» » Показатели, характеризующие профиль наклонного или горизонтального ствола

Показатели, характеризующие профиль наклонного или горизонтального ствола

03.08.2016

Смещение забоя относительно проекции устья
Характеризует степень удлинения ствола скважины из-за отклонения от вертикального направления. При соотношении глубины к длине ствола H/L>2 скважины относят к категории скважин с большим отходом, для которых характерны затруднения из-за проблем углубления, устойчивости и очистки ствола, спуска и подъёма колонн и геофизической аппаратуры.
Точка отклонения скважины от вертикали
Обычно ствол скважины отклоняют на максимально возможной глубине с учетом следующих условий.
1. Интенсивность набора зенитного угла (или радиус искривления криволинейного участка) должна соответствовать ограничениям, которые накладываются скважинным оборудованием (бурильная колонна и обсадная колонна, компоновки для заканчивания, геофизическая и исследовательская аппаратура и т.п.).
2. Участок набора зенитного угла и участки стабилизации зенитного угла (если они есть) должны обеспечить достижение заданной точки входа в пласт с учётом допустимого коридора отклонений, быть прямолинейными на глубине установки башмаков обсадных колонн и внутрискважинного оборудования (например, погружных насосов).
3. Должна быть предусмотрена возможность корректировки пространственного положения непосредственно в процессе бурения и исключены пересечения с другими стволами скважин.
Интенсивность набора зенитного угла
Максимально возможная интенсивность набора зенитного угла задаётся из условий:
• оптимизации положения ствола скважины в продуктивной толще;
• возможности использования забойных оборудования и инструментов;
• ограничения нагрузок, действующих на бурильную и обсадные колонны (скручивание/натяжение, силы сопротивления, износ, уменьшение прочности на растяжение в связи с изгибом в участках с резкими перегибами);
• пределами грузоподъемности буровой установки.
Расположение горизонтальной скважины относительно газонефтяного контакта и водонефтяного контакта
• Ствол должен быть расположен как можно дальше от самых подвижных флюидов. Так как газ более подвижен, чем вода, горизонтальная скважина обычно располагается ближе к водонефтяному контакту (ВНК), чем к газонефтяному контакту (ГНК).
• Однако, если верхняя часть залежи сложена более плотными породами, чем нижняя часть, лучше разместить горизонтальный участок скважины ближе к ГНК, чем к ВНК, так как образование конуса воды происходит раньше, чем образование конуса газа.
• Горизонтальный ствол должен располагаться ближе к тому контакту, который меньше всего влияет на добычу флюида. Если добыча газа будет ухудшать характеристику залежи, лучше расположить горизонтальный ствол скважины подальше от ГНК.
Технические ограничения интенсивности искривления ствола скважины
Искривленный ствол скважины создает определённые технические проблемы при строительстве скважины и должен соответствовать установленным ограничениям на угол наклона ствола скважины в интервале установки и работы внутрискважинного эксплуатационного оборудования.
1. Зенитный угол в конечной точке участка не должен отличаться от проектного больше чем на ±2+3“.
2. Радиус искривления ствола ни на одном участке скважины не должен быть меньше допустимого, определенного исходя из условий нормальной эксплуатации забойных двигателей, колонны бурильных и обсадных труб.
3. Качество проводки наклонно направленных скважин контролируется по зенитному углу каждого участка, допустимой интенсивности (радиусу) искривления ствола и допустимому суммарному углу искривления скважины.
Профиль направленной скважины
Все профили, используемые для наклонно направленных скважин, можно разделить на плоские и пространственные. В свою очередь, плоские профили по форме выполнения завершающего интервала профиля разделяются на три типа: тангенциальный, S-образный и J-образный (рис. 4.40).
Профиль направленной скважины должен обеспечить:
• высокое качество скважины как объекта последующей эксплуатации:
• бурение и крепление скважины с применением существующих технологии и технических средств;
• минимальные затраты на строительство скважины;
• возможность применения методов одновременной эксплуатации нескольких горизонтов при разработке многопластовых месторождений нефти;
• безаварийное бурение и крепление;
• минимальные нагрузки на буровое оборудование при спускоподъемных операциях;
• надежную работу внутрискважинного эксплуатационного оборудования;
• свободное прохождение по стволу скважины приборов и устройств;
• при кустовом бурении профиль направленной скважины должен обеспечить заданную сетку разбуривания и надежную эксплуатацию скважин в кусте.
Показатели, характеризующие профиль наклонного или горизонтального ствола

Каждый из типов профиля имеет свои преимущества и недостатки.
Тангенциальный профиль обеспечивает максимальное отклонение ствола скважины от вертикали при минимальном угле наклона ствола скважины. Его применяют для наклонно направленных скважин с большими отклонениями конечного забоя от вертикали, а также при кустовом бурении, например, для проектирования скважин с большим вертикальным участком.
S-образный профиль наклонно направленной скважины с участком естественного уменьшения зенитного угла может использоваться в случаях, когда при бурении завершающих интервалов скважины не допускается применение KHБK с опорно-центрирующими элементами; при отсутствии необходимых компонования низа бурильной колонны; в районах, где интенсивность естественного уменьшения зенитного угла невелика.
J-образный профиль наклонно направленной скважины целесообразно применять: в целях минимизации угла наклона ствола скважины в интервале установки и работы внутрискважинного эксплуатационного оборудования; для вскрытия и пересечения продуктивного пласта под большим углом; при строительстве кустовых скважин в целях обеспечения заданного отклонения конечного забоя скважины от вертикали и рационального числа скважин в кусте при выполнении требований к величине зенитного угла в интервале расположения внутрискважинного оборудования для добычи нефти; для сокращения до минимума интервала ориентированного бурения отклонителем.
J-образный профиль с постоянным ростом интенсивности искривления после начального набора зенитного угла до 10-15 сводит к минимуму силы сопротивления при перемещении колонны труб в скважине, поэтому представляется наиболее перспективным как для проектирования обычных наклонно направленных скважин, так и для проектирования горизонтальных скважин.
S-образный профиль характеризуется максимальной по сравнению с другими типами профиля нагрузкой на буровое оборудование при подъеме колонны бурильных труб из скважины (рис. 4.41).
Показатели, характеризующие профиль наклонного или горизонтального ствола

