Расчет бурения наклонно направленной скважины. Расчет бурения наклонно направленной скважины
Скачать 0.57 Mb.
|
Расчет бурения наклонно направленной скважины СодержаниеВведение 3 1. Типы профилей наклонно направленных скважин и особенности их выбора 5 2. Методы бурения наклонно направленных скважин 8 3. Технология и типы наклонно-направленного бурения 14 4. Расчет бурения наклонно направленной скважины 23 Заключение 26 Список литературы 28 ВведениеМетод сооружения скважин, при котором они имеют сложный пространственный профиль, включающий в себя вертикальный верхний интервал, после которого следуют участки с заданными отклонениями от вертикали. Часто используется при разведке и добыче таких полезных ископаемых, как нефть и газ, особенно при многоствольном и кустовом бурении. С 1990-х активно развиваются технологии направленного бурения для создания скважин с горизонтальными участками длиной до единиц километров. Самой длинной такой скважиной в 2017 году стала пробурённая для добычи нефти на шельфе Сахалина Z-44 Чайво - 15 км. Тема расчета бурения наклонной скважины является важной, поскольку она необходима для успешного завершения проекта. Важно понимать различные методы, используемые для расчета бурения, и различные факторы, которые могут повлиять на процесс бурения. Кроме того, важно учитывать последствия бурения наклонной скважины для безопасности, а также воздействие процесса на окружающую среду. В Интернете доступно множество ресурсов, которые помогут в изучении этой темы, таких как статьи, книги и видео. Кроме того, существует ряд компаний, которые предлагают услуги, связанные с бурением наклонных скважин. Цель курсовой работы - расчет бурения наклонно направленной скважины - заключается в проведении технической оценки бурения и проектирования наклонно направленной скважины с учетом гидротехнических характеристик и геологических условий. Для этого необходимо провести анализ геологических данных и произвести подбор оптимального варианта бурения и проектирования скважины. Также производится расчет длины скважины, проектирование буровой структуры и прочие процедуры связанные с бурением. Задача курсовой работы по бурению наклонно направленной скважины заключается в том, чтобы произвести расчет бурения наклонно направленной скважины с учетом следующих факторов: тип используемого инструмента, скорость бурения, диаметр скважины, глубина бурения, напряжение и давление бурового раствора, давление газа и вязкость бурового раствора. На основании этих факторов необходимо произвести расчет параметров бурения и подбор оптимальных условий для бурения наклонно направленной скважины. Структура курсовой работы состоит из введения, четырех параграфов, заключения, списка литературы. 1. Типы профилей наклонно направленных скважин и особенности их выбораБольшое значение в наклонно направленном бурении имеет правильный выбор профиля скважины. Рациональный профиль позволяет до минимума сократить работу отклоняющей компоновки на возможно меньшей глубине, обеспечивает необходимое смещение забоя относительно устья и допустимую интенсивность искривления, свободное прохождение по стволу компоновок бурильной и эксплуатационной колонн, эксплуатацию скважины всеми современными методами и оборудованием достаточно долго и безаварийно. Следовательно, профиль наклонной скважины необходимо выбрать таким, чтобы при минимальных затратах времени и средств довести её до проектной глубины без изменений и аварий, обеспечив надлежащее качество для длительной и безаварийной эксплуатации. В настоящее время широко применяются и отвечают практически всем геолого-техническим условиям и технологическим требованиям бурения и эксплуатации профили направленных скважин следующих типов: 1. Тангенциальный - тип профиля, состоящий из трёх участков: вертикального, участка набора зенитного угла, участка стабилизации зенитного угла, продолжающегося до проектной глубины скважины; этот профиль обеспечивает максимальное отклонение ствола скважины от вертикали при минимальном зенитном угле, поэтому его предпочитают применять в случае кустового бурения; данный профиль либо не предусматривает промежуточной колонны в случае скважин умеренной глубины, либо предусматривает внутри интервала искривления или за ним в случае глубоких скважин; 2. S-образный - тип профиля, состоящий из пяти участков: вертикального, участка набора