Проектирование профилей скважин

При бурении наклонно направленных скважин используются различные типы профилей, но практически все они имеют первый вертикальный участок, затем участок набора зенитного угла до определенной расчетной величины, прямолинейный участок (участок стабилизации), в котором в дальнейшем устанавливается ЭЦН, а далее – участки как уменьшения, так и увеличения зенитного угла в зависимости от поставленной перед скважиной задачи.

Рис. 3.2. Основное окно ввода инклинометрии скважины

 

Рис. 3.3. Горизонтальная и вертикальная проекция скважины

Расчет одного из простейших трехинтервального типа профиля с третьим прямолинейным интервалом (рис. 4.1, а) ведется по следующей методике. Зенитный угол в конце второго интервала θ₂ рассчитывается по формуле

(4.1)

 

где H = h – H₁.

Обозначения см. на рис. 4.1, а.

Длина второго интервала l₂, его глубина по вертикали H₂ и отход S₂ определяется по формулам

L₂ = 0,01745 · R₂ · θ₂, (4.2)

H₂ = R₂ ·sin θ₂, (4.3)

S₂ = R₂ ·(1 - cos θ₂). (4.4)

Для третьего интервала расчетные формулы следующие

 

L₃ = (H – H₂)/cosθ₂, (4.5)

H₃ = h – H₁ – H₂, (4.6)

S₃ = (H – H₂) ·tgθ₂. (4.7)

 

Рис. 4.1. Трехинтервальные типы профилей скважин

Общая глубина скважины по стволу L равна

 

L = H₁ + l₂ + l₃. (4.8)

В случае, если на третьем интервале происходит уменьшение зенитного угла (рис 2, б), то зенитный угол θ₂ в конце второго интервала определяется по формуле

 

θ₂ = 90 – γ + β, (4.9)

где γ и β – вспомогательные углы.

 

β = arctg[(S – R₂)/H], (4.10)

(4.11)

где R_o = R₂ + R₃.

Остальные обозначения смотри на рис. 4.1, б.

Расчет параметров второго интервала ведется по формулам (4.2), (4.3) и (4.4).

Длина третьего интервала l₃ определяется по формуле

 

L₃ = 0,01745 R₃ · θ', (4.12)

 

где θ’ = θ₂ – θ", (4.13)

 

(4.14)

 

Расчет глубины по вертикали Н₃ и отходе S₃ для третьего интервала производится по формулам:

 

H₃ = R₃ ·(sinθ₂ – sinθ"), (4.15)

S₃ = R₃ · (cosθ" – cosθ₂). (4.16)

 

Во второй части работы рассчитывается профиль горизонтальной скважины. Профили таких скважин классифицируются по величине радиуса искривления при переходе от вертикального участка к горизонтальному и подразделяются на скважины с большим (R = 300 – 900 м), средним (R = 50 – 300 м), малым (R = 6 – 12 м) и сверхмалым (R = 0,2 – 0,6 м) радиусом.

В работе необходимо рассчитать наиболее сложный из известных профилей горизонтальной скважины, содержащей шесть интервалов (рис. 4.2). Первый интервал – вертикальный, второй интервал – бурение с набором зенитного угла под промежуточную колонну с входом ее в продуктивный пласт на 2 – 3 метра, третий интервал - бурение по продуктивному пласту с доведением зенитного угла до 90^о, четвертый интервал – бурение восстающей скважины для входа в нефтенасыщенную часть пласта, пятый интервал – бурение с уменьшением зенитного угла до 90^о, шестой интервал – условно горизонтальный.

Расчет профиля ведется от башмака промежуточного колонны. Зенитный угол θ₂ скважины в этой точке определяется исходя из возможности доведения его до 90^о в границах пласта при определении интенсивности искривления i₃.

 

θ₂ = arcsin [(R₃ – M)/R₃], (4.17)

где R₃ – радиус кривизны скважины на третьем интервале м; М – расстояние от башмака промежуточной колонны до подошвы продуктивного пласта, м.

 

M = m - h_o, (4.18)

 

где m – толщина пласта, м; h_о – глубина входа технической колонны в продуктивный пласт, м.

