6.3. Расчет четырехинтервального профиля

с участком стабилизации зенитного угла

Исходными данными для расчета являются:

– глубина кровли H_кр и подошвы H_п пласта;

– отход A по кровле пласта;

– длина вертикального h_в участка;

– радиусы искривления на участке набора зенитного угла R₁ и на участке падения зенитного угла R₂;

– конструкция скважины;.

– интервал установки ГНО.

Значения H_кр, H_п, A и интервалы установки ГНО обычно задаются геологической службой НГДУ.

Максимальный зенитный угол α (зенитный угол наклонно-прямолинейного участка) рассчитывается по формуле:

, (12)

где ,

, .

Для расчета  необходимо знать _кр . Обычно _кр .на 10 – 15⁰ меньше . Поскольку оба они неизвестны, поступают следующим образом. Находится вспомогательный угол ₁, считая его зенитным углом наклонно-прямолинейного участка в предположении, что участок набора зенитного угла отсутствует:

Зенитный угол при достижении скважиной подошвы пласта:

. (13)

Формулы для определения длин всех участков и их горизонтальных и вертикальных проекций приведены в табл. 5.

Таблица 5

Формулы для расчета четырехинтервального профиля

Четырехинтервальный профиль показан на рис. 10.

Рис. 10. Четырехинтервальный профиль

6.4. Проектирование и расчет профилей

ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН

С середины прошлого века во всем мире началось бурение скважин с горизонтальным отклонением, их часто условно называют горизонтальными скважинами (ГС). Имея кратно большую поверхность стенок скважины в продуктивном пласте (площадь фильтрации), ГС при прочих равных условиях (пластовое давление, проницаемость пластов) обеспечивают больший дебит пластового флюида.

Вместе с тем большая продолжительность вскрытия пласта по сравнению с вертикальными и наклонно-направленными скважинами может привести к существенному загрязнению околоскважинных зон пласта (ОСЗП). Это предъявляет повышенные требования к качеству промывочных жидкостей, используемых при проходке горизонтальных участков скважин. Кроме того, в продуктивных пластах, как правило, вертикальная проницаемость меньше горизонтальной, и зачастую продуктивный пласт состоит из отдельных пропластков, разделенных малопроницаемыми перемычками. Это обстоятельство накладывает определенные требования к профилю горизонтального участка.

Профиль ГС включает, как правило, два или три участка набора зенитного угла. Первый из них (переход от вертикального участка к наклонно прямолинейному) имеет те же ограничения, что и для наклонно-направленных скважин – интенсивность искривления i не более 1,5⁰/10 м, радиус искривления R₁>380м. По величине радиуса кривизны второго участка искривления различают ГС с большим (радиус более 300 м), средним (радиус 100-300 м) и малым радиусом (10-60 м).

Горизонтальные скважины с большим радиусом могут быть реализованы при кустовом способе бурения с большими отходами и при длине горизонтального участка в 1000 м и более. При этом используется стандартная техника и технология наклонно направленного бурения, позволяющая получать интенсивность искривления до 1,5 – 2⁰/10 м.

Горизонтальные скважины со средним радиусом применяются при бурении как одиночных скважин, так и для восстановления продуктивности эксплуатационных скважин. При такой длине максимальная интенсивность i = 2  6 градуса на 10 м проходки при длине горизонтального участка 450 – 900 м. Скважины, выполняемые по среднему радиусу, наиболее экономичны, так как имеют меньшую длину ствола (по сравнению с длиной ствола скважины с большим радиусом), обеспечивают более точное попадание в заданную точку на поверхности продуктивного пласта, что весьма важно при наличии тонких нефтяных и газовых пластов.

Горизонтальные скважины с малым радиусом успешно использу­ются при разбуривании месторождений, находящихся на поздней ста­дии эксплуатации, а также при бурении вторых стволов из ранее про­буренных скважин. Для этого вырезают окно, либо полностью фрезе­руется участок обсадной колонны длиной в 8-10 м. В этих условиях насосное оборудование помещают в основном стволе, причем жела­тельно, чтобы значение зенитного угла на участке его установки и вы­ше не превышало 20°. Интенсивность искривления таких стволов мо­жет быть 1-2° на 1 м при радиусах 10-30 м, а длина горизонтального участка до 90-150 м.

