(1)	Н – глубина скважины
2 б, в	(2)	Для «в» можно
2 г, д	(3)	для «д»:
2 е	(4)

3.5 проектирование профиля наклонно направленной скважины по методике СибНИИНП

3.5.1 Исходными данными являются глубина скважины по вертикали Н и отклонение забоя от вертикали А.

3.5.2 на нефтяных месторождениях Западной Сибири нашли применение профили, показанные на рисунке 2 а, б, г. При А < 300 м применяется трехинтервальный профиль (рисунок 2 а, б), при А > 300 м – четырехинтервальный (рисунок 2 г). В случае трехинтервального профиля допускается осуществлять набор зенитного угла ниже глубины спуска кондуктора.3.5.3 Расчет трехинтервального профиля с прямолинейно-наклонным участком по методике СибНИИНП [3,6].

Таблица 3 – Формулы для расчета длин вертикальных и горизонтальных проекций всех участков профиля

Тип профиля	№	Длина участка, м	Горизонтальная проекция, м	Вертикальная проекция, м
2 а			-
Всего
2 б			-
Всего
2 в			-
Всего
2 г			-
Всего

Продолжение таблицы 3

2 д			-
Всего
2 е			-
		-
Всего

3.5.3.1 Длина первого вертикального участка (l₁ = h₁) обосновывается с учетом направления движения станка и очередности бурения в кусте данной скважины (см. п 3.2).

3.5.3.2 Величина радиуса на участке набора a определяется после выбора компоновки из числа применяемых в Западной Сибири по данным таблицы 4, 5.

Таблица 4 – Интенсивность увеличения зенитного угла на 10 м и

радиус искривления оси скважины, получаемые м

помощью кривого переводника

Компоновка	Угол перекоса переводника, град	Зенитный угол, град
0-10	0-20	0-30	0-40	0-50
Долото 295,3 мм; турбобур ТСШ-240 (I секция), УБТ 178 мм, 12 м	3 - 45	1,65	1,56	1,44	1,25	1,08
3 - 00	1,31	1,28	1,15	1,00	- -
2 - 300	1,14	1,08	0,96	0,18	- -
2 - 00	1,00	0,91	0,82	- -	- -
Долото 295,3 мм; турбобур Т12МЗ-240, УБТ 178 мм, 12 м	3 - 00	1,50	1,37	1,26	1,14	1,04
2 - 300	1,25	1,17	1,08	1,00	- -
2 - 00	1,10	1,02	0,93	0,86	- -

Таблица 5 – Значения Δa₁₀ и R₁ получаемые с помощью ОТС.

3.5.3.3 Вычисляются зенитный угол в конце второго участка (набора a) по формуле (1) из таблицы 2 и величины проекций и длин участков профиля по формулам, приведенным в таблице 3.

Затем проверяется точность расчетов по формулам:

(20)

(21)

3.5.4 Расчеты трехинтервального профиля с участком свободного уменьшения зенитного угла.

3.5.4.1 После обоснования величин l₁ и R₁ при заданных Н и А необходимо обосновать величину вертикальной проекции третьего участка (h₂), которая должна несколько превышать расстояние между кровлей верхнего и подошвой нижнего продуктивных горизонтов.

3.5.4.2 Максимальный зенитный угол (в конце второго и начале третьего участков) определяется по формуле:

, (22)

где a^΄ - величина зенитного угла, которую необходимо получить на

втором участке, если третий участок заменить прямолинейно-

наклонным (рисунок 6). угол a вычисляется по формуле (1)

из таблицы 2;

Δa^΄ - увеличение зенитного угла (рисунок 6), зависящее от

интенсивности его уменьшения на третьем участке [6].

3.5.4.3 Угол Δa^΄ определяется из соотношения:

, (23)

где a_к - конечный зенитный угол, который определяется по рисунку 7.

При этом необходимо рассчитать l₃ по приближенной формуле:

, (24)

Из формул (22, 23) получаем:

, (25)

3.5.4.4 Пример на рисунке 7 показывает, что после бурения долотом

III 215,9 МЗ-ГВ интервала длиной 600 м зенитный угол с начальной величины 25^о уменьшается до 14^о.

3.5.4.5 Проекции и длины участков профиля рассчитываются по формулам, приведенным в таблице 6.

Таблица 6 – Формулы для расчета элементов трехинтервального

профиля

Участок профиля	Длина ствола, м	Горизонтальная проекция, м	Вертикальная проекция, м
		-
Всего

3.5.5 Расчеты четырехинтервального профиля (рисунок 2 г).

3.5.5.1 Исходными данными, как и ранее, являются величины Н, А. Обосновываются h₁ и h₄ (вертикальная проекция участка свободного уменьшения зенитного угла), а также R₁ на втором участке (таблицы 4, 5).

3.5.5.2 По формуле (1) из таблицы 2, как и в п. 2.5.4.2 определяется угол a^΄, который необходимо было бы набрать, если участки 3 и 4 заменить прямолинейно-наклонным участком.

3.5.5.3 Вычисляется ориентировочно длина участка уменьшения a:

, (26)

3.5.5.4 По графику (рисунок 7) определяется конечный угол a_к при начальном a^΄ и длине участка l₄.

3.5.5.5 Максимальный зенитный угол в конце второго участка с учетом его уменьшения на четвертом участке вычисляется по формуле:

, (27)

3.5.5.6 проекции и длины участков профиля рассчитываются по формулам, приведенным в таблице 7.

3.5.5.7 После расчета элементов профиля проверяется правильность расчетов по формулам (20, 21).

	Рисунок 6 - Трехинтервальный профиль с участком свободного уменьшения .

Таблица 7 – формулы для расчета четырехинтервального профиля

Участок профиля	Длина ствола, м	Горизонтальная проекция, м	Вертикальная проекция, м
		-
Всего