Самостоятельное изучение материала. Расчет профиля. Расчёт проектного профиля направленных и горизонтальных скважин

• Название: Расчёт проектного профиля направленных и горизонтальных скважин
• Анкор: Самостоятельное изучение материала
• Дата: 26.11.2022
• Размер: 1.1 Mb.
• Имя файла: Расчет профиля.docx
• Тип: Методические указания; #813258
• страница: 1 из 7

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ухтинский государственный технический университет» (УГТУ)

РАСЧЁТ ПРОЕКТНОГО ПРОФИЛЯ НАПРАВЛЕННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН


Методические указания

Ухта, УГТУ, 2014

УДК 622.243.2(075.8)
ББК 33.131 я7

• 
  69
  

Близнюков, В. Ю.

• 
  Расчёт проектного профиля направленных и горизонтальных скважин [Текст] : метод. указания / В. Ю. Близнюков, А. С. Повалихин, С. А. Кейн. –
  

Ухта : УГТУ, 2014. – 40 с., ил.

Методические указания предназначены для изучения дисциплин «Бурение го-ризонтальных скважин» и «Технология бурения нефтяных и газовых скважин». Со-держание указаний полностью соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту по подготовке магистров направления 131000 – Нефтега-зовое дело.
Методические указания также предназначены работникам нефтяной и газовой промышленности, аспирантам и студентам нефтегазовых вузов.
В методических указаниях изложена методика расчёта различных видов про-филя наклонных и горизонтальных скважин. Представлены основные положения рас-чёта пространственного профиля горизонтальных скважин и боковых стволов. Приведены примеры расчёта типовых видов профиля наклонных и горизонтальных скважин.
УДК 622.243.2(075.8)
ББК 33.131 я7
Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры бурения 10.01.2014, протокол №01.

Рецензент: В. В. Дуркин, начальник лаборатории буровых материалов, промывки и заканчивания скважин Регионального отдела технологий строительства скважин фи-лиала ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в г. Ухта, доцент, к.т.н. Корректор: К. В. Коптяева.
Технический редактор: Л. П. Коровкина.

План 2014 г., позиция 378.
Подписано в печать 30.04.2014. Компьютерный набор.
Объем 40 с. Тираж 100 экз. Заказ №284.

© Ухтинский государственный технический университет, 2014
169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Первомайская, д. 13.
Типография УГТУ.
169300, Республика Коми, г. Ухта, ул. Октябрьская, д. 13.

		Оглавление
1. Основные понятия, термины и определения....................................................			4
2. Основные положения..........................................................................................			5
3. Виды проектного профиля наклонных скважин..............................................			7
3.1	Общие положения.......................................................................................		7
3.2	Область применения и выбор профиля наклонных скважин.................		9
3.3	Расчёт параметров проектного профиля наклонных скважин.............		10
	3.3.1	Расчёт тангенциального профиля наклонной скважины..............	11
	3.3.2	Расчёт S-образного профиля наклонной скважины ......................	14
	3.3.3	Расчёт J-образного профиля наклонной скважины.......................	16
4. Виды проектного профиля горизонтальных скважин...................................			19
4.1	Профиль направляющей части горизонтальных скважин....................		19
4.2	Формы горизонтального участка в продуктивном пласте....................		22
4.3	Выбор направления бурения и расположения
горизонтального участка скважины в продуктивном пласте ...........................			23
4.4	Расчёт горизонтального участка скважины ...........................................		24
	4.4.1	Расчёт участка Т1-Т2 горизонтального ствола................................	24
	4.4.2	Расчёт наклонно прямолинейного горизонтального участка.......	25
	4.4.3	Расчёт криволинейного горизонтального участка ........................	25
4.5	Выбор профиля горизонтальной скважины ...........................................		26
4.6	Расчёт направляющей части типового профиля
горизонтальной скважины....................................................................................			27

5. 
   Принципы расчёта пространственного профиля
   

горизонтальных скважин 31
6. Профиль боковых стволов скважин 34
6.1 Общие положения 34
6.2 Расчёт пространственного профиля наклонного бокового ствола 36
Библиографический список 40

