Расчет профиля проектной скважины.

Проектирование профилей – одна из составных частей технических проектов на строительство скважин. Цель проектирования профиля скважины выбор типа и конфигурации его, расчет и построение траектории оси ствола скважины в пространстве.

Скважины, в которых забой имеет определенное отклонение от вертикали, а ствол проводится по заранее заданной кривой, называются наклонно-направленными.

Наклонно-направленные скважины следует бурить с минимальными затратами времени и средств. Проект на строительство наклонно-направленной скважины должен включать обоснование выбора конфигурации профиля, расчет и построение профиля, определение допустимых отклонений ствола от проекта.

Профиль наклонно-направленной скважины должен обеспечить:

– высокое качество строительства скважины, как объекта последующей эксплуатации при минимальных затратах времени и средств;

– бурение и крепление скважин с применением существующих технологий и технических средств без аварий и осложнений;

– достижение проектного смещения забоя от вертикали в заданном направлении с учетом допустимых норм отклонения от проектного положения при минимальном объеме работ с ориентируемыми отклонениями КНБК;

– минимальное количество перегибов ствола с радиусами искривлений, не превышающих допустимые величины;

– возможность свободного похождения по стволу различных КНБК и обсадных колонн в процессе бурения и элементов оборудования в процессе эксплуатации и подземного ремонта;

– надежную работу внутрискважинного и эксплуатационного оборудования, а также возможность применения методов одновременно-раздельной эксплуатации нескольких горизонтов при разработке, раздельной эксплуатации нескольких горизонтов при разработке многоплановых месторождений.

.

Рисунок 4.5. Основные виды профилей наклонных скважин и исходные данные расчета.

Профиль горизонтальной скважины состоит из двух сопряженных между собой частей: направляющей части и горизонтального участка.

Направляющая часть про­филя горизонтальной скважины может включать вертикальный участок, участок начального искривления, тангенциаль­ный участок и участки увеличения зенитного угла или состо­ять только из вертикального участка и участка увеличения зенитного угла.

Горизонтальный участок может быть выполнен в виде вос­ходящей или нисходящей дуги окружности, т.е. быть вог­нутым или выпуклым, а также прямолинейным или волно­образным. Горизонтальный участок в зависимости от угла падения продуктивного пласта может быть расположен под любым заданным углом к вертикали, в том числе и под уг­лом 90°.

Направляющая часть профиля горизонтальной скважины и ее горизонтальный участок могут рассчитываться отдельно. Однако они должны быть сопряжены друг с другом.

Назначение направляющей части профиля горизонтальной скважины заключается в выведении ствола под определен­ным углом в точку продуктивного пласта с заданными координатами. Поэтому при расчете этой части профиля горизон­тальной скважины кроме проектной глубины и отклонения ствола скважины от вертикали необходимо задавать величи­ну зенитного угла на проектной глубине. Кроме того, как правило, задается величина радиуса кривизны участка уве­личения зенитного угла скважины. При расчете профиля скважины приняты следующие условные обозначения:

Н – проект­ная глубина направляющей части профиля скважины (глу­бина начала горизонтального участка);

А – проектное сме­щение профиля скважины на проектной глубине;

α – зенит­ный угол на проектной глубине (угол входа ствола скважи­ны в продуктивный пласт);

Н_В – длина вертикального уча­стка;

L – длина тангенциального участка направляющей час­ти профиля;

H_г – глубина в конце горизонтального участка;

А_г – смещение скважины в конце горизонтального участка;

α_г – зенитный угол в конце горизонтального участка;

L_г – длина горизонтального участка;

S_П – протяженность гори­зонтального участка;

γ₁ – угол охвата первого интервала волнообразного горизонтального участка;

Т – предельное смещение горизонтального участка в поперечном направле­нии;

T₁,T₂ – предельное смещение двухинтервального гори­зонтального участка в поперечном направлении вверх и вниз соответственно;

α_i – зенитный угол в конце i-го участка профиля;

R_Г1, R_Г2 – радиус кривизны первого и второго интер­валов волнообразного горизонтального участка соответствен­но;

R_Г – радиус кривизны горизонтального участка.

Методика расчета направляющей части профиля горизон­тальной скважины основана на решении системы уравнений проекций участков профиля на вертикальную и горизонталь­ную оси.

При этом расчет профиля горизонтальной скважины сво­дится к определению длины вертикального участка H_в и ра­диуса кривизны одного из участков или длины тангенциаль­ного участка, если он имеется, при заданных остальных па­раметрах профиля.

 

Исходные данные для расчета:

Глубина скважины по вертикали Н = 2500 м, кровля продуктивного пласта находится на глубине Н_кр = 2425 м, толщина продуктивного пласта h_пр =75м.

Горизонтальная скважина имеет отклонение от кровли продуктивного пласта А = 4533 м, протяженность горизонтального ствола А_г = 1623 м

Расчет.

Расчет профиля производится снизу вверх.

Определим параметры искривления ствола скважины в продуктивном пласте.

H=2500

H_кр=2425

h_пл=75

A=4533

A_г=1623

 

Находим значение зенитного угла ствола скважины у входа в кровлю продуктивного пласта:

a_кр=N[ArcTan[A_г/h_пл]/Degree] (4.14)

a_кр= 87.3542

 

Определим параметры профиля скважины на переходном участке от башмака второй промежуточной колонны. Примем интенсивность искривления i= 0.67 град/10 м.

 

Тогда радиус искривления:

R₂ = 573/i (4.15)

R₂ = 855.224

 

Зенитный угол башмака технической колонны a_б = 70.7.

 

Длина ствола скважины на рассматриваемом участке:

l₃ = 0.01745*R₂*(a_кр – a_б) (4.16)

l₃ = 248.542

 

 

Отклонение наклонного ствола на этом участке:

a₃=R₂(Cos[a_бDegree] – Cos[a_крDegree]) (4.17)

a₃ = 243.185

 

Длина интервала ствола по вертикали:

h₃=R₂(Sin[a_крDegree] – Sin[a_бDegree]) (4.18)

h₃ = 47.1511

 

Определим параметры профиля скважины на участке стабилизации зенитного угла при бурении интервала ствола под спуск промежуточной колонны. Предварительно найдем отклонение ствола от вертикали на данном интервале:

R₁ = 573/i (4.19)

R₁ = 855.224

a₁=R₁(1 – Cos[a_бDegree]) (4.20)

a₁=572.56

a₂=A – (a₃+a₁) (4.21)

a₂ = 3717.25

 

Длина ствола скважины в интервале:

l₂ = a₂/Sin[a_бDegree] (4.22)

l₂ = 3938.6

 

Длина ствола скважины по вертикали:

h₂ = l₂Cos[a_бDegree] (4.23)

h₂ = 1301.76

 

Определим параметры профиля скважины на первом участке набора зенитного угла. Длина ствола скважины в интервале:

l₁ = 0.01745*R₁*a_б (4.24)

l₁ = 1055.1

 

Длина ствола скважины по вертикали:

h₁ = R_1*Sin[a_бDegree] (4.25)

h₁ = 807.161

Отклонение ствола от вертикали на данном участке a₁ найдено ранее.

 

Найдем величину вертикального участка ствола скважины из условия:

h₀ = H – (h_пл+ h₃ + h₂ + h₁) (4.26)

h₀ = 268.924

 

Длина скважины по стволу:

H_ств= h₀ + l₁ + l₂ + l₃ + l₄ (4.27)

H_ств= 7135.9

Рисунок 4.6. Профиль проектной скважины