На рис. 4.41 представлены зависимости нагрузок на крюке от глубины скважины для трех типов профиля при отклонении от вертикали на проектной глубине 2700 м, равном 900 м, и длине вертикального участка 500 м;
1) S-образный профиль;
2) тангенциальный профиль с углом наклона тангенциального участка 20°;
3) J-образный профиль с зенитными углами 10° в конце участка начального искривления и 34° на проектной глубине.
Сравнение приведенных на рис. 4.41 зависимостей показывает, что нагрузка при подъеме колонны бурильных труб из скважины при бурении по первому профилю на 35% выше, чем при бурении по третьему профилю, и на 20% выше, чем по второму профилю.
Тангенциальные и J-образные профили и технология их выполнения позволили:
- минимизировать длину участка начального искривления, а также зенитный угол в интервале работы внутрискважинного оборудования;
- уменьшить суммарный угол охвата и непосредственно связанные с ним нагрузку на буровое оборудование при подъеме колонны бурильных труб, а также контактные усилия и силы трения;
- расширить возможность регулирования отклонения кустовых скважин от вертикали в пределах, предусмотренных сеткой разработки и числом скважин в кусте;
- строить скважины с большими проектными отклонениями; строить кусты скважин с экономически целесообразным их числом при выполнении требований к качеству скважин и надежности их эксплуатации;
- наиболее полно использовать вес бурильной колонны для создания нагрузки на долото, что в значительной мере определяет успех проводки наклонно направленных скважин с большим отклонением забоя от вертикали, а также скважин с большими углами наклона ствола на проектной глубине.
Основным недостатком тангенциального и J-образного профилей по сравнению с S-образным, сдерживающим их внедрение, является более сложная технология проводки тангенциального участка и участков малоинтенсивного увеличения зенитного угла.
Реализация профиля скважины в значительной степени зависит от имеющихся в распоряжении бурового подрядчика специальных устройств для наклонно направленного бурения и средств геонавигации.
Необходимость вертикального участка скважины обусловлена конструктивными особенностями бурового, а также технологического оборудования для эксплуатации и ремонта скважины. Поэтому профиль всех наклонно направленных добывающих скважин на нефть и газ включает вертикальный участок.
Длина вертикального участка определяется прежде всего глубиной спуска обсадных колонн большого диаметра (более 245 мм), направления или кондуктора. В целях беспрепятственного спуска обсадных колонн большого диаметра забуривание наклонного участка планируют, как правило, в нижних интервалах. Кроме того, участок начального искривления располагают в интервалах залегания устойчивых горных пород, при бурении в которых за один рейс можно набрать проектное значение зенитного угла.
При бурении наклонных скважин с большим отклонением от вертикали для обеспечения эффективной нагрузки на долото глубина вертикального участка должна быть максимальной. С другой стороны, чтобы сократить интервал бурения отклонителем и при этом обеспечить проектное отклонение забоя, целесообразно начинать искривление ствола в непосредственной близости от устья скважины, в результате чего возникает необходимость спуска кондуктора в ствол скважины с зенитным углом до 70°.
Если учесть, что для успешной проводки наклонной скважины с большим отклонением от вертикали ее конструкция обязательно предусматривает спуск промежуточной обсадной колонны, то возникает вопрос о глубине вертикального участка и интенсивности искривления скважины, позволяющих спускать в искривленный ствол обсадные колонны большого диаметра под действием собственного веса.
В некоторых случаях, например при проектировании наклонных скважин с небольшими (до 500 м) проектными отклонениями конечного забоя от вертикали, забуривание наклонного ствола планируют ниже интервала установки и работы внутрискважинно-го эксплуатационного оборудования. При этом длина вертикального участка может достигать 1500 м и более.
Минимальная величина радиуса кривизны участка начального искривления скважины должна быть не меньше 384 м, что соответствует увеличению зенитного угла на 1,5° на 10 м проходки.
За рубежом интенсивность увеличения зенитного угла на участке начального искривления отклонителем, как правило, меньше 1° на 10 м проходки.
Минимальный радиус кривизны участков малоинтенсивного увеличения или уменьшения зенитного угла должен быть на 20-30% больше минимального радиуса кривизны скважины, обеспечиваемого имеющимися в распоряжении бурового предприятия КНБК.
Установлено, что удовлетворительная эксплуатация электропогружных и штанговых насосов обеспечивается при углах наклона ствола скважины в месте их расположения до 20°. На практике, особенно при кустовом способе строительства скважин, этот угол ограничивается 30°.
При проводке скважин в сложных горно-геологических условиях, когда геологические факторы оказывают значительное воздействие на траекторию скважины, используются профили пространственного типа, предусматривающие участки с естественно изменяющимися зенитным углом и азимутом. Проектирование такого профиля предполагает расчет координат устья скважины относительно координат проектной точки забоя с использованием выявленных закономерностей зенитного и азимутального искривления скважины либо забуривание участка начального искривления отклонителем в азимуте, учитывающем закономерности естественного искривления скважины при дальнейшем бурении. Этот же профиль рекомендуется использовать при бурении наклонно направленных скважин в разрезах, способствующих формированию желобных выработок ствола скважины, так как в месте пространственного искривления ствола скважины снижаются нагрузки на стенку ствола скважины при спускоподъемных операциях.
Профиль пространственного типа характеризуется увеличением длины ствола скважины, значительной силой трения при перемещении бурильной колонны в скважине по сравнению с профилями остальных типов. Такой профиль используют для проектирования глубоких наклонных скважин в районах со сложным геологическим строением, где проводка наклонных скважин по плоскому профилю невозможна или экономически нецелесообразна для проектирования естественно искривляющихся вертикальных скважин.
Пространственный профиль рассчитывают путем анализа азимутального и зенитного искривлений ствола скважин, пробуренных на структурных блоках со сложными горно-геологическими условиями (большие углы падения пластов, анизотропия горных пород, перемежаемость горных пород по твердости и т.д.).