Расчет профиля. Расчёт проектного профиля направленных и горизонтальных скважин

• Название: Расчёт проектного профиля направленных и горизонтальных скважин
• Дата: 07.02.2021
• Размер: 0.91 Mb.
• Имя файла: Расчет профиля.docx
• Тип: Методические указания; #174462
• страница: 7 из 7

Профиль боковых стволов скважин 6.1 Общие положения



Основные задачи бурения боковых стволов (БС):

• 
  повышение производительности малодебитных или восстановление бездействующих скважин;
  

• 
  интенсификация добычи углеводородов из малопроницаемых пластов;
  

• 
  эксплуатация краевых участков месторождения без строительства новых скважин;
  

• 
  переход на нижележащие продуктивные горизонты;
  

• 
  эксплуатация незатронутых обводнением зон продуктивного пласта;
  

• 
  вскрытие пропущенных пластов горизонтальным стволом;
  

• 
  уточнение геологического разреза путём бурения разведочного бокового
  

ствола.
Строительство БС осуществляется по трём технологическим схемам:

• 
  бурение БС после подъёма верхней части эксплуатационной колонны;
  

• 
  углубление скважины ниже башмака эксплуатационной колонны;
  

• 
  забуривание БС из эксплуатационной колонны.
  

• 
  отечественной практике проводку наклонных и горизонтальных БС
  

осуществляют преимущественно по среднему радиусу кривизны в диапазоне от
60 до 190 м.
Проектный профиль БС может быть плоским или пространственным. Профиль БС включает участки (рисунок 6.1):
- забуривания;
- изменения зенитного угла и азимута;
- стабилизации зенитного угла и азимута;
- увеличения зенитного угла и корректирования азимута при горизонтальном вскрытии продуктивного пласта (рисунок 6.1, а);
- горизонтальный участок (рисунок 6.1, б).
Интервал БС от точки забуривания до точки, при которой
породоразрушающий инструмент в процессе бурения будет находиться за пределами основного (старого) ствола, называется участком забуривания.
Участок забуривания является частью проектного профиля БС. Поэтому при бурении данного участка двигатель-отклонитель и клин-отклонитель
должны обеспечивать расчётную интенсивность искривления в соответствии с проектным профилем БС.

34



а) б)
Рисунок 7.1 Типы пространственного профиля бокового ствола:

• 
  – вскрытие пласта наклонным стволом;
  
• 
  – вскрытие пласта горизонтальным стволом
  

Выбор точки забуривания БС производится на основе анализа геологических, технических и технологических данных, полученных в процессе бурения основного ствола скважины.

• 
  случае необходимости осуществляются дополнительные инклинометрические измерения и геофизические исследования. На основании
  

полученной при этом информации уточняются координаты точки и параметры участка забуривания.
Участок забуривания БС планируют в пластах, сложенных монолитными устойчивыми горными породами большой мощности. В перемежающихся по твёрдости разрезах участок забуривания располагают таким образом, чтобы забуривание произошло не меньше чем на 1...2 м от кровли или подошвы выбранного устойчивого пласта горной породы, что обеспечит сохранность ответвления в процессе бурения БС.
При забуривании с клина-отклонителя место установки последнего
выбирается в интервале с минимальной кавернозностью ствола и наличием цементного камня за обсадной колонной.
При определении длины участка забуривания следует учитывать, что интервал фрезерования обсадной колонны по всему сечению должен быть
меньше расстояния между торцами муфт обсадной трубы на рассматриваемом интервале основного ствола.
Длина окна в обсадной колонне при использовании ориентируемого клина-отклонителя колеблется в пределах 2¸5 м в зависимости от угла наклона

• 
  длины направляющей поверхности клина.
  

35

Вид профиля БС выбирается в зависимости от величины зенитного и азимутального углов и координат основного ствола в точке забуривания и проектными параметрами в точке вскрытия продуктивного пласта или в начале горизонтального участка.
При наклонном вскрытии продуктивного пласта и изменении азимута не более чем на 90° применяют профили типа а (рисунок 6.1). В случае необходимости изменения азимута более чем на 90° при наклонном, а также при горизонтальном вскрытии продуктивного пласта используют профиль типа б (рисунок 6.1).
6.2 Расчёт пространственного профиля наклонного бокового ствола

Основной ствол скважины в точке А(1) забуривания в общем случае на-клонный, поэтому в данной задаче зенитный угол и азимут в точке А(1) не рав-ны нулю (рисунок 6.2).



Рисунок 6.2 – Расчётная схема профиля наклонно направленного бокового ствола

1. 
   Профиль наклонного бокового ствола состоит из участка А(1)-С(2), при
   

бурении которого увеличивают зенитный угол и корректируют азимут с целью выведения ствола скважины в точку с заданными координатами на кровле пла-

36

ста, и тангенциального интервала С(2)-D(3). Участок А(1)-С(2) является про-странственно расположенной дугой окружности.

