Проектирование профиля наклонно направленной пологой скважины

В последние годы в отечественной и зарубежной практике разработки нефтяных и газовых месторождений широкое применение получило строительство горизонтальных скважин (ГС). Однако, как известно, бурение ГС требует использования специальной техники и технологии. Кроме того, до настоящего времени ряд проблем строительства ГС не получил достаточно полного решения. Это проблемы крепления, проведения геофизических исследований, вторичного вскрытия продуктивного пласта и капитального ремонта, а также предотвращения и ликвидация аварий и осложнений в процессе бурения.

Все это в значительной степени отрицательно влияет на технико-экономические показатели, качественные показатели строительства и результаты эксплуатации скважин. В связи с изложенным предлагается более широкое внедрение в производство метода строительства так называемых пологих скважин (ПС), ствол которых вскрывает продуктивный пласт (ПП) под постоянным зенитным углом (45-70^о). В данном исследовании зенитный угол a в плате принят равным 60-70^о. Это значение a обусловлено двумя обстоятельствами.

Во-первых, при вскрытии ПП под углом a = 60-70^о обеспечивается увеличение длины ствола в пласте в 2, 0-2, 92 раза по сравнению с вертикальной скважиной, вследствие чего увеличивается площадь фильтрации, а следовательно, и дебит скважины.

Во-вторых, до указанных значений a представляется возможность осуществлять строительство наклонных скважин с использованием стандартной техники и технологии бурения.

Отличительной особенностью проектирования профиля пологой скважины является то, что здесь предварительно, в зависимости от толщины продуктивного пласта h_пл и требуемых значений длины ствола l_пл (или проекции ствола на горизонталь а_пл) задается зенитный угол a = a_кр, под постоянным значением которого полностью вскрывается ПП. В таблице 10 и на рисунке 11 приведены расчетные данные по l_пл и a_пл вычисленные для a = 60-70^о при различных значениях h_пл = 10-80 м. Пологие скважины могут быть пробурены по различному по форме (интервалу) профилю в зависимости от горно-геологических условий бурения, требований эксплуатации скважины, обеспечения нормальной работы внутрискважинного оборудования. Ниже приводится методика расчета пятиинтервального профиля пологой скважины как профиля более общего типа, из которого путем исключения одного-двух интервалов получаются четырех- и трехинтервальные профили.

Принятый пятиинтервальный профиль (рисунок 12) характеризуется: вертикальным участком, 2 участками набора кривизны, 2 участками стабилизации кривизны.

Зенитный угол a ₁ и радиус искривления R ₁ принимают в зависимости от условий бурения, параметров конструкции скважины – диаметра и глубины спуска кондуктора (промежуточной колонны) с целью обеспечения условий нормального спуска и крепления обсадной колонны. Кроме того, a ₁ остается постоянным на всей длине 1-го участка стабилизации кривизны с учетом требований установки внутрискважинного оборудования в интервале стабильной кривизны скважины.

Таблица 10 – Расчетный данные параметров пологой скважины

Рисунок 11 – Расчетная схема

При принятых значениях a и a_кр в зависимости от параметров (эффективности работы) ориентируемой отклоняющей компоновки низа бурильной колонны (КНБК) определяется радиус искривления ствола скважины на 2-м участке набора кривизны R ₂. Заметим также, что проектное отклонение ствола от вертикали А_кр, как правило, устанавливается по глубине кровли продуктивного пласта по вертикали Н_кр. Таким образом, А_пр = А_кр, а общее отклонение А_общ включает также отклонение ствола от вертикали в продуктивном пласте а_пл:

, (64)

Параметры профиля пологой скважины в пределах ПП определяются по формулам (таблица 10 и рисунок 11):

, (65)

, (66)

для расчета параметров проектного профиля пологой скважины предварительно определяется глубина точки зарезки Н_о первоначального искривления скважины в проектном азимуте:

, (67)

где , (68)

(69)

(70)

(71)

(72)

(73)

(74)

(75)

(76)

подставляя значения в формулу 67 получим:

, (77)

если принять , то получается формула для определения Н_о для 3-интервального профиля, состоящего из участков – вертикального, набора кривизны до и участка стабилизации кривизны в продуктивном пласте:

, (78)

Рисунок 12 – Проектный профиль и конструкция пологой скважины

по пятиинтервальному профилю

параметры профиля на соответствующих участках h_i, a_i, l_i находятся по формулам (68) - (76).

