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: 5 из 7

4.2 Формы горизонтального участка в продуктивном пласте

Основные элементы профиля горизонтального участка профиля скважины (рисунок 4.2):

• 
  Т₁–точка вскрытия продуктивного пласта;
  
• 
  Т₁-Т₂–участок увеличения зенитного угла;
  
• 
  Т₃–проектный забой горизонтального участка;
  
• 
  Т₁-Т₃–длина горизонтального участка.
  

Рисунок 4.2 – Основные элементы горизонтального участка скважины

22

4.3 Выбор направления бурения и расположения горизонтального участка скважины в продуктивном пласте

• 
  однородном пласте большой мощности без подстилающей воды и газовой шапки с высокой вертикальной проницаемостью целесообразно
  

вписывание горизонтального участка в среднюю по толщине часть пласта по траектории, параллельной кровле или подошве пласта. Рекомендуемые
варианты расположения горизонтального участка в зависимости от свойств продуктивного пласта приведены на рисунке 4.3.



Рисунок 4.3 – Схемы вскрытия пластов горизонтальным стволом
23

4.4 Расчёт горизонтального участка скважины

Цель строительства горизонтальной скважины заключается в продольном вскрытии продуктивной части нефтяного или газового пласта, поэтому форма горизонтального участка должна соответствовать геометрии той части пласта, где планируется его проводка. При этом горизонтальный участок должен располагаться вдоль продуктивной части пласта и не выходить за границы его нефте- или газосодержащей области.
Основными параметрами, определяющими положение и геометрию горизонтального участка, являются:

α_ВСКР – зенитный угол ствола в точке Т₁ (угол вскрытия кровли продуктивного пласта), град.;

• 
  – зенитный угол ствола в точке Т₂ горизонтального участка или
  

направляющий угол, град.;
S_П–протяжённость участкаТ₂-Т₃по пласту,т.е.длина проекции участкаТ₂-Т₃на касательную к началу горизонтального участка,м;
a_Г – зенитный угол в точке Т₃ горизонтального участка, град.; L_Г–длина участкаТ₂-Т₃,м;
Т_В, Т_Н–предельное смещение горизонтального участка в поперечномнаправлении, вверх и вниз соответственно, м;
R_Г–радиус кривизны выпуклого(вогнутого)участкаТ₂-Т₃,м.
Ниже рассматривается случай вскрытия горизонтально-залегающего пласта. Расчёт параметров горизонтального участка для вскрытия наклонно залегающего продуктивного пласта производится аналогично. При этом следует учитывать, что вертикальная проекция горизонтального участка в восстающем пласте будет иметь отрицательный знак.
Во всех случаях выпуклый (вогнутый) горизонтальный участок является частью дуги окружности.
4.4.1 Расчёт участка Т₁-Т₂горизонтального ствола

Угол α_ВСКР вскрытия кровли продуктивного пласта зависит от зенитного угла α в начале горизонтального участка Т₂-Т₃ профиля, радиуса R кривизны участка Т₁-Т₂ ствола скважины и расстояния Т_В от кровли пласта то точки Т₂ и рассчитывается по формуле:

a ВСКР	= a - arсcos	R -TB	.	(4.1)
		R
	24

Длина l участка Т₁-Т₂ увеличения зенитного угла профиля от точки вскрытия пласта до Т₂ определяется по формуле:

l =	(a	- aВСКР)× p × R
			,	(4.2)
		180

где α_ВСКР – зенитный угол вскрытия продуктивного пласта, град.;

• 
  – зенитный угол в начале горизонтального участка профиля, град.; R –радиус кривизны участкаТ₁-Т₂,м.
  

4.4.2 Расчёт наклонно прямолинейного горизонтального участка

Расчётная схема наклонно прямолинейного горизонтального участка представлена на рисунке 4.4.




Рисунок 4.4 – Расчётная схема прямолинейного горизонтального участка
Величина зенитного угла α горизонтального ствола в точке Т₂ определяется по формуле:

a = 90 - arctg	ТН	.	(4.3)
	SП

Длина L участка Т₂-Т₃ горизонтального ствола равна:

L =

SП2+ TН2

.

(4.4)

Общая длина LГ горизонтального ствола равна:
LГ= l + L.

4.4.3 Расчёт криволинейного горизонтального участка

Выпуклый (вогнутый) горизонтальный участок является частью дуги окружности (рисунок 4.5 а, б).
Исходные данные для расчёта искривлённого горизонтального участка:
^SП^,ТН(В)^.
25

Радиус R_Г кривизны горизонтального участка:

R =	S 2	+ T 2
	П	Н (В)	.	(4.5)
Г	2	×ТН(В)

Зенитный угол α_Г в конце выпуклого горизонтального участка:

a Г	= a - arcsin	SП	.	(4.6)
		RГ

а)



б)
Рисунок 4.5 – Расчётная схема искривлённого горизонтального участка:

• 
  – выпуклого; б – вогнутого
  

Зенитный угол α_Г в конце вогнутого горизонтального участка:

a Г

= a + arcsin

SП

.

(4.7)

RГ

Длина L участка Т2-Т3:

L =

p × RГ×

a - a Г

.

(4.8)

180

Общая длина L_Г горизонтального ствола равна: L_Г = l + L.

4.5 Выбор профиля горизонтальной скважины

При проектировании горизонтальных скважин используются преимущественно профили с большим и средним радиусами кривизны, а также комбинированный профиль.
Скважины с горизонтальным участком длиной свыше 500 м проектируются в целях снижения сил сопротивления при перемещении бурового инструмента в
26

скважине, а также создания достаточной нагрузки на долото только с большим радиусом кривизны. При этом используются преимущественно профили вида 3 и 4 (рисунок 4.6).



Рисунок 4.6 – Основные виды профиля горизонтальной скважины

4.6 Расчёт направляющей части типового профиля
горизонтальной скважины

Назначение направляющей части профиля горизонтальной скважины за-ключается в выведении ствола под определённым углом и азимутом в точку продуктивного пласта с заданными координатами.
Поэтому при расчёте направляющей части профиля горизонтальной скважины, кроме проектной глубины и смещения ствола скважины от вертика-ли, необходимо задавать величину зенитного угла на проектной глубине. Кроме того, задаётся величина радиуса кривизны участка увеличения зенитного угла скважины.


27

На рисунке 4.7 представлен проектный профиль горизонтальной скважи-ны, включающий вертикальный участок, участок начального искривления, тан-генциальный (прямолинейно-наклонный) участок, участок увеличения зенитного угла и горизонтальный ствол.



Рисунок 5.7 – Схема 5-ти интервального профиля горизонтальной скважины

• 
  случае отсутствия тангенциального участка при проектировании про-филя горизонтальной скважины он исключается из расчёта.
  

При расчёте проектных параметров направляющей части профиля горизон-тальной скважины приняты следующие условные обозначения (рисунок 4.7):
Н –проектная глубина направляющей части профиля горизонтальнойскважины (глубина кровли продуктивного пласта), м;
А –проектное смещение направляющей части горизонтальной скважинына проектной глубине (смещение по вертикали точки вскрытия пласта от устья скважины), м;

a_ВСКР – зенитный угол вскрытия пласта на проектной глубине, град.;
28

Н_В–длина вертикального участка,м;L –длина тангенциального участка,м;
Исходные данные для расчёта: Н, А, a_ВСКР, a₁, R₁, R₃.

• 
  _в= Н -R₁×sina₁-R₃×W₁-L×cosa₁;
  

_L= A -(1-cosa₁)× R₁- R₃×V_{1 ,}




sin a₁

где V₁=cosa₁-cosa_ВСКР; W₁=sina_ВСКР-sina₁.


(4.9)
(4.10)

Пример расчёта профиля горизонтальной скважины.
Исходные данные:

• 
  мощность продуктивного пласта h = 35 м;
  

• 
  продуктивный пласт представлен чередованием слоёв песчаника и глины;
  

• 
  продуктивный пласт предполагается вскрыть наклонным стволом на ин-тервале S_П = 499 м;
  

• 
  глубина спуска направления – 30 м;
  

• 
  глубина спуска кондуктора – 450 м;
  

• 
  глубина спуска эксплуатационной колонны – 2280 м;
  

• 
  проектная глубина до кровли пласта Н = 2280 м;
  

• 
  проектное смещение на кровле пласта А = 900 м;
  

• 
  радиус кривизны участка начального искривления R₁ = 382 м;
  
• 
  радиус кривизны участка уменьшения зенитного угла R₃ = 382 м;
  
• 
  зенитный угол в конце участка начального искривления α₁ = 25°.
  

Расчёт параметров проектного профиля горизонтальной скважины произ-водится в следующей последовательности.

1. 
   Расчёт величины угла α_ВСКР вскрытия кровли продуктивного пласта (рисунок 4.8) при условии, что толщина пласта h = 35 м и S_П = 499 м:
   

a ВСКР	= 90 - arctg	h	= 90 - arctg	35	= 86 град.
		SП
			499

После расчёта величины угла α_ВСКР вскрытия пласта определяются неиз-вестные параметры направляющей части горизонтальной скважины по форму-лам 4.9 и 4.10:
V₁=cos 25-cos86=0,83655;
W₁=sin 86-sin 25=0,57494;

12. 
    ₌ 900 - (1 - cos 25 )× 382 - 382 × 0,83655 _{=1288, 7 м;} sin 25
    

Н_в=2280-382×sin 25-382×0,57494-1288,7×cos 25=730,9 м.


29

Рисунок 4.8 – Схема вскрытия продуктивного пласта горизонтальным стволом

По формулам таблицы 3.1 рассчитывается длина эксплуатационного уча-стка профиля, а также его вертикальная и горизонтальная проекции.
Параметры проектного профиля заносятся в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 – Параметры проектного профиля горизонтальной скважины с проектным смещением ствола на кровле пласта 900 м

	Глубина,	Длина	Длина	Смеще-	Зенитный	Интен-
Вид участка		ствола,	интервала,	ние,	угол,	сивность,
	м
		м	м	м	град.	°/10 м
Вертикальный	30,0	30,0	30,0	0,0	0,0	0,0
(направление)
Вертикальный	450,0	450,0	420,0	0,0	0,0	0,0
(кондуктор)
Вертикальный	730,9	730,9	280,9	0,0	0,0	0,0
Начального	892,3	897,6	166,7	35,8	25,0	1,5
искривления
Тангенциальный
(промежуточная	950,0	961,2	63,6	62,7	25,0	0,0
колонна)
Тангенциальный	2060,4	2186,4	1225,1	580,5	25,0	0,0
Увеличения
зенитного угла	2280,0	2593,0	406,7	900,0	86,0	1,5
(эксплуатационная
колонна)
Горизонтальный	2314,9	3093,0	500,0	1398,8	86,0	0,0
(хвостовик)

Пятиинтервальный профиль горизонтальной скважины с проектным смещением 900 м приведён на рисунке 4.9.


30



Рисунок 4.9 – Пятиинтервальный профиль горизонтальной скважины