2. 
   Исходные данные для расчёта двухинтервального профиля БС с целью выведения ствола в точку с заданными координатами.
   

Известные параметры в точке забуривания:
- длина ствола скважины до точки забуривания – 1000 м;
- зенитный угол ствола скважины в точке забуривания (α₁) – 10 град.; - азимут ствола скважины в точке забуривания (φ₁) – 40 град.;
- координаты точки А(1) забуривания X₁ = 200 м, Y₁ = 100 м, Z₁ = 1000 м; - координаты точки D(3) вскрытия пласта боковым стволом X_D = 800 м,

• 
  радиус (R_0-1) кривизны интервала А(1)-С(2) – 573 м.
  

3. 
   Определение курсовых (направляющих) углов на точку вскрытия про-дуктивного пласта α_А, φ_А интервала корректирования (рисунок 6.1).
   

a	А= arctg	X	D	- X	1	2+ Y	- Y	2
						D	1		;	(6.1)
				(ZD- Z1)2

α_А = arctg (((800 – 200) ² + (300 – 100) ²)/(2500 – 1000) ²)^0.5 = 22,86 град.

j		= j + arctg	-( X	D- X 1)×sinj1+(YD	- Y1)×cosj1	;
	А		( X D	- X 1)×cosj1+( YD	- Y1)×sinj1
		1				(6.2)

φ_A = 40 + arctg (-600 · 0,6428 + 200 · 0,766)/(600 · 0,766 + 200 · 0,6428) =

• 
  18,5 град.
  

2. 
   Определение расстояния L_1-D от точки А(1) начала профиля до точки D(3) вскрытия продуктивного пласта.
   

L1-D =

(XD- X1)2+(YD-Y1)2+(ZD- Z1)2

;

(6.3)

L_1-D= ((800 – 200)²+ (300 – 100)²+ (2500 – 1000)²)^0.5= 1627,88м.

4. 
   Определение угла β₁ ориентации плоскости корректирования в точке А(1).
   

b1	= arctg		sin a A × sin (j A - j1 )			;		(6.4)
		sin a A	× cos a1 × cos ( j	А - j1 ) - sin a1 × cos a
					А
β1 = arctg (sin22,86 · sin(18,5 – 40))/(sin				22,86 · cos10 · cos(18,5 – 40) –

– sin 10 · cos 22,86) = -36 град. или 360 – 36 = 324 град.

5. 
   Расчёт угла γ_A-В пространственного искривления дуги А(1)-В корректи-
   

рования:

• 
  A-В⁼
  

(6.5)

= arcsin sin a

× cos a × cos

(

j

- j

- sin a × cos a

2

+ sin 2 a

× sin 2

(

j

- j

A

A

A

A

;

1

1 )

1

A

1 )

37

γ_А-В = arcsin ((sin 22,86 · cos10 · cos(18,5 – 40) –
– sin 10 · cos 22,86)² + (sin 22,86 · sin (18,5 – 40)) ²)^0.5 = 14 град.

6. 
   Расч`т угла ∆γ_А-С пространственного искривления и длины дуги А(1)-С(2).
   

cos g А-В

- 1 -

2 × R0-1

sin gА-В

Dg А-С = 2 × arctg

L1-D

;

(6.6)

2

× R0-1

- sin gА-В

L1-D

cos14 -

1 -

2×573

sin14

Dg A-C

= 2 × arctg

1627,88

=14,7

град.

×573

2

- sin14

1627,88

Длина дуги А(1)-С(2) рассчитывается по формуле (таблица 3.1):

^Dg А-С ^{× p × R} ₌ ^{14, 7 × p × 573} _{= 146 м.}




180 180

7. 
   Расчёт зенитного угла (α₂), азимута (φ₂) начала тангенциального интер-
   

вала.

a	2	= arcsin	sin2 a sin2 b +		sin a × cos g	1- 2	× cosb + sin g	1-2	× cos a 2	; (6.7)
			1	1	1		1		1

• 
  ₂ = arcsin sin² 10 × sin² - 36 + sin10 × cos14,65 × cos- 36 + sin14,65 × cos10 ² =
  

• 
  23,46 град.;
  

j 2

= j1

+ arctg

sin g 1-2 × sin b1

;

(6.8)

sin g 1-2 × cos a1 × cosb1 + sin a1 cos g1-2

j 2

= 40 + arctg

sin14, 65 × sin 36

=18,1

град.

sin14, 65

× cos10 × cos 36 + sin10 × cos14, 65

8. 
   Определение координат (X₂, Y₂, Z₂) точки С(2):
   

Е =

180

× tg

g1-2

;

(6.9)

p × g1-2

2

Е =

180

× tg

14,65

= 0,503;

p ×14,65

2

Y2= Y1+ E ×[sina1×sinj1+sina2×sinj2]× l1-2;

(6.10)

2

= 200 + 0,503×

[

sin10

× sin 40

]

×146,85 =117,34

м.