Если бурение скважин по большому радиусу не требует специаль­ного оборудования, то проводка стволов со средним и коротким ра­диусом может быть осуществлена только с применением специальных бурильных труб и укороченных и коротких забойных двигателей.

Проектирование горизонтальной скважины начинают с определе­ния протяженности, формы и направления горизонтального участка. Эти параметры зависят от степени неоднородности продуктивного пласта, его толщины, литологии, твердости и устойчивости пород, угла паде­ния пласта, т.е. от геологической характеристики пласта.

В продуктивных пластах толщиной более 20 м профиль горизонтального участка может быть наклонным, чтобы пересечь все возможные проницаемые пропластки.

Если продуктивный пласт имеет небольшую толщину и неоднородную структуру, при которой имеются непродуктивные пропластки, то такие пласты целесообразно разбуривать волнообразно. Для того, чтобы при этом не выйти за пределы продуктивного пласта телеметрические системы, используемых при проводке ГС, должны иметь датчики, определяющие приближение долота к границам разбуриваемого пласта.

Оптимальная протяженность горизонтального участка зависит от соотношения увеличения затрат на проводку ГС по сравнению с вертикальной или наклонно-направленной и увеличения дебита, и может составлять от 100-200 м до 700-800 м.

6.4.1. РАСЧЕТ ПРОФИЛЯ ГС ПЛОСКОГО ТИПА

(устье ГС находится в одной плоскости с горизонтальным окончанием)

В этом случае профиль плоский и состоит чаще всего из 5 участков: вертикального, двух участков набора зенитного угла, наклонно-прямолинейного и горизонтального.

Исходными данными для расчета являются:

– отход (расстояние по горизонтали от устья до точки входа в пласт) A;

– глубина кровли H_кр и подошвы H_п пласта по вертикали;

– длина вертикального h₁ и горизонтального l_г участков;

– радиусы искривления на первом R₁ и втором R₂ участках набора зенитного угла;

– конструкция скважины;

– азимут скважины φ_пр;

– интервал установки ГНО.

Значения A, H_кр, H_п, φ_пр, l_г, интервал установки ГНО также задаются геологической службой НГДУ.

Значения радиусов искривлений R₁, R₂, R₃ определяются выбранными типоразмерами отклонителей и имеющимися ограничениями на интенсивность искривления. На первом участке набора зенитного угла используют обычные турбинные (электро-) отклонители, дающие искривление большого радиуса.

На втором и третьем участках набора зенитного угла, как правило, используют забойные двигатели с регулируемым углом искривления между секциями, позволяющие в достаточно широком диапазоне менять интенсивность искривления, а также бурить прямолинейные участки.

Угол входа в пласт α_кр во многом зависит от толщины продуктивного пласта. Для того, чтобы выйти при переходе к горизонтальному участку приблизительно на середину продуктивного пласта, угол входа в пласт должен быть равен:

(14)

где h_п = H_п – H_кр — толщина пласта.

Расчетный зенитный угол (ЗУ) на наклонно-прямолинейном участке (участке стабилизации ЗУ) находится из выражения:

, (15)

г де , ,

Зависимости для выбора вертикальных h_i, горизонтальных a_i проекций участков профиля и их длин l_i приведены в табл. 6.

Таблица 6

Формулы для расчета плоского профиля скважин с горизонтальным

окончанием

Профиль ГС плоского типа показан на рис. 11.

Рис. 11 - Профиль ГС плоского типа

Зачастую, согласно конструкции ГС предусматривается спуск в кровлю пласта эксплуатационной колонны. В этом случае добор зенитного угла до 90⁰ в продуктивном пласте осуществляется другой компоновкой, чем при проводке скважины на участке 4а, и обеспечивающей на участке 4б искривление по радиусу R_3. В этом случае: