Эксперт по сдаче вступительных испытаний в ВУЗах
Практическая работа №2
Проектирование профилей дополнительных стволов
Профиль ствола скважины должен удовлетворять следующим основным требованиям. — проектный профиль должен быть выполнен имеющимся оборудованием; — участок забуривания нового ствола выбирается в устойчивой части разреза и должен осуществляться на 30-50 м выше кровли или на 10-20 м ниже подошвы неустойчивых пород; — интенсивность искривления ствола скважины выбирается такой, при которой обеспечиваются минимально возможные сопротивления при спускоподъемных операциях в процессе бурения, что способствует меньшей вероятности желобообразований и осложнений; — возможность вращения бурильной колонны в процессе бурения с сохранением ее прочностных характеристик; — осуществление спуска колонны или «хвостовика» за один прием, а цементирования, в зависимости от условий, в один или несколько приемов; — сохранение герметичности резьбовых соединений обсадной колонны в процессе спуска и длительной эксплуатации. — достижение заданного смещения точки входа в продуктивный пласт и прохождение ствола скважины под заданным углом в продуктивном пласте. — предусматривать возможность проведения исправительных работ.
Целью проектирования профиля ствола восстанавливаемой скважины является выбор его типа, расчет и построение траектории оси ствола — Типы профилей дополнительных стволов можно разделить на две группы: плоскостные и пространственные. Наиболее распространенными типами профилей дополнительных стволов являются профили плоскостного типа (рис. 2.1). Выбор типа профиля ствола для восстановления конкретной скважины зависит от геолого-технических условий бурения, от способа вскрытия продуктивного горизонта (горизонтальным, наклонным или вертикальным стволом), от расположения предполагаемой точки входа в продуктивный пласт относительно восстанавливаемой скважины и т.д. Основное отличие профилей дополнительных стволов от профилей наклонно-направленных или горизонтальных скважин состоит в том, что дополнительный ствол обычно начинается с участка зарезки с некоторым начальным зенитным углом 1. В частном случае 1=0. Величина зенитного угла 1 зависит от параметров кривизны восстанавливаемой скважины на глубине зарезки и от азимута направления дополнительного ствола. Схема расчета дополнительного ствола отличается от расчета профилей наклонных и горизонтальных скважин. Рекомендуется применять в основном пять типов профилей дополнительных стволов, каждому из которых присвоен условный
номер. Предполагается, что зарезка ствола начинается с набора зенитного угла 1. Профиль дополнительного ствола 1 типа (см. рис. 2.1) состоит из двух участков: набора зенитного угла от заданного значения 1 до значения 2 с постоянным радиусом кривизны R2 и участка Sn в продуктивном пласте. Профиль дополнительного ствола 2 типа (см. рис. 2.1) состоит из трех участков: набора зенитного угла от заданного значения 1 до значения 2 с постоянным радиусом кривизны R2, набором зенитного угла до значения 3 с постоянным радиусом кривизны R3 и участка Sn.
Рис. 2.1. Схема типовых профилей дополнительных стволов скважины Условные обозначения: Н — глубина дополнительного ствола скважины по вертикали от устья до точки К в продуктивном пласте, м; Н1 — глубина скважины по вертикали от устья до точки зарезки дополнительного ствола скважины, м; 1 — зенитный угол скважины в точке зарезки в плоскости дополнительного ствола, град; 2 — зенитный угол скважины в конце участка зарезки дополнительного ствола, град; 3 — зенитный угол скважины в точке К, град; R2, R3 — радиусы кривизны участка зарезки и участка изменения зенитного угла соответственно, м; L — длина прямолинейно-наклонного участка, м; А — смещение дополнительного ствола скважины (горизонтальная проекция от точки зарезки до точки К), м; Sn — участок ствола скважины в продуктивном пласте (интенсивность искривления I данного участка задается исходя из геологических условий залегания продуктивного пласта) Профиль дополнительного ствола 3 типа (см. рис. 2.1) состоит из четырех участков: набора зенитного угла от заданного значения 1 до
значения 2 с постоянным радиусом кривизны R2, прямолинейно-наклонного участка L, набора зенитного угла до значения 3 с постоянным радиусом кривизны R3 и участка Sn. Профиль дополнительного ствола 4 типа (см. рис. 2.1) состоит из трех участков: набора зенитного угла от заданного значения 1 до значения 2 с постоянным радиусом кривизны R2, прямолинейно-наклонного участка L и участка Sn. Профиль дополнительного ствола 5 типа (см. рис. 2.1) состоит из четырех участков: набора зенитного угла от заданного значения 1 до значения 2 с постоянным радиусом кривизны R2, прямолинейно-наклонного участка L, уменьшения зенитного угла до значения 3 с постоянным радиусом кривизны R3 и участка Sn. Участок Sn, который присутствует в каждом из типов профилей дополнительных стволов, располагается в продуктивном пласте. Форма участка Sn может быть криволинейной или прямолинейной в зависимости от решаемой задачи. Расчет плоскостных профилей дополнительных стволов сводится к определению проекций и длин участков профиля, зенитного угла и интенсивности (радиуса) искривления каждого из участков, а также к определению длины дополнительного ствола (табл. 2.1). Таблица 2.1 Основные формулы для расчета каждого из типов профилей дополнительных стволов № типа профиля бокового ствола Формулы 1 Н — Н1 — R2 (sin 2 — sin 1) = 0 А — R2 (cos 1 — cos 2) = 0 2 Н — Н1 — R2 (sin 2 — sin 1) — R3 (sin 3 — sin 2) = 0 А — R2 (cos 1 — cos 2) — R3 (cos 2 — cos 3) = 0 3 Н — Н1 — R2 (sin 2 — sin 1) — R3 (sin 3 — sin 2) — L cos 2 = 0 А — R2 (cos 1 — cos 2) — R3 (cos 2 — cos 3) — L sin 2 = 0 4 Н — Н1 — R2 (sin 2 — sin 1) — L cos 2 = 0 А — R2 (cos 1 — cos 2) — L sin 2 = 0 5 Н — Н1 — R2 (sin 2 — sin 1) + R3 (sin 3 — sin 2) — L cos 2 = 0 А — R2 (cos 1 — cos 2) + R3 (cos 2 — cos 3) — L sin 2 = 0 Для расчета профилей дополнительных стволов необходимы следующие исходные данные (табл. 2).
Таблица 2.2 Исходные данные и определяемые параметры профилей дополнительных стволов № типа профиля дополнительного ствола Исходные данные Определяемые параметры 1 H, H1, A, 1 2, R2 2 H, H1, R2, A, 1, 2 3, R3 3, 5 H, H1, A, 1, 2, L 3, R3 4 H, H1, A, 1, L 2, R2 При расчете профилей дополнительных стволов возможны другие сочетания исходных данных и определяемых параметров в зависимости от поставленной задачи. Если определяемыми параметрами для 1 типа профиля дополнительного ствола являются 2 и А, то исходными данными являются H, H1, R2, 1 и т.д. Фактором, влияющим на эффективность строительства восстанавливаемых скважин и последующую добычу, является форма траектории ствола в пределах продуктивного пласта. На рис. 2.2 приведены схемы двух наиболее распространенных типов завершающего участка профилей.
Рис. 2.2. Проектный профиль ствола горизонтальной скважины в пределах продуктивного пласта: а — четырехинтервальный профиль; б — трехинтервальный профиль
Первый тип — четырехинтервальный (см. рис. 2.2, а), включает: — интервал набора кривизны (обозначен линией АВ) длиной l1 по стволу и h1 по вертикали. На этом интервале зенитный угол кр на глубине кровли продуктивного пласта увеличивается до г = 90° в середине пласта. Проекция ствола на горизонтальную плоскость (отклонение от вертикали на интервале) — a1; — интервал стабилизации кривизны (ВС), длина интервала l2 = a2; — второй интервал набора кривизны (CD), зенитный угол г = 90° + . Значение определяется в зависимости от остальных параметров искривления данного интервала — l3, a3; h3 = h1 — 1; — интервал спада кривизны (DE), зенитный угол max уменьшается до mjn. Параметры профиля l4, a4, h4 = hпл — (1 + 2) определяются расчетным путем в зависимости от общей протяженности горизонтального ствола, толщины пласта и т.