Y

+ sin 23, 46 × sin18,1

X 2= X 1+ E ×[sina1×cosj1+sina2×cosj2]× l1-2;

(6.11)

X

2

= 200 + 0,503×

[

sin10

× cos 40

]

×146,85

= 237,82 м.

+ sin 23, 46 × cos18,1

38

Z 2= Z1+ E ×[cosa1+cosa2]× l1-2;

(6.12)

Z₂=1000+0,503×[cos10+cos 23, 46]×146,85=1140, 41м.

9. 
   Длина (l_2-3) тангенциального интервала рассчитывается в соответствии
   

• 
  формулой:
  

l

2 -3

=

X

D

- X

3

2+ Y

- Y 2

+ Z

D

- Z

2

;

(6.13)

D

3

3

l2-3=300-117,342+800-237,822[phone], 42

=1482,5 м.

• 
  таблице 6.1 приведены результаты расчёта пространственного профиля бокового ствола по программе «Наклонно направленное бурение».
  

Таблица 6.1 – Параметры двухинтервального профиля наклонно направ-ленного бокового ствола в координатах Восток-Север

N,	Длина	Восток	Север		Глубина	Смещение,	Азимут	Зенит-	Азимут,
	ствола,						смещения,	ный угол,
п/п		Y,м	X,м		Z,м	м			град.
	м						град.	град.
					Дуга окружности
1	1000	100,00	200,00		1000,00	223,6	26,6	10,00	40,00
2	1020	102,25	203,00		1019,64	227,3	26,7	11,67	34,17
3	1040	104,55	206,70		1039,16	231,6	26,8	13,44	29,81
4	1060	106,87	211,07		1058,54	236,6	26,9	15,26	26,47
5	1080	109,24	216,12		1077,75	242,2	26,8	17,12	23,82
6	1100	111,63	221,84		1096,76	248,3	26,7	19,01	21,69
7	1120	114,05	228,22		1115,56	255,1	26,6	20,91	19,93
8	1140	116,49	235,26		1134,12	262,5	26,3	22,84	18,45
9	1146	117,34	237,82		1140,41	265,2	26,3	23,5	18,00
				Тангенциальный интервал
10	1196,85	123,5	256,78		1186,27	284,9	25,7
11	1296,85	135,82	294,70		1277,97	324,5	24,7
12	1396,85	148,14	332,62		1369,68	364,1	24,0
13	1496,85	160,46	370,54		1461,39	403,8	23,4
14	1596,85	172,78	408,46		1553,09	443,5	22,9
15	1696,85	185,10	446,38		1644,80	483,2	22,6
16	1796,85	197,42	484,30		1736,51	523,0	22,2
17	1896,85	209,75	522,22		1828,22	562,8	21,9
18	1996,85	222,07	560,14		1919,92	602,6	21,6
19	2096,85	234,39	598,06		2011,63	642,4	21,4
20	2196,85	246,71	635,98		2103,34	682,2	21,2
21	2296,85	259,03	673,90		2195,04	722,0	21,0
22	2396,85	271,35	711,82		2286,75	761,8	20,9
23	2496,85	283,67	749,74		2378,46	801,6	20,7
24	2596,85	295,99	787,66		2470,17	841,4	20,6
25	2629,30	300,00	800,00		2500,00	854,4	20,6

39
При расчёте использованы следующие исходные данные:
параметры ствола в точке А(1) (рисунок 6.1):

• 
  длина ствола – 1000 м;
  

• 
  зенитный угол – 10°;
  

• 
  азимут – 40°;
  

• 
  координаты точки А(1): Y_А(1) = 100 м, X_А(1) = 200 м, Z_А(1) = 1000 м;
  

• 
  радиус кривизны интервала А(1)-С(2) – 573 м;
  

• 
  координаты точки D(1): Y_D(1) = 300 м, X_D(1) = 800 м, Z_D(1) = 2500 м.
  

Расчётный угол (β₁) ориентации искривления равен 324°.
Угол пространственного искривления ствола в интервале от 1000 до
1146 м равен 14,7°.

Библиографический список

1. Бурение наклонных, горизонтальных и многозабойных скважин / А. С. Повалихин, А. Г. Калинин, С. Н. Бастриков, К. М. Солодкий; под общ. ред. доктора технических наук, профессора А. Г. Калинина. – М. : Изд. Центр-ЛитНефтеГаз, 2011. – 647 с.

2. 
   Профили направленных скважин и компоновки низа бурильных колонн /
   

А. Г. Калинин, Б. А. Никитин, К. М. Солодкий, А. С. Повалихин. - М. : Недра, 1995. – 305 с.

3. 
   Калинин, А. Г. Естественное и искусственное искривление скважин / А. Г. Калинин, В. В. Кульчицкий. – М. ; Ижевск, 2006. – 640 с.
   

40