 |
Выбор и расчет профиля наклонно направленной скважины
|
|
|
|
Наклонно направленные скважины рекомендуется бурить, когда технически и экономически нецелесообразно строить вертикальные скважины в независимости от типа бурения.
Наклонно-направленная скважина должна обеспечивать эксплуатацию участка залежи, расположенного на значительном удаления от устья, с применением методов, обусловленных геологическими и техническими условиями разработки месторождения при минимальных затратах времени и материальных средств на ее строительство, т.е. дополнительные ограничения на технологию строительства и эксплуатацию скважины, связанные со спецификой наклонного бурения, должны быть минимальны.
Для выполнения поставленных требований профиль скважины должен иметь минимальное количество перегибов ствола и минимальную длину; обеспечивать скоростную и качественную проводку скважины с использованием существующей техники и технологии при наименьших затратах, а также надежную работу внутрескваженного эксплуатационного оборудования.
Учитывая все выше перечисленные требования, выбираем четырех интервальный профиль, состоящий из следующих участков: вертикальный 1, набора зенитного угла 2, стабилизации 3 и уменьшения зенитного угла 4.
В настоящее время разработаны компоновки низа бурильной колонны, которые довольно надежно обеспечивают стабилизацию зенитного угла. Однако применение их на больших глубинах увеличивает опасность осложнений и аварий (сужение ствола в интервале 1700м и ниже, прихваты центрирующих приспособлений). Поэтому с определенной глубины бурение ведется без стабилизирующих устройств с уменьшением зенитного угла.
Четырех интервальный профиль рекомендуется для скважины с отклонением забоя от вертикали более 300м, на месторождениях, где по геологотехническим условиям ниже интервала установки насосного оборудования затруднено безаварийное бурение компоновками с полноразмерными центраторами для стабилизации параметров кривизны, и на новых месторождениях, где технология проводки по трех интервальному профилю не отработана.
|
|
|
Выбор параметров отдельных участков профиля.
Параметры участка профиля следует выбирать с учетом закономерностей естественного искривления на данной площади, а также средних проходок на долото. Желательно проектировать профиль так, чтобы в процессе бурения не возникало необходимости менять компоновку низа бурильной колонны, в то время как долото еще не отработано.
Определения длины вертикальных участков профиля.
Каждый профиль наклонно направленной скважины в начале должен иметь вертикальной участок не менее 40-50м.
Длину вертикального участка выбирают исходя из следующих предпосылок:
а) с увеличением длины вертикального участка увеличивается зенитный угол, необходимый для достижения заданного отклонения забоя от вертикали, а также длины ствола скважины;
б) зенитный угол на наклонно-прямолинейном участке должен быть не менее 8°-10°, так как при малых углах затрудняется стабилизация азимутального угла;
в) участок набора зенитного угла желательно расположить в интервале залегания устойчивых пород, чтобы исключалась работа с отклонителем в рыхлых, обваливающихся или осыпающихся породах;
г) нужно, по возможности, стремится к тому, чтобы нижняя граница вертикального участка располагалось ниже ожидаемого динамического уровня нефти в скважине, или же максимальное искривление ствола находилась ниже динамического уровня (с целью увеличения надежности работы штанговых или электроцентробежных насосов, штанг, кабеля);
д) в большинстве случаев с увеличением глубины наблюдается уменьшение средней проходки на долото, что может привести к тому, что для набора необходимого зенитного угла придется провести два или три рейса с отклонителем, в то время как при бурение в верхних интервалах обычно достаточно одного рейса.
|
|
|
Первый вертикальный участок перекрывают обсадной колонной, в основном кондуктором.
В связи со сказанным длину первого вертикального участка принимаем 60м.
При бурении наклонных скважин необходимо учитывать следующее:
- масса УБТ над кривым переводником должна не менее чем в 1.5 раза превышать массу турбобура;
- при темпах набора или спада кривизны более 0.6° на 10м в стволе скважины образуются желобные выработки;
- исправление азимута при наклоне ствола более 20°очень сложно и всегда сопровождается снижением угла;
- периодичность определения направления ствола инклинометрией осуществляется на участке набора или исправления азимута через 25-50м, на участках стабилизации или спада кривизны через 200-300м.
Определение минимально допустимого значения радиуса искривления ствола скважины.
Бурение с отклоняющими устройствами требует значительных дополнительных затрат времени на ориентирование отклонителя и контроль за траекторией ствола. Поэтому для увеличения скорости бурения желательно, чтобы набор кривизны осуществлялся в небольших интервалах. Но увеличение интенсивности искривления ствола может привести к осложнениям, поэтому ее значение необходимо выбирать с учетом условий бурения и эксплуатации.
При спуске забойного двигателя (наиболее жесткой части бурильной колонны) через искривленные участки ствола скважины напряжения, возникающие в корпусе двигателя, не должны превышать пределы текучести. Минимальный допустимый радиус искривления скважины 
Rmin, следует определять:
(2.4.)