зенитного угла, участка стабилизации зенитного угла, участка падения зенитного угла, вертикального участка; отличительная черта данного профиля - наличие участков набора и падения зенитного угла, поэтому помимо общей пятиинтервальной возможны четырёх- и трёхинтервальные его модификации; этот профиль используют при необходимости установления промежуточных обсадных колонн, глушения другой, фонтанирующей, скважины, бурении скважин с одной платформы, например, в открытом море; данный профиль предусматривает промежуточную колонну в интервале второго отклонения; 3. J-образный - тип профиля, состоящий из двух участков: вертикального и участка малоинтенсивного набора зенитного угла по большому радиусу; этот профиль используют для бурения на пласты, расположенные под солевыми куполами, кустового бурения, а также вскрытия глубоко залегающих объектов. Тангенциальный и J-образный типы профилей выгодно отличаются от S-образного тем, что не имеют перегибов; это улучшает проходимость инструмента и геофизических приборов, уменьшает объём работы отклоняющей компоновки, снижает силы сопротивления при движении бурильных и обсадных колонн, облегчает условия эксплуатации скважины. Направленные скважины, бурящиеся по s-образному типу профиля, имеют следующие технологические недостатки: - требуется увеличенный интервал бурения с отклонителем, что ухудшает технико-экономические показатели; - интервал уменьшения зенитного угла реализуется за счёт фрезерования стенки скважины боковой поверхностью долота, что сокращает ресурс его работы; - при подъёме БК из скважины возникают большие нагрузки на талевую систему; - значительные суммарные углы охвата и изменение знака кривизны профиля приводят к появлению прижимающих усилий, способствующих желобообразованию и изнашиванию обсадных колонн. Расчёты показывают, что нагрузка при подъеме колонны бурильных труб из скважины в случае их бурения по s-образному типу на 35% выше, чем при бурении по j-образному типу, и на 20% выше, чем при бурении по тангенциальному типу скважин. Применение тангенциального и j-образного типов профилей направленных скважин в противовес s-образному позволяет на практике: - уменьшить суммарный угол охвата и связанные с ним нагрузки на буровое оборудование; - минимизировать длину участка начального искривления; - осуществить проходку скважин с большими отклонениями от вертикали; - наиболее полно использовать вес бурильной колонны для создания осевой нагрузки на долото. К сожалению, тангенциальный и j-образный типы направленных скважин требуют более сложной технологии для проходки ствола по сравнению со скважинами s-образного типа. 2. Методы бурения наклонно направленных скважинБурение наклонно направленных скважин Скважины бурятся для достижения нужной точки продуктивной зоны. При разработке морских месторождений (Рис. 1) А - проложение скважины. Бурение с морской платформы. Иногда нет возможности построить установку в нужном месте, в этом и помогают наклонно направленные скважины. Сегодня наклонно направленное бурение представляет собой: (Рис. 2) - Высота всех смежных сооружений должны составлять не более 10 м. выше чем бурильная установка. - Площадь территории не менее 1.5-2 гектара. - Монтаж установки занимает 1.5- 2.5 месяца. Поэтому применяют способ кустового бурения скважин.(Рис. 3) Заключается в том: Пробурив 1 скважину, буровая установка переезжает в другую позицию. Расстояние передвижки зависит: 1. от числа скважин в кусте, 2. от профиля скважины 3. от геологических условий 4. от технологий бурения. В западной Сибири 5 м. На Урале 15 м. Расстояние между забоями крайних кустов может составлять до 2.5 км. Число скважин в кусте 2-35. Бурение наклонно направленной скважин - несколько дороже вертикальной, занимает больше времени, и требует применения более сложной технологии. Составляется план куста скважин, на котором указывается: 1. положение устьев скважин 2. вертикальные проекции их стволов с указанием их азимутов 3. очерёдность бурения 4. номера скважин 5. расстояние между устьями 6. направление передвижки (ось куста) 7. проектные азимуты у каждой скважины 8. проложение А. При роторном способе тоже бурят наклонные скважины, но требует более сложной технологии и точности бурильного инструмента. В основном в Америке. В России преимущественно бурят турбинным способом. Такой способ упрощает технологию. Для прокладки применяют турбобуры или объемные двигатели. ОД - более технологичны. Меньшие размеры, большую мощность, высокий момент. Что нужно чтобы отклонить ствол в нужном направлении, нужно в компоновку вести отклонитель. (Рис. 4) Отклонители: 1. кривые переводники (резьбы с перекосами 1-4 °). 2. Отклонитель - имеет большую длину, резьбы которого так же имеют перекос. 3. Иногда на турбобур ставят накладку, кот. Отклоняет его в нужную сторону. 4. Для секционных турбобуров используются отклоняющие устройства: переводник кот. Соединяет корпуса и их валы, смещение резьб 1.5-2°. В промышленности используют ТО, турбобуры с кривыми переводниками, винтовые ЗД - в которых есть приспособления для искривления угла. Определение пространственного положения любой точки ствола наклонно направленной скважины. Замеры углов азимута и зенитного угла производится специальными партиями (организациями). Приборы: Инклинометр. Самостоятельно - первичные и вторичные вскрытия горизонтов, буровые установки и буровое оборудование!!!! Инклинометры бывают 2 типов. 1. На свойствах магнитного и гравитационного поля земли.(магнитная стрелка и отвес) 2. Вращающийся маховик. Скорость вращения 20000 об/мин. Его ось вращения остаётся в том положении в котором её раскрутили. 3. Последние 20 лет применяются телеметрические системы. Комплекс приборов которые меряют угол и азимут. Профили наклонно направленных скважин. Профилем называется горизонтальная проекция ствола скважины. (Рис6) Самопроизвольное искривление скважины. (Рис. 7) Δi – изменение набора зенитного угла. Δi = 1.50/10 (темп набора или падения кривизны) Условно вертикальная скв с отклонением не более 1-2 градуса. Негативное влияние: 1. Нарушение сетки бурения. 2. Затрудняется спуск ОК и их цементирования. 3. Осложняется ремонт скважины и работа оборудования. 4. Жолобообразование при бурении. 5. Осложняется отбор керна. 6. Удлиняется ствол скважины. 7. Усложняется ликвидация аварии. 8. Потеря нагрузки на долото. 9. Увеличивается стоимость скв. Причины искривления: 1. Геологические. - неоднородность пород слагающих разрез скважины. (Разные физик механические свойства) - наклонное залегание пластов. - полости и каверны. - анизотропия - различные свойства в зависимости от направления. (Рис. 8) 2. Технологические причины - несоосность вышки и ротора. (Не центрация допускается 50 мм.) - если имеем при изготовлении УБТ и переводников изогнутые трубы. - несоосность резьб. - превышение нагрузки на долото. Предупреждение искривления: 1. Компоновка низа БК должна быть максимально жёсткой. 2. Жёсткая БК иногда дополнительно центрируется переводниками имеющими рёбра жёсткости, калибраторами и центраторами. 3. Обеспечить соосность вышки и ротора 4. Регулировать осевую нагрузку на долото. 5. Постоянный контроль отклонения оси скважины. В пермском крае есть норматив, что наклон нужно замерять через каждые 50 м. Спуск инклинометра (Рис. 9) 3. Технология и типы наклонно-направленного бурения Наклонно-направленным бурением называют формирование так называемых буровых стаканов, отклоняющихся от вертикальной оси на определенное количество градусов, в зависимости от способа их создания. Скважины с искривленной конструкцией Для бурения наклонных и горизонтальных скважин необходимо, чтобы направление движения бура отклонялось на два градуса и более при вращательном способе, и более чем на шесть градусов при глубоком бурении. Отклонение от вертикальной оси скважины может быть спровоцировано естественными или искусственными факторами. Естественное отклонение может быть вызвано погодными, геологическими и сейсмическими условиями. Искусственное отклонение от вертикали является принудительным. Если во время бурения есть возможность контролировать угол движения бура, такое строение скважины считается наклонным. Направленное бурение скважин может быть многозабойным и однозабойным. В первом случае выполняют главный ствол, затем от него вертикально или под наклоном делают несколько дополнительных забоев, во втором же – с помощью оборудования изначально задается необходимый угол скважины, и бурение выполняется в один заход под необходимым наклоном. Профили наклонно-направленной скважины Наклонное бурение скважин имеет несколько профилей. Для организации технически правильного бурения необходимо заранее очертить участки будущего забоя, его глубину и положение. Профили бурения могут быть