Проектирование профилей горизонтальных скважин

(БашНИПИнефть)

Разработка месторождений нефти и газа с помощью ГС значительно повышает нефтеотдачу пласта. Одним из критериев эффективности бурения ГС является сокращение числа добывающих скважин примерно в 4 раза. Оптимальное сочетание ГС с различными типами профилей, позволяет минимальным количеством скважин и кустовых площадок достичь требуемую схему разработки месторождения.

Методика проектирования профиля ГС сводится к определению необходимого начального зенитного угла (a) и расчета элементов отдельных участков профиля ствола.

Исходными данными для расчета являются:

Н_пр - глубина проектного горизонта по вертикали, м;

Н_в - глубина вертикального участка ствола, м;

А_ТВП - отклонение точки вхождения в пласт (ТВП) от вертикальной оси ствола, м;

R ₁, R ₂ - радиусы искривления ствола в плоскости начального (ПНИ) и конечного искривлений (ПКИ), м;

a ₁, a ₂ - начальный и конечный зенитные углы ствола скважины, град;

Δ φ - изменение азимутального угла ствола скважины, град;

L_Г - длина горизонтального участка ствола, м.

Профили ГС можно условно разделить на следующие типы:

А – плоскостные, начальное и конечное искривление ствола ГС происходят в одной (апсидальной) плоскости;

Б – пространственные – конечное искривление ствола (набор конечных параметров положения ствола) происходит в плоскости, не соответствующей ПНИ.

5.1 Расчет элементов профиля ГС типа А

Необходимый начальный зенитный угол ГС определяется из условия обеспечения вхождения в пласт в заданной точке (ТВП). На рисунке вертикальную проекцию участка набора кривизны (II) можно выразить:

; (54)

;

учитывая, что

; (55)

; (56)

и решив совместно уравнения (54) относительно a ₁, получим формулу для определения начального зенитного угла ствола ГС типа А:

(57)

где

расчет элементов профиля ствола ГС заключается в определении длин различных участков профиля и их проекций на вертикальную и горизонтальную плоскости.

Формулы для расчета пятиинтервального профиля ГС приведены в таблице 8.

Таблица 8 – Расчет элементов пятиинтервального профиля типа А

Длина скважины по стволу, м	Проекции
вертикальная, м	горизонтальная, м
Вертикальный
		-
Набор зенитного угла
Наклонно направленный участок
Резко искривленный участок
Горизонтальный участок
	-
Всего

5.1.1 Пример расчета профиля горизонтальных скважин.

Исходные данные для расчета (тип А):

Н_пр – проектная глубина скважины по вертикали, Н_пр = 2000 м;

Н – глубина наклонной части ствола по вертикали, Н = 1800 м;

h ₁ – глубина вертикального участка скважины, h ₁ = 200 м;

А_ТВП – отклонение точки входа в пласт от вертикали, А_ТВП = 300 м;

R ₁ – радиус кривизны ствола скважины в интервале набора кривизны, R ₁ = 370 м;

R ₂ – радиус кривизны ствола скважины в интервале интенсивного набора, R ₂ = 100 м;

a ₂ – угол максимальной кривизны ствола скважины,

По исходным данным производят расчеты:

К = 370·(1 – cos 90^о) – 300 = 370 – 300 = 70

М = 370 – 100 = 270

N = 1800 – 100·sin 90^о = 1800 –100 = 1700

= 7^о

5.2 Расчет элементов профиля ГС типа Б

5.2.1 Методика расчета состоит из 2-х этапов. На первом этапе определяется начальное значение параметров профиля (при ).

Необходимый начальный зенитный угол определяется по формуле:

(58)

угол пространственного искривления или угол охвата определяется как:

(59)

3. Угол наклона плоскости конечного искривления (ПКИ) и ПНИ вычисляется по формуле:

(60)

5.2.2. На втором этапе производится расчет параметров положения профиля с учетом поправки на изменение азимутального направления ствола ГС.

Необходимый начальный азимутальный угол:

(61)

(62)

где

«+», «-» - соответственно при φ ₁ > φ ₂ и φ ₁ < φ ₂.

Необходимый начальный зенитный угол:

(63)

где

3. Угол пространственного искривления и угол наклона плоскости конечного искривления (ПКИ) и ПНИ рассчитываются соответственно по формулам (59, 60) при a ₁ = a _{1 н} и Δ φ = Δ φ _н.

Формулы для расчета элементов профиля ГС типа Б приведены в таблице 9, где , как частный вариант, производится расчет элементов профиля ГС типа А.

Данная методика позволяет производить необходимые инженерные расчеты при проектировании профилей ГС плоскостного (А) и пространственного (Б) типа с достаточной степенью точности.

Таблица 9 – Расчет элементов пятиинтервального профиля типа Б

Длина скважины по стволу, м	Проекции
вертикальная, м	горизонтальная, м
в ПНИ	в ПКИ
Вертикальный
		-	-
Набор начального зенитного угла
			-
Наклонно прямолинейный участок
			-
Набор конечных параметров кривизны ствола
Горизонтальный участок
	-
Всего

5.2.3 Пример расчета профиля горизонтальных скважин.

Исходные данные для расчета (тип Б):

Н_пр – проектная глубина скважины по вертикали, Н_пр = 2880 м;

Н_кр – глубина кровли пласта, Н_кр = 2820 м;

Н_н – глубина наклонной части ствола по вертикали, Н_кр = 2780 м;

Н_в – вертикальный участок, Н_в = 100 м;

А_ТВП – отклонение точки входа в пласт от вертикали, А_ТВП = 600 м;

i – интенсивность набора зенитного угла, i = 1, 5 ^о/10 м;

R ₁ – радиус искривления ствола в плоскости начального искривления, R ₁ = 382 м;

R ₂ – радиус искривления ствола в плоскости конечного искривления, R ₂ = 114, 6 м;

a ₂ – конечный угол искривления ствола скважины, = 90^о;

Δ φ – изменение азимутального угла ствола скважины, = 20^о;

L_г – длина горизонтального участка ствола, L_г = 600 м.

1. Определяем начальное значение параметров профиля

К = 382·(1 – cos 90^о) – 600 = 382 – 600 = - 218

М = 382 – 114, 6 = 267

N = 2780 – 114, 6·sin 90^о = 2780 –114, 6 = 2665

a ₁ = = 10

γ _н = arccos (cos 10, 4·cos 90 + sin 10, 4·sin 90·cos 20) = 80

β = = 3, 5

2. Производится расчет параметров положения профиля с учетом поправки на изменение азимутального направления ствола ГС.

а ' = (sin 80 – cos 90)·114, 6 = 376

h ' = (sin 90 – cos 80)·114, 6 = 315

Δ φ _н = = 10, 6

А ' = = 403

a _{1 н} = = 9, 9

Рисунок 9 - Пятиинтервальный профиль горизонтальной скважины плоскостного типа (А)

Рисунок 10 – Пятиинтервальный профиль горизонтальной скважины пространственного типа (Б)