4.2. Проектирование трасс горизонтальных скважин

В связи с тем, что механизм и закономерности искривления горизонтальных скважин в основном аналогичны искривлению наклонных скважин, проектирование их траекторий также может осуществлять по методике «типовых трасс», изложенной выше, и расчет уравнений типа θ=θ₀ и α=α₀ или θ=θ₀+K₁L+K₂L и α=α₀+n₁L+n₂L. При этом следует особое внимание уделять определению начальных углов заложения скважин с учетом их средних минимальных интенсивностей на интервалах глубин 50, 100, 150 м и т.д. при установленной технологии (режимах бурения), типах породоразрушающего инструмента и компоновках колонковых наборов, типов их центраторов (стабилизаторов) и интервалов их постановки. Наиболее рациональной методикой является их заложение согласно рис. 7.

Во всех случаях бурения горизонтальных скважин их заложение следует осуществлять по отношению к простиранию напластований пород и рудного тела таким образом, чтобы исключить или свести к минимуму азимутальное искривление.

Опыт бурения горизонтальных скважин на Северном Кавказе (Ю.В. Кодзаев), В.И. Власюка в Таджикистане и др. свидетельствует о том, что в ряде случаев весьма положительным является бурение многоствольных горизонтальных скважин, обеспечивающего повышение качества и экономическую эффективность буровых работ и возможность замены им проходки горных выработок.

4.3. Проектирование многоствольных скважин

При проектировании многоствольных скважин основной задачей является правильный выбор и расчет трасс их основных и дополнительных стволов. Для этого требуется определить следующие параметры: глубину и углы забуривания и длину дополнительных стволов, проектные зенитные углы и азимуты по длине каждого дополнительного ствола, количество циклов искусственного искривления, углы установки отклонителей.

Основной ствол обычно проектируется с учетом закономерностей естественного искривления на данном участке месторождения по изложенной ранее методике.

Форма трассы дополнительного ствола должна быть рациональной, т.е. обеспечивать достижение заданного пункта разведочной сети с наименьшими затратами времени и средств. Это определяется степенью использования закономерностей естественного искривления и совершенством конструкции отклонителя, которым производится искусственное искривление. Если искусственное искривление осуществляется без существенного снижения производительности бурения, то рациональной следует считать трассу дополнительного ствола, составленную из дуги окружности, минимально возможного для данных технических средств или допустимого радиуса. Если искусственное искривление снижает производительность бурения, может быть рекомендована двухинтервальная трасса дополнительного ствола, составленная из двух участков: верхнего – криволинейного и нижнего – прямолинейно-наклонного. Криволинейный участок дополнительного ствола бурят по дуге окружности (ее радиус определяется конструкцией отклоняющего устройства, прочностными характеристиками бурильных труб и техническим состоянием ствола скважины – возможностью желобообразования и др.). На прямолинейно-наклонном участке искусственные отклонители не применяются. Дополнительные стволы могут быть пространственно-искривленными, многоствольно-кустовыми и многопрофильными. Их проектирование изложено в специальной литературе [3, 4, 6, 7, 9, 12, 13].

Расчет трассы многоствольной скважины и параметров дополнительного ствола приводим для случая: основной ствол в верхней части наклонно-направленный, затем криволинейный [12], согласно рис. 9.

О пределяются радиусы основного R и дополнительного R₁ стволов:

R=180°/πi_j (4.22)

R₁=180°/πi₀₁ (4.23)

где i₀ и i_θ1 – интенсивность искривления соответственно основного и дополнительного стволов, градус/м.

Конечный угол основного ствола:

θ_А=+γ–90° (4.24)

где  – угол падения залежи; γ – угол встречи скважиной залежи полезного ископаемого.

Зенитный угол основного ствола в точке В:

θ_В=arcsin(sinθ_A–K_θh₂), 4.25)

где K_θ – кривизна основного ствола,

Рис. 9. Схема к расчету профиля многоствольной скважины

K_θ =i_θπ/180° (4.26)

Расстояние по горизонтали от точки В до проекции точки А на ось у:

S₂=(cosθ_B-cosθ_A)/K_θ. (4.27)

Положение точки заложения основного ствола на поверхности:

S_A=S₁+S₂+h₁sinθ₁+S₂. (4.28)

Длина криволинейной части основного ствола L по оси:

L=0,01745(θ_н–θ₁)/K_θ (4.29)

Расположив начало координат в точке В (начало искривления основного ствола), записывают координаты точки А:

x_A=h₂; y_A=S₂. (4.30)

Тогда координаты точки С определяются уравнениями:

x_C=x_A–h₂sin; (4.31)

y_C=y_A+h₂cos. (4.32)

Зенитный угол в точке D забуривания дополнительного ствола:

(4.33)

где d, q, p – коэффициенты; φ – вспомогательный угол, равные:

d=(Rsinθ_B+x_C)/R₁; (4.34)

q=(R–R₁)/R₁; (4.35)

p=(Rcosθ_B–y_C)/R₁; (4.36)

φ=arctg(p/d). (4.37)

Зенитный угол дополнительного ствола в точке подсечения залежи:

θ_C=arcsin(d–qsinθ_D). (4.38)

Точка забуривания дополнительного ствола на основном стволе определяется длиной прямолинейной части скважины и криволинейного интервала от точки В до точки D.

. (4.39)