д. 1, 2 — расстояния от кровли и подошвы пласта до крайней верхней и нижней точек нахождения ствола скважины соответственно. Значения 1 и 2 могут быть приняты: 1 = 0,2hпл; 2 = 0,1hпл. Величина Lг = l1 + l2 + l3 + l4, а длина проекции ствола скважины на горизонталь Аг = a1 + а2 + а3 + a4. Ввиду больших значений в пределах пласта с достаточной точностью можно принять Аг = Lг. Второй тип — трехинтервальный (см. рис. 2.2, б) отличается от первого отсутствием второго участка набора кривизны. Независимо от типа профиля на эффективность применения горизонтальных скважин влияет соотношение длин различных участков траектории ствола в пределах продуктивного пласта. Длина интервала набора кривизны l1 должна быть меньше длины интервала спада кривизны l3, в то же время основная часть длины ствола в пласте l2 от общей величины Lг должна проходить в середине пласта. Рекомендуемые соотношения длин для трехинтервального профиля могут быть следующими: l1 0,2Lг; l2 0,5Lг; l3 0,3Lг. (2.1) Параметры профиля горизонтального ствола на первом участке набора кривизны (интервал бурения от точки А до точки В) (см. рис. 2.2, а): h1 = R1 (sin 90° — sin кр) = R1 (1 — sin кр); (2.2) а1 = R1 (cos кр — cos 90°) = R1 cos кр; (2.3) l1 = 0,01745 R1 (90 — кр). (2.4) При известных значениях h1 и R1 предварительно определяется кр: кp = arcsin (1 — h1/R1), (2.5) где h1 = 0,5hпл;
R1 — задается с учетом прогнозируемых результатов работы по набору кривизны принятой отклоняющей компоновки низа бурильной колонны. Параметры профиля горизонтального ствола на втором участке набора кривизны (интервал бурения от точки С до точки D) — от середины пласта до расстояния 1 от кровли пласта (см. рис. 2.2, а): Н3 = R2 (sin 90° — sin max) = R2 (1 — cos ); (2.6) 3 = R2 (cos 90° — cos max) = R2 sin ; (2.7) l3 = 0,01745R2(max — 90°). (2.8) Так как max > 90°, то sin max = sin (90° + ) = cos ; cos max = cos (90° + ) = -sin . (2.9) Для расчета параметров профиля задаются либо величиной R2, используемой для известной КНБК, и определяют , либо, наоборот, задаются величиной и находят R2: R2 = h3/(1 — cos ); (2.10) = arcсоs [(R2 — h3)/R2]. (2.11), Расчетные формулы для определения параметров профиля горизонтального ствола на участке спада кривизны (интервал бурения от точки D до точки E) (см. рис. 2.2, а). Расчетные формулы имеют различный вид в зависимости от величины ср, радиуса искривления на участке спада кривизны R3, значений максимального зенитного угла — начального max и конечного минимального значения min. Варианты расчетных формул следующие: при cp = (max + min)/2 > 90° и min < 90° h4 = R3 (sin min — sin max) = R3(sin min — cos ), (2.12) где sin max = sin (90° + ) = cos ; a4 = R3 (cos min — cos max) = R3 (cos min + sin ), (2.13) где cos max = cos (90° + ) = — sin ; при cp < 90° и min < 90° h4 = R3 (sin max — sin min) = R3 (cos — sin min), (2.14) где sin max = cos ; a4 = R3 (cos min — cos max) = R3 (cos min + sin ), (2.15) Для обоих вариантов длина ствола
l4 = 0,01745R3 (max — min). (2.16) Заданными могут быть либо R3, либо min. Таблица 2.3
Исходные данные для расчетов
Вариант (по предпоследней цифре номера зачетки)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
№ профиля
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
H
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2450
2700
2800
H1
1560
1550
1700
1750
2000
2160
1950
1800
2350
2400
A
200
250
240
150
320
360
250
200
210
700
1
10
18
26
12
8
14
15
21
10
6
Вариант (по последней цифре номера зачетки)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
L
150
160
170
250
320
190
220
250
260
180
2
90
88
86
85
86
88
90
92
89
86
По результатам расчетов сделать выводы.
Дополнительное задание: Произвести расчет профиля по отдельной конкретной скважине. Исходные данные и выбор типа профиля выполнить самостоятельно.
Определение глубины и метода вырезания колонн для забуривания дополнительного ответвления или ствола — создание «щелевидного окна» или удаление участка обсадной колонны обусловливается следующим: — скважина в интервале забуривания закреплена одной или несколькими обсадными колоннами; — наличие или отсутствие цементного кольца за обсадной колонной; — необходимость и возможность затрубного цементирования; — устойчивость стенок скважины, минимальная твердость горных пород в интервале забуривания; — максимальный зенитный угол и интенсивность искривления оси скважины в зоне выше интервала забуривания; — возможность реализации проектного профиля восстанавливаемой скважины; — наименьшая вероятность выбросов нефти и газа при забуривании.
Ссылка на первоисточник:
https://jurac.ru