Далее по заданному смещению (отходу) точки вскрытия пласта S определяется радиус кривизны на втором интервале ствола R₂

 

R₂ = S/(1 - cos θ₂), (4.19)

 

а затем интенсивность искривления ствола на этом интервале i₂ по формуле

i₂ = 57,36/R₂. (4.20)

 

В соответствии с рассчитанной интенсивностью искривления подбираются технические средства искусственного искривления на этом интервале.

Длина второго интервала l₂ определяется по формуле

Рис. 4.2. Профиль скважины с горизонтальным участком ствола

l₂ = 0,01745 · R₂ ·θ₂, (4.21)

 

а его глубина по вертикали h₂ по формуле

 

h₂ = R₂ · sinθ₂ , (4.22)

 

Длина первого вертикального интервала h₁ определяется по формуле

h₁ = H – h₂, (4.23)

 

где H – глубина кровли продуктивного пласта, м.

Расчеты отхода S, глубины по вертикали h и длина l для третьего интервала производятся по формулам

 

S₃ = R₃ ·(cosθ₂ – cosθ₃), (4.24)

H₃ = R₃ ·(sinθ₃ – sinθ₂), (4.25)

l₃ = 0,01745 ·R₃ ·(θ₃ – θ₂). (4.26)

 

Для этого зенитный угол в конце третьего интервала θ₃ = 90^о.

Для четвертого и пятого интервалов h₄ = h₅, S₄ = S₅, l₄ = l₅. Глубина по вертикали для этих интервалов определяются исходя из желаемого положения горизонтального участка ствола относительно кровли продуктивного горизонта (в наиболее нефтенасыщенной части пласта). Расчет ведется по следующей формуле

 

H₄ = h₅ = (M – K)/2, (4.27)

 

где M – расстояние по вертикали от башмака промежуточной колонны до подошвы продуктивного пласта, м; K – расстояние от кровли продуктивного горизонта до горизонтального ствола, м.

Зенитный угол скважины в конце четвертого интервала θ₄ определяется из выражения

 

θ₄ = 90^о + arccos[(R₄ – h₄)/R₄]. (4.28)

Отход и длина для четвертого и пятого интервалов определяется по формулам (4.24) и (4.25), подставляя в них соответствующие значения зенитных углов.

 

Задание для работы №4

 

1. В работе необходимо рассчитать профили трех скважин – двух трехинтервальных и третьей с горизонтальным участком ствола.

2. Для трехинтервальных скважин в первом случае третий интервал прямолинейный, а во втором случае третий интервал бурится с уменьшением зенитного угла с интенсивностью 0,2 град/100 м. Интенсивность искривления в интервале набора зенитного угла равна 1 град/10 м. Длина верхнего вертикального участка 100 м. Глубина скважины по вертикали и смещение по вариантам задания приведены в табл. 4.1.

3. Варианты задания для расчета профиля скважины с горизонтальным участком приведены в табл. 4.2.

4. Результаты расчетов по всем трем профилям скважин представляются в виде табл. 4.3.

 

Таблица 4.1

Исходные данные к работе №4а

 

№ варианта
Глубина по вертикали, м
Смещение (отход), м

 

Продолжение таблицы 4.1

 

Продолжение таблицы 4.1

 

Таблица 4.2

Исходные данные к заданию №4б

 

№ зада-ния	Глубина кровли, м	Толщина пласта, м	Длина горизонталь-ного участка, м	Проектное смещение, м	Интенсивность искривления при бурении по пласту, град/10 м	Глубина проводки ствола от кровли, м
					4,5
					5,5
					4,5
					4,2
					4,6
					5,2
					6,5
					7,5
					4,5
					4,5
					5,5
					6,5
					4,5

 

Глубина входа технической колонны в продуктивный пласт во всех случаях 2 м.

Таблица 4.3

Проектные профили скважины

 

Элемент профиля	Радиус искрив-ления, м	Зенитный угол, град	Смещение, м	Глубина по вертикали, м	Длина ствола, м
в начале	в конце	на интер-вале	общее	на интер-вале	общая	на интер-вале	общая