следующими: Наклонный участок – отрезок первого прохождения бура, который отклоняется на один-два градуса. Участок набора угла – следующий за наклонным отрезок, на котором угол бурения искривляется и становится круче. Прямолинейный участок – после набора угла делается небольшой отрезок прямой линией, как бы продолжающий направление крутого угла. Отрезок снижения угла наклона – бур направляется в сторону уменьшения угла, вплоть до самой глубокой точки забоя. Независимо от конструкции профиля, верхняя часть забоя всегда должна быть вертикальной. При геологических исследованиях бурение наклонных скважин выполняют шпинделями с поверхности грунта. Сначала стакан забоя имеет прямое направление, которое задается шпинделем, затем в результате анизотропии разбуриваемого грунта, линия будет отклоняться от первоначально заданного движения. При отклонении более чем на пятьдесят градусов, объем бурения возрастает в результате ограничения традиционных способов геологического исследования через кабель, погружаемый в скважину. По этим причинам востребованными стали технологии, позволяющие исследовать почву без пропускания кабеля, но с использованием систем, доставляемых буровым инструментом. Способ искусственного искривления Искусственное искривление оси бурового стакана применимо, когда необходимо бурение нефтяных или газовых скважин. Искусственное отклонение подразделяют на кустовое и многозабойное. Такой способ успешно применяется в следующих случаях: Для работы с глубинными слоями под спусками; При отклонении выполненного ствола; При залегании нефти под слоем соляных залежей; При необходимости обхода осыпающихся мест; Для вскрытия слоев, находящихся под дном водоема; При строительстве забоя на слои под жилыми домами; При невозможности устранения засыпанной скважины; Для ухода в сторону с новым направлением; Для экономии времени на разбуривание; При бурении кустовым методом на равнинной территории; При прохождении пласта угля для дегазификации. Для процесса принудительного искривления необходимы специальные двигатели, в числе которых электробур, турбобур и винтовой двигатель. Методы принудительного искривления Принудительное отклонение выполняется, в основном, тремя способами: Способом типовых трасс; Управлением разными буровыми инструментам; Использованием неровных ниппелей. Способ типовых трасс В первом случае используется регулярность естественного отклонения на необходимом участке работы. Бурение планируют на профилях, сооруженных заранее по собранной информации о естественном отклонении скважин. Такой метод целесообразно применять на хорошо изученной местности, к тому же, кривизна забоя не нуждается в контроле – необходимо лишь приноровиться к прохождению естественного отклонения. Отрицательной стороной способа считается увеличение затрат на строительство конструкции из-за повышения объема бурения. По ранее подготовленным скважинам на каждом участке выделяют места наибольшей интенсивности отклонения, а по полученной информации составляют профили. Сочетание буровых инструментов Управлять отклонением и искажением можно и с помощью сочетания разных буровых инструментов. Меняя порядок применения разных инструментов, можно определить и изменить направление ствола. Метод удобен для прохождения скважины в заданном направлении, позволяет отказаться от использования специальных инструментов-отклонителей. Съемный клин-отклонитель Среди недостатков метода можно отметить лишь то, что он значительно ограничен в применении ускоренного режима бурения. Применение специальных ниппелей Наклонное бурение с применением специальных неровных ниппелей и прочих приспособлений, применимое только при условии их прохождения в определенном участке территории. Применяется редко. Методы бурения Бурение газовых и нефтяных скважин в наклонно-направленной технике подразумевает заранее спроектированное отклонение оси ствола от вертикальной оси в сторону необходимой кривой. С основания такие скважины забуривают вертикально, затем отклоняют в нужном направлении, максимальный угол составляет девяносто градусов. Забой может быть смещен под прямым углом к вертикали, потому применяются многозабойные и кустовые методы бурения. Кустовое бурение Такое название метод носит по той причине, что готовая схема устьев и забоев напоминает собой своеобразный куст. К одному устью сходятся скважины из нескольких забоев, сгруппированных