Глубина скважины по вертикали Н_скв равна:

, (79)

Глубина скважины по длине ствола составит:

, (80)

результаты расчета параметров четырех- и пятиинтервального профиля пологой скважины и для сравнения параметров четырехинтервального профиля, применяемого в настоящее время при бурении обычной наклонно направленной скважины на месторождении Матросовское АО «Татнефть», представлены в таблице 11. расчет профилей произведен при следующих исходных данных: глубина кровли продуктивного пласта по вертикали Н_кр = 1900 м; толщина пласта h_пл = 40 м. Проектное отклонение ствола от вертикали на глубине кровли продуктивного пласта А_пр = А_кр = 600 м. Радиусы искривления на 1-м и 2-м участках набора кривизны R ₁ = R ₂, хотя они могут быть различными (интенсивность искривления м). Расчетный зенитный угол на глубине кровли ПП принят равным a_max = a_кр = 65^о, что обеспечивает увеличение длины ствола скважины в пласте l_пл в 2, 36 раза, а горизонтальной проекции а_пл – в 2, 14 раза по сравнению с h_пл.

В профилях пологих скважин расчеты выполнены для значений R ₁ = 238 м ( м) и R ₁ = 573 м ( м).

Анализ данных таблицы 2 показывает, что в пологих скважинах за счет больших значений a глубина скважины несколько больше, чем в обычных наклонных скважинах. В тоже время в пятиинтервальном профиле глубина скважины меньше чем в четырехинтервальном, при этом чем больше R ₁, тем больше глубина скважины.

Однако при применении четырехинтервального профиля увеличивается глубина точки зарезки, что является более предпочтительным с точки зрения производства электрометрических работ, увеличения скорости бурения скважины. Расчеты показали, что при одном и том же типе профиля с увеличением a увеличивается глубина Н_о и несколько увеличивается L_скв. Однако по мере увеличения А_кр разница между глубинами скважин по разным вариантам профилей уменьшается при м пологая скважина с принятыми исходными данными оказывается оптимально пробуренной только по четырехинтервальному профилю. Таким образом, выбор типа профиля пологой скважины зависит от конкретных геологических и технологических условий бурения скважин на данном месторождении. В таблице 11 приведены также результаты расчета параметров четырехинтервального профиля пологой скважины с А_кр = 1200, 1800, 2400 м. По полученным значениям глубины скважины по длине ствола определены параметры конструкций этих скважин (таблица 12).

Известно, что конструкция скважины выбирается в соответствии с требованиями «Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности».

При бурении наклонных скважин помимо обеспечения требований параметры конструкции определяются во взаимосвязи с параметрами проектного профиля скважины. Так, кондуктор, как правило, спускается в вертикальный ствол. При больших значениях отклонения ствола от вертикали (А = 1800 м) глубина первоначального искривления скважины Н может оказаться в интервале спуска кондуктора. В условиях в зависимости от жесткости обсадной колонны необходимо ограничить зенитный угол и интенсивность искривления. Например, для кондуктора диаметром 426 мм, м. В интервалах установки внутрискважинного оборудования ШГН, ЭЦН ствол скважины должен иметь практически стабильную кривизну. Типовая конструкция обычной наклонной скважины на Матросовском месторождении, конструкция пологой скважины, проектируемой по пятиинтервальному профилю, а также конструкции пологих скважин с А_кр = 1200, 1800, 2400 м представлены в таблице 12.

Из таблицы 12 видно, что при А_кр = 600 м конструкции обычной и пологой скважины практически не отличаются.

В пологих скважинах с м в конструкцию включается дополнительная промежуточная колонна. Это обусловлено необходимостью сокращения длины открытого ствола между обсадными колоннами с целью предупреждения прихватов инструмента и других осложнений в процессе бурения и крепления скважины.

Строительство пологих скважин, естественно, вносит определенную сложность в технологический процесс бурения, особенно при наборе и стабилизации кривизны, в управление траекторией ствола. Однако, как показывает опыт бурения горизонтальных скважин, эти проблемы легко решаются. Тем более, что в последние годы отечественная промышленность освоила выпуск высокоэффективных винтовых двигателей – отклонителей, стабилизирующих устройств, телесистем, другой геофизической аппаратуры, а применение импортных управляемых КНБК в сочетании с телесистемами типа MWD (LWD). Высококачественных буровых растворов позволит еще больше повысить эффективность широкого внедрения метода строительства пологих скважин при разработке нефтегазовых месторождений.