где: Lз.д=7.955 – длина забойного двигателя, м;
Dд=0.1259 – диаметр долота, м;
dз.д=0.195 - диаметр забойного двигателя, м;
k=0 – величина зазора, выбираемая исходя из конкретных условий бурения.
При уменьшении диаметра и увеличении длины забойного двигателя рекомендуется учитывать влияние его прогиба:
(2.5.)
где: f – стрела прогиба, м,
(2.6.)
где: - q=175.89кг=1.7245кН – вес одного забойного двигателя, кН;
|
|
|
E=2.1*108кН/м2 – для стали, модуль продольной упругости материала, кН/м;
J – момент инерции поперечного сечения забойного двигателя, м4,
. (2.7.)
При бурении в бурильных трубах, работающих на искривленном участке ствола, не должны возникать напряжения, превосходящие предел текучести.
На участке ствола, расположенном в непосредственной близости от проектного забоя, величина радиуса не должна быть меньше значения, рассчитанного по формуле:
(2.8.)
где: d=0.127м – наружный диаметр бурильных труб, м;
- предел текучести материала, кН/м2.
Для верхней части скважины минимально допустимый радиус искривления определяется для бурильных труб, расположенных в начале участка набора кривизны, по формуле:
(2.9.)
где: 
- напряжение растяжения, кН/м,
(2.10.)
здесь: Р=15000кг=147.059кН – максимальная нагрузка, действующая в месте изгиба тела трубы, кН;
F=3336.37мм2=0.00333637м2 – площадь поперечного сечения тела трубы, м2.
При подъеме и спуске инструмента из искривленного ствола, а также при бурении, замки бурильной колонны не должны создавать чрезмерного давления на стенки скважины во избежание интенсивного износа их, интенсивного желобообразования, протирания обсадных колонн. В этом случае величина радиуса искривления вычисляется:
(2.11.)
где: Q=30кН – нормальное допустимое усилие замка на стенки скважины, кН;
12.5 – принимаемая длина бурильных труб, м.
Для разрезов, сложенных мягкими породами, значение нормального допустимого усилия Q ориентировочно может быть принято 10кН; для разрезов, сложенных породами средней крепости 20-39кН; крепкими и твердыми породами 40-50кН.
Минимальный допустимый радиус искривления для опускаемых обсадных труб подсчитывается:
(2.12.)
где: dH=0.146м – наружный диаметр обсадной колонны, м.
Уточненный расчет производится согласно инструкции по расчету обсадных колонн для наклонно направленного бурения.
Радиус искривления ни на одном интервале ствола не должен быть меньше допустимого.
При расчете профиля выбранный радиус искривления необходимо принимать на 5-10% больше его теоретической величины. Увеличение происходит из-за неточностей установки отклонителя при зарезке наклонного участка ствола и при последующих рейсах.
|
|
|
В нашем случае радиус искривления принимаем равный Rн=570м, также для расчета четырехинтервального профиля необходимо задаться несколькими величинами:
Н=2750м – глубина по вертикали;
А=500м – отход забоя скважины от устья в горизонтальной проекции;
hв=60м - длина вертикального участка ствола скважины;
α=20° - максимальный зенитный угол;
Rсп=6958м – радиус участка спада кривизны, выбирается из опыта бурения на Петеленском месторождении
Рассчитываем элементы участка набора кривизны и конечный угол скважины.
Найдем горизонтальную проекцию участка набора кривизны
aн=Rн(1-cosα)=570*(1- cos20)=34.38м (2.13.)
Вертикальная проекцию участка набора кривизны
hн=Rн*sinα=570* sin20=194.95м (2.14.)
Длина участка набора кривизны
lн=0.01745Rнα=0.01745*570*20=198.93м (2.15.)
Максимальный конечный угол наклона ствола скважины
Определив конечный угол скважины, вычислим остальные элементы профиля.
Горизонтальная проекция участка спада кривизны
aсп=Rсп(cosα-cosα)=6958*(cos0.092-cos20)=419.609м (2.17.)
Вертикальная проекция участка спада кривизны
(2.18.)
Длина участка спада кривизны
lсп=0.01745*Rсп(α-α2)=0.01745*6958*(20-0.092)=2417.172м (2.19.)
Вертикальная проекция участка стабилизации кривизны
hст=H-hв-hн-hсп=2750-60-194.95-2368.599=126.451м (2.20)
Длина участка стабилизации кривизны
lст=hст/cosα=126.451/cos20=134.566м (2.21)
Длина скважины по инструменту
L=hв+lн+lст+lсп=60+198.93+134.566+2417.172=2810.668м (2.22)
Проверочный расчет:
горизонтальная проекция участка стабилизации кривизны
aст=hстtgα=126.451*tg20=46.024м (2.23)
A=aн+aст+aсп=34.38+46.024+419.609=500м (2.24)
Результаты проверки показали, что расчет произведен правильно.
Рис. 2.2. Профиль наклонно-направленной скважины
|
|
|