на одной площадке. В случае такого метода значительно сокращаются монтажные и подготовительные работы, снижается количество рабочих транспортных сообщений, линий электропередач и подачи воды. Особенностью кустового способа является определенное условие строительства скважины. В частности, важнейшим условием является отсутствие пересечения стволов между собой. Недостатки способа: Требуется прекращение работы скважин до завершения строительства определенной конструкции в целях противопожарной безопасности. Высокий риск пересечения проделанных стаканов. Капитальный ремонт такой конструкции достаточно сложен. При подводном бурении сложно устранить грифоны. Кустовое бурение используется в тех случаях, когда требуется повышение нефте- и газоотдачи в продуктивной территории, либо при возобновлении работы неработающей скважины. Строительство скважины кустовым способом может быть трехствольным, двуствольным параллельным, двуствольным последовательным. Конструкция куста имеет конический вид с вершиной в виде кустовой площадки. Объем монтажных и подготовительных работ зависит от размещения устья куста, также от этого зависит и площадь территории для будущего отчуждения от куста. Максимальная эффективность такого способа бурения достигается в условиях болотистой местности. Многозабойный способ Такой способ заключается в проведении двух стволов из главного забойного стакана, при этом главный ствол используется не единожды. В таком случае растет рабочая площадь и поверхность фильтрации, но сокращаются объемы бурильной работы в поверхностном пласте. В зависимости от вспомогательных стволов возможны следующие виды многозабойной конструкции: Радиальная – горизонтальный главный ствол и радиальные – вспомогательные. Разветвленная – состоит из наклонных двух стволов и наклонного главного. Горизонтально разветвленная – похожа на предыдущий тип, но угол вспомогательных стволов составляет девяносто градусов. Выбор типа многозабойной конструкции определяется формой конструкции вспомогательных стволов и их размещением в пространстве. Наклонный способ Для выполнения наклонной методики бурения необходимы следующие инструменты и материалы: Буровой земляной инструмент: Тесак; Балка; Бечевка; Длинный буровой направляющий штырь; Кабель; Обсадные трубы; Металлический трос. Такой способ чаще всего используется при ремонте коммуникаций, особенно в тех случаях, когда жилое здание уже сооружено, но необходимо провести канализацию или водопровод через фундамент. Чтобы избежать рытья глубоких траншей, используют наклонное бурение. Для начала рассчитывают угол наклона так, чтоб нижняя часть шурфа совпадала с концом закладной трубы. Земляной бур устанавливают в заранее выбранное место и сразу придают ему желаемый угол наклона с помощью поперечной балки, уложенной на траншею. На бур устанавливают направляющий штырь, позволяющий сохранить заданное перед началом работы направление, и начинают сверление отверстия. Здесь требуется непрерывный контроль процесса, так как при заглублении или отклонении от нужной траектории следует подтесывать стенки шурфа. Когда шурф готов, в него опускают обсадную трубу, повторяющую диаметр скважины. Структура обсадной трубы В трубу пропускают кабель и металлический трос, затем с помощью троса протаскивают в трубу необходимый кабель или шланг. К тросу привязывают бечевку, с помощью которой при необходимости трос тянут назад. Если в трубе размещен силовой трос, шланг или кабель легко поддаются замене. В этом случае можно справиться только с помощью одного лишь наклонного сверления, при этом рыть глубокую траншею и нарушать целостность фундамента не придется. Методы искусственного искривления прохода забоя позволяют работать в таких условиях, которые непригодны для прямого глубокого или поверхностного бурения. Наклонно-направленные способы позволяют сохранить пласт над забоем, избежав его нарушения. Это имеет огромное значение для сохранения целостности окружающей среды, позволяя в то же время выполнить все необходимые работы. наверх 4. Расчет бурения наклонно направленной скважиныРассчитывается самый распространенный профиль IV типа, который также включает в себя все участки 1) вертикальный; 2) набора зенитного угла; 3) участка стабилизации; 4) участка падения угла; 5) прямой вертикальный участок. Расчет начинается с вычисления дуги по которой происходит набор кривизны от