3

1. 
   Основные понятия, термины и определения
   

Скважина – горная выработка, образуемая в результате бурения, с распо-ложенными в ней обсадными колоннами и внутрискважинным технологическим (эксплуатационным) оборудованием.
Забой скважины – дно скважины, углубляемое в результате воздействия породоразрушающего инструмента на горную породу.
Ствол скважины – пространство в массиве горных пород от устья до за-боя, образованное породоразрушающим инструментом в процессе бурения.
Устье скважины – начало скважины, расположенное на земной по-верхности.
Стенка ствола скважины – боковая поверхность ствола скважины. Основной ствол скважины – ствол скважины, из которого забуривается
один или несколько боковых стволов (ответвлений).
Проектный профиль скважины – запланированная траектория бурения, состоящая из сопряжённых прямолинейных и искривлённых участков.
Вертикальная скважина – скважина, у которой устье и центр круга до-пуска расположены на вертикальной прямой.
Наклонная скважина – зенитный угол вскрытия продуктивного пласта менее 60°.
Пологая скважина – зенитный угол вскрытия пласта составляет 60°÷70°. Горизонтальная скважина – вскрывает продуктивный пласт в продольном

направлении с зенитным углом более 70°.
Боковой ствол – это ответвление от основного ствола скважины с началом в точке забуривания.
Пилотный ствол – часть основного ствола скважины, необходимая для проведения геофизических исследований, после проведения которых ликвидиру-ется путём установки отсекающего цементного моста.
Плоский профиль – профиль наклонной, горизонтальной скважины или бокового ствола с постоянным азимутом.
Пространственный профиль – профиль наклонной, горизонтальной скважины или бокового ствола с изменяемым азимутом.
Зенитный угол ствола скважины – угол между касательной к оси сква-жины и вертикалью в точке замера.
Азимут ствола скважины – угол в горизонтальной плоскости между на-правлением, принятым за начало отсчёта (Север), и проекцией на горизонталь-ную плоскость касательной к оси скважины в точке замера.

4

2. 
   Основные положения
   

Профиль ствола наклонной и горизонтальной скважины включает верти-кальный участок, участок начального искривления, сопряжённые между собой тангенциальные и искривлённые интервалы.

Профиль скважин характеризуется коэффициентом (К_ОТ) отклонения:

К_ОТ= А/Н,

где А –проектное смещение ствола от вертикали,проходящей через устье;

• 
  - проектная глубина скважины по вертикали.
  

Верхняя точка интервала начального искривления ствола скважины назы-вается точкой забуривания наклонного ствола.
Кривизна отдельного участка пространственного проектного профиля скважины характеризуется зенитным углом α и азимутом φ в двух крайних точках данного участка.
Отдельный искривлённый участок проектного профиля имеет постоянную кривизну и расположен в одной плоскости, т. е. является дугой окружности.
Поскольку одни геометрические параметры характеризуют профиль скважины в отдельных точках, а другие – интервал, то принимается следующая система обозначений принадлежности параметра к точке или интервалу.
Каждой точке профиля скважины присваивается порядковый номер в направлении увеличения глубины скважины. Рядом с буквенным обозначением параметра, характеризующего точку профиля скважины, указывается цифра, соответствующая порядковому номеру точки, а после буквенного обозначения параметра, относящегося к интервалу профиля скважины, в индексе записываются две разделённые тире цифры, обозначающие крайние точки интервала, например П_1-2 = П₂ – П₁.
Некоторые параметры могут принимать положительное и отрицательное значение, поэтому установленная очерёдность символов должна соблюдаться.
Углы обозначаются буквами греческого алфавита, линейные величины – латинскими, а индексы – цифрами и русскими буквами.
Все углы измеряются в градусах (радианах), линейные величины – в метрах, а интенсивность искривления – в градусах на 10 м длины ствола скважины.
Зенитный угол ствола скважины равен углу между касательной к оси скважины и вертикальной прямой в данной точке.

5

Геометрическими параметрами, характеризующими участок профиля скважины между точками 1 и 2 (рисунок 2.1), являются:

• 
  изменение зенитного угла (α_1-2);
  
• 
  изменение азимута (φ_1-2);
  

• 
  угол пространственного искривления (γ_1-2), равный углу поворота касательной на участке;
  

• 
  радиус кривизны (R) участка профиля скважины, м;
  

• 
  интенсивность искривления (I), равная приращению угла пространственного искривления на интервале ствола; интенсивность искривления в градусах на 10 метров проходки определяется по формуле:
  

9. 
   = ⁵⁷³;
   

R

• 
  длина участка (L_1-2) ствола скважины.
  

