Lektsii_3-4_Uslovia_i_kriterii_iskrivlenia

ленного участка 6. Скважины по такому профилю могут быть пробурены наклонными непосредственно с земной поверхности. Этот профиль характеризуется тем, что не требует специальных технических средств для бурения наклонно направленных скважин.

При бурении скважин специального назначения профили могут отличаться от приведенных типов.

В зависимости от конкретных геолого-технических условий бурения профили наклонно направленных скважин могут иметь более одного участка набора и стабилизации зенитного угла. Например, если на участке набора зенитного угла имеется пропласток твердых пород с низкой проходкой на долото, то с целью снижения объема работ с отклонителем его целесообразно пробурить без отклонителя, а затем продолжать набор зенитного угла. Однако такие случаи должны быть исключены. Всегда следует стремиться к тому, чтобы профиль скважины имел минимальное число изгибов.

Указанное отличие характерно и для профилей наклонно направленных скважин с большим отклонением забоев от вертикали и буримых долотами диаметром 190,5 мм. В этих случаях, если породы, перекрываемые кондуктором, сравнительно устойчивы и не имеют зон погло - щений бурового раствора и обвалов, целесообразн о ствол искривлять в интервале спуска кондуктора. Уменьшение глубины забуривания наклонного ствола позволяет повысить точность искусственного искривления скважины и резко сократить затраты времени на ориентиро вание отклонителя.

После спуска и цементирования кондуктора небольшой участок пробуривают без отклоняющих приспособлений со стабилизацией набранного зенитного угла, а затем следует второй участок набора зенитного угла до максимальной величины. Последующее бурение ведут с применением КНБК с центраторами.

Если же отклонение наклонно направленной скважины небольшое, то необходимый зенитный угол набирают в зоне спуска кондуктора. Далее из-под кондуктора бурят с использованием КНБК с центраторами.

Скважины по профилю обычного типа можно бурить и без отклоняющих устройств в тех районах, где борьба с естественным искривлением ствола вызывает значительные трудности или где вследствие сложности геологической характеристики разреза затруднено бурение вертикальных скважин.

В таких случаях с целью максимального приближения фактических забоев скважин к проектным и обеспечения принятой сетки разработки месторождения целесообразно бурить наклонно направленные скважины с учетом закономерностей естественного искривления ствола. Для этого необходимо тщательно изучать зависимости угла и азимута искривления ствола от способа бурения; типоразмеров долота, забойного двигателя и

КНБК; расхода бурового раствора, осевой нагрузки на долото, частоты его вращения, стратиграфических свит и т. д.

ВЫБОР КОНФИГУРАЦИИ ПРОФИЛЯ НАКЛОННО НАПРАВЛЕННЫХ СКВАЖИН

Выбор конфигурации профиля сводится к определению очередности бурения участков, обеспечивающих наиболее благоприятные условия проводки наклонно направленной скважины.

Местоположение отдельных участков профиля и их протяженность определяют исходя из следующих положений .

Первый вертикальный участок располагается в верхней части скважины на всю глубину спуска кондуктора, а иногда ниже возможного динамического уровня нефти в скважине, в интервалах, где встречаются осыпи, обвалы и т. п.

Длина первого вертикального участка должна быть не менее 40—50 м. Окончание этого участка следует по возможности приурочить к устойчивым породам, где можно за один рейс набрать зенитный угол 5— 6°.

Длина первого вертикального участка наклонно направленных скважин, которые бурят по профилю I, II, III и IV типов, для снижения затрат времени на ориентированный спуск бурильного инструмента должна быть минимальной, а для скважин, проводимых по профилю V типа, наоборот,— максимально возможной, что позволит сократить длину второго участка, в котором осуществляются работы с отклонителем.

В зависимости от конкретных геолого-технических условий бурения может быть уточнена длина первого вертикального участка. Например, при бурении скважин кустами с отдельных морских оснований, стационарных платформ, приэстакадных площадок и т. п., когда расстояния между устьями скважин невелики, с целью предотвращения встречи стволов и сообщения между ними длина первого вертикального участка должна быть ограничена. При этом искривлять ствол следует по возможности с меньшей глубины, чтобы скорее отвести ствол проектной скважины от стволов ранее пробуренных скважин.

Участок набора или снижения зенитного угла ствола, а также набора,

снижения или стабилизации зенитного угла с одновременным изменением азимута скважины рекомендуется располагать·

винтервале геологического разреза, где при бурении с отклонителями обеспечивается наибольший набор зенитного угла ствола за один рейс

(чаще всего в породах средней твердости) и где не предполагается отбор керна;

винтервалах геологического разреза, где в достаточной степени изучены закономерности естественного искривления ствола при использовании

различных типов долот, КНБК, режимов и способов бурения и т. д. В таких случаях при бурении без отклонителей можно в определенных пределах изменять угол и азимут искривления ствола.

В некоторых нефтегазовых районах (например, Тюменская область) для предупреждения обвалов пород и образования желобных выработок набор зенитного угла ствола проводят уже при бурении под кондуктор. Вертикальный участок длиной около 50 м в этом случае служит для придания стволу начального вертикального направления, а крепление искривленного участка кондуктором полностью исключает указанные осложнения.

Наклонно прямолинейный участок (участок стабилизации зенитного угла) является либо продолжением от участка набора зенитного угла до проектного горизонта (профиль I типа), либо связующим звеном между участками набора и снижения зенитного угла (профиль III типа), либо охватывает всю траекторию ствола (профиль VI типа).

В ряде случаев возникает необходимость вскрытия того или иного пласта (в том числе и продуктивного) наклонно прямолинейным участком скважины под определенным зенитным углом. Для этого в процессе расчета корректируют протяженность других участков профиля скважины с тем, чтобы получить соответствующий зенитный угол у наклонно прямолинейного участка.

Нижний вертикальный участок располагается в нижней части скважины в интервале вскрытых стволом нескольких продуктивных горизонтов с целью сохранения принятой сетки разработки залежей нефти и газа при возврате на вышележащие горизонты.

Лекции 13-14 «Направленное и горизонтальное бурение»

Выбор допустимой интенсивности искривления ствола скважины. Построение плана и профиля направленных скважин.

ВЫБОР ДОПУСТИМОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ИСКРИВЛЕНИЯ СТВОЛА

При бурении, испытании и эксплуатации наклонно направленных скважин применяют различные элементы техники (забойные двигатели, бурильные и утяжеленные бурильные трубы, обсадные трубы, испытатели пластов, приборы для исследования скважин, глубинные насосы и т. д.), которые отличаются условиями работы и имеют различные геометрические размеры и жесткость.

Для нормальной эксплуатации этих элементов техники необходимо, чтобы интенсивность искривления ствола не превышала определенных допустимых

величин. При выборе допустимой интенсивности искривления ствола следует исходить из следующих двух основных положений.

1.Если элемент техники не допускает принудительного спуска через искривленный ствол скважины (испытатели пластов, пакеры, глубинные насосы и т. д.), то допустимый радиус искривления ствола определяют из условия свободного прохождения его через искривлен ный участок ствола.

2.Если элемент техники допускает принудительный спуск через искривленный ствол скважины (забойные двигатели, бурильные и утяжеленные бурильные трубы, обсадные трубы и т. д.), то допустимый радиус искривления ствола определяют из условий: а) предотвращения возникновения остаточных деформаций при прохождении через искривленный участок ствола; б) ограничения дополнительных нагрузок, обусловленных упругими деформациями элементов техники при прохождении через искривленный участок ствола, а также предотвращения желобообразования и протирания обсадных колонн.

Необходимо иметь в виду, что правильный выбор минимального радиуса искривления ствола во многом предопределяет возможности и эффективность бурения наклонно направленных скважин, область применения указанных выше элементов техники в рассматриваемом прогрессивном виде бурения скважин.

Если к минимально допустимому радиусу искривления ствола для улучшения условий эксплуатации различных элементов техники предъявлять необоснованно жесткие требования, то это приведет к увеличению интервала бурения и объема работ с отклоняющими КНБК, снижению эффективности и возможности бурения наклонно направленных скважин с повышенной интенсивностью искривления ствола и большими отклонениями забоев от вертикали, ограничению области применения различных элементов техники в наклонно направленных скважинах и необходимости применения высококачественных сталей для изготовления этих элементов с целью применения в скважинах с повышенной интенсивностью искривления ствола и т. д.

Предъявление более мягких требований к выбору минимально допустимого радиуса искривления ствола приведет к ухудшению условий эксплуатации различных элементов техники, возникновению затяжек и посадок инструмента при спускоподъемных операциях; увеличению дополнительных нагрузок для подъема инструмента, а в ряде случаев и к возникновению остаточных деформаций в них.

Для научно обоснованного выбора минимально допустимого радиуса искривления ствола необходимо учитывать геометрические и жесткостные характеристики рассматриваемых систем и параметры искривленной скважины.

Допустимая интенсивность искривления ствола для нормальной эксплуатации забойных двигателей

При проводке наклонно направленных скважин бурение с отклони-телем и без него осуществляют забойными двигателями различных размеров и жесткости. Если участок набора зенитного угла проходят односекционными, укороченными или короткими забойными двигателями, то участки стабилизации и снижения зенитного угла, а также нижний вертикальный участок бурят секционными забойными двигателями для повышения подводимых к долоту вращающего момента и мощности.