нуля до максимального: , м где n1– участок набора кривизны разделенный по 25 метров, м; i1 – интенсивность набора кривизны на каждые 25м, град.; β – максимальный угол набора кривизны, град. Проекция дуги на вертикаль: , м Отход скважины на участке набора кривизны: , м Радиус дуги набора зенитного угла: , м определяются длины дуги на котором происходит уменьшение зенитного угла с максимального до нуля: , м где n2– участок снижения кривизны разделенный по 25 метров, м; i2– интенсивность уменьшения кривизны на каждые 25 метров, град. Длина хорды, стягивающей эту дугу: , м где R2 – радиус дуги на участке уменьшения зенитного угла, м Проекция этой дуги на вертикаль: , м Величина отклонения на этом интервале: , м , м Находится величина отхода скважины на прямолинейном участке: , м где А – общая величина отхода ствола скважины от вертикали согласно геолог-техническому наряду, м Длина наклонного прямолиненого участка: , м Проекция наклонного участка на вертикаль: , м Расчитывается длина нижнего вертикального интервала: , м где h – вертикальный участок в кондукторе, м; H – длина вертикальной проекции наклонной скважины, м. Общая длина скважины: , м Удлинение ствола скважины за счет кривизны: , м Построение профиля ствола наклонной скважины ЗаключениеБурение скважин — это процесс бурения скважины в земле для добычи природных ресурсов, таких как грунтовые воды, рассол, природный газ или нефть, для закачки жидкости с поверхности в подземный резервуар или для оценки подземных пластов или мониторинг. Расчет бурения наклонно направленной скважины является процедурой, при которой используются математические модели для определения параметров и свойств наклонно направленной скважины. Он позволяет определить направление и глубину бурения скважины, а также подготовить план бурения, оценить риски и принять меры предосторожности. Также он помогает определить необходимые материалы для бурения и оценить возможность использования инструментов и оборудования. Наклонно направленные скважины представляют собой процесс бурения глубоких скважин под углом к горизонтали, чтобы достичь дополнительной площади для добычи нефти или газа. Этот метод бурения может использоваться для достижения площадей, которые недоступны для горизонтального бурения. Наклонно направленные скважины также могут использоваться для повышения производительности и увеличения ресурсов в нефтяных и газовых месторождениях. Заключение расчета бурения наклонно направленной скважины зависит от целей и целей проекта. Основные цели расчета бурения наклонно направленной скважины включают в себя определение направления и глубины бурения, а также выбор наиболее подходящей техники бурения для достижения цели. После завершения расчета бурения наклонно направленной скважины и установки всех необходимых оборудований и инструментов, можно ожидать хороших результатов. В заключение можно сказать, что наклонно направленные скважины представляют собой мощный инструмент для достижения дополнительных площадей и повышения производительности в нефтяных и газовых месторождениях. Они позволяют добывать нефть и газ из доступных и недоступных ранее месторождений, что делает их важным инструментом для поиска нефти и газа. Список литературыИогансен К.В. Спутник буровика: Справочник.-М.: Недра,1990-260с. Расчеты при бурении наклонных скважин: учеб. пособие/ Т.О. Акбулатов, Л.М. Левинсон, Р.Г. Салихов, Ф.Н. Янгиров. – СП.:ООО«Недра»,2005.-119с. Агзамов Ф.А., Акбулатов Т.О., Сакаев Р.М. Учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта по дисциплине «Заканчивание скважин». – Уфа.: УГНТУ, 2003.-77с. Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин – М.: Недра, 2003. – 468с. Наклонное бурение скважин: практическое руководство / Под ред. А.А. Гуревича. - М.: Недра, 2009. Наклонное бурение скважин: технология и оборудование / Под ред. А.А. Гуревича. - М.: Недра, 2011. Наклонное бурение скважин: теория и практика / Под ред. А.А. Гуревича. - М.: Недра, 2013. Наклонное бурение скважин: технология и проектирование / Под ред. А.А. Гуревича. - М.: Недра, 2015. Наклонное бурение скважин: проектирование, техника и практика / Под ред. А.А. Гуревича. - М.: Недра, 2017. Наклонное бурение скважин: практическое руководство / А.А. Гуревич. - М.: Недра, 2019. Наклонное бурение скважин: технология и математическое моделирование / А.А. Гуревич. - М.: Недра, 2021. |