Рисунок 2.1 – Геометрическое изображение участка профиля ствола
скважины и его параметров a, b, j, g

• 
  параметрам, характеризующим пространственное положение каждой точки профиля скважины, кроме зенитного угла и азимута, относятся:
  

- суммарный угол (γ) пространственного искривления или суммарный угол охвата (поворота касательной) по всей длине профиля скважины до рассматриваемой точки;
- азимут (φ) радиуса кривизны, т. е. азимут горизонтальной проекции
радиуса кривизны в направлении к центру кривизны участка профиля
скважины;
- X_i, Y_i, Z_i – пространственные координаты i-ой точки профиля скважины;

6

• 
  радиус-вектор (R_Г) горизонтального смещения точки профиля скважины
  

• 
  плане;
  

• 
  полярные координаты (L_r, φ_r) точек профиля скважины в плане,
  

смещение горизонтальной проекции точки профиля от центра и азимут смещения соответственно;

• 
  угол (β) ориентации искривления (приведённый азимут радиуса кривиз-ны) – это угол между апсидальной (вертикальной) плоскостью и плоскостью искривления участка профиля скважины. Отсчитывается в нормальной плоско-сти (перпендикулярной к касательной плоскости) по направлению движения часовой стрелки от верхней до главной нормали. Этот угол характеризует ори-ентацию плоскости, в которой расположен забойный двигатель-отклонитель в процессе бурения.
  

Апсидальной плоскостью является вертикальная плоскость, проходящая через касательную к траектории скважины в данной точке.
Кривизна отдельного участка пространственного проектного профиля скважины характеризуется зенитным углом α и азимутом φ в двух крайних точ-ках данного участка. Ось ствола скважины между данными точками является ду-гой окружности и расположена в одной плоскости.

3. 
   Виды проектного профиля наклонных скважин 3.1 Общие положения
   

Проектный профиль ствола наклонной скважины включает вертикальный участок, участок начального искривления и сопряжённые между собой танген-циальные и искривлённые интервалы.
Профиль наклонной скважины определяют три его точки (рисунок 3.1):

• 
  устье скважины;
  

• 
  точка вскрытия продуктивного пласта;
  

• 
  конечный забой скважины.
  

Основными параметрами профиля скважины являются:

• 
  глубина скважины, H;
  

• 
  длина ствола, Σl_i, – сумма длин всех участков скважины;
  

• 
  смещение от вертикали, А;
  

• 
  количество участков, i;
  

• 
  длина вертикального участка, H_B;
  
• 
  интенсивность искривления участков, I_i;
  
• 
  радиус кривизны участков, R_i;
  
• 
  угол вскрытия продуктивного пласта, α₂.
  

7



Рисунок 3.1 – Проектный профиль наклонно направленной скважины:

R₁, R₂–радиусы кривизны участков профиля;

α₁, α₂ – зенитные углы по концам искривлённых участков профиля

По форме завершающего интервала все профили наклонно направленной скважины разделяются на три типа (рисунок 3.2):

• 
  S-образный;
  

• 
  J-образный;
  

• 
  тангенциальный.
  

Проектирование профиля скважины заключается в выборе типа и вида профиля, а также в определении необходимого для его расчёта комплекса параметров, включающего:

• 
  проектные значения глубины и смещения ствола скважины от вертикали;
  

• 
  длину вертикального участка;
  

• 
  значения предельных радиусов кривизны и зенитных углов ствола скважи-
  

ны в интервале установки и работы внутрискважинного эксплуатационного оборудования и на проектной глубине.

8



а) б) в)
Рисунок 3.2 – Типы профиля наклонно направленных скважин:

• 
  – тангенциальный; б – S-образный; в – J-образный;
  
• 
  – проектная глубина; А – проектное смещение; Н_В – длина вертикального участка; R₁–радиус кривизны участка начального искривления;a₁–зенитный угол в концеучастка начального искривления; L – длина тангенциального участка; R₂, R₃ – радиус кривизны второго и третьего участков профиля соответственно; a₂, a₃ – зенитный угол в конце третьего участка профиля и на проектной глубине соответственно