Это должно быть учтено при проектировании допустимой интенсивности искривления ствола.

Часто допустимый радиус искривления ствола для свободного прохождения системы долото — забойный двигатель через искривленный ствол определяют исходя из условия абсолютной жесткости забойного двигателя с прямолинейной формой оси и при диаметре скважины, равном диаметру долота.

Такой подход предъявляет необоснованно жесткие требования к выбору допустимого радиуса искривления ствола, ограничивает возможности бурения наклонно направленных скважин с повышенной интенсивностью искривления ствола и с большими отклонениями забоев от вертикали, сужает область применения выпускаемых промышленностью забойных двигателей в наклонно направленном бурении и вынуждает использовать более качественные стали для их изготовления с целью бурения скважин с повышенной интенсивностью искривления ствола.

Следует иметь в виду, что забойные двигатели являются упругими системами: даже в практически вертикальном стволе под действием собственного веса они теряют прямолинейную форму оси и касаются стенки скважины. Очевидно, что в искривленном стволе под действием нормальной составляющей собственного веса забойные двигатели в большей степени будут терять свою прямолинейную форму. Далее стрела прогиба забойного двигателя от действия нормальной составляющей собственного веса возрастает прямо пропорционально длине в четвертой степени и обратно пропорционально жесткости. Поэтому неправомерно принимать форму оси забойного двигателя прямолинейной независимо от его длины (количества секций) и диаметра. С увеличением длины (количества секций) забойного двигателя и уменьшением его диаметра криволинейность формы и стрела прогиба его оси возрастают.

При проводке наклонно направленных скважин участок набора зенитного угла обычно приурочивают к интервалам, сложенным породами мягкой и средней твердости. При разбуривании этих пород под динамическим взаимодействием долота с забоем и стенками ствола и физико-

химическим воздействием бурового раствора формируется ствол, диаметр которого больше диаметра применяемого долота.

Следовательно, необходимо учитывать упругость забойных двигателей и соотношение диаметров скважины и долота для объективного выбора допустимого радиуса искривления ствола.

РАСЧЕТ ПРОФИЛЕЙ ОБЫЧНОГО ТИПА

Расчет профилей обычного типа сводится к определению макси мального зенитного угла ствола, длины горизонтальной и вертикаль ной проекций участков, входящих в состав данного профиля, а также общей длины ствола скважины по траектории его оси

Исходные данные для расчета профилей: геологический разрез; глубина скважины по вертикали от устья до проектного горизонта; проектное отклонение забоя скважины от вертикали, проходящей через устье скважины; проектный азимут наклонно направленной скважины; конструкция скважины, которая определяет выбор применяемых компоновок.

Профиль рассчитывают по участкам сверху вниз. Сначала устанавливают длину первого вертикального участка исходя из условий глубины спуска кондуктора, проходки зон неустойчивых пород и обеспечения забуривания наклонного ствола в устойчивых породах, где можно достигнуть набора зенитного угла не менее 5—6° за один рейс.

Для расчета второго участка — участка набора зенитного угла — необходимо выбрать требуемый радиус искривления ствола, который зависит от назначения скважины, способа ее последующей эксплуатации, имеющихся отклоняющих устройств с учетом значений минимально допустимых радиусов искривления ствола, обеспечивающих нормальную эксплуатацию элементов различных компоновок в процессе бурения и подземного оборудования в процессе эксплуатации скважины, а также доведение обсадных колонн до намеченных глубин.

При проектировании профилей глубоких наклонно направленных скважин и скважин с большими отклонениями забоев от вертикали, превышающими половину их вертикальной глубины, необходимо также провести проверочный расчет нагрузки на крюке при подъеме бурильной колонны и усилия, передаваемого на долото.

Выбранный радиус искривления ствола следует увеличить на 5—10 % для учета неточностей изготовления отклоняющих устройств и ориенти рования отклонителя при забуривании наклонного ствола и последую щих рейсах.

Определив радиус искривления ствола, рассчитывают максималь ный зенитный угол скважины, при котором может быть достигнут! проектное отклонение забоя от вертикали

Если в профиль скважины входит участок снижения зенитного угла, то предварительно, по данным практики,

выбирают радиус искривления ствола для этого участка, а затем определяют максималь ныи зенитный угол на участке его набора

При выборе максимального зенитного у)ла ствола следует иметь в виду, что при больших его значениях работы по проходке скважин сопряжены с определенными трудностями При зенитных углах ствола 50—60° продвижение геофизических снарядов под действием собственной массы прекращается, что вызывает необходимость приме нения специальных устройств

На рис 5 3 приведены расчеты профилей

Расчет профиля I типа ^рис 5 3, а) При расчете этого профиля максимальный зенитный угол ствола определяется из совместного решения уравнений