Бурению горизонтальных скважин 5

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

направления в конце курсовой длины неизвестной величины. Мы знаем угол отхода в настоящий момент, новый угол отхода и изменение направления. С

помощью этих величин мы находим кривизну по ойия-доске. Зная кривизну (из предыдущих измерений), мы можем вычислить требуемую курсовую длину. На доске так же определена и ориентация относительно оси.

Вычислите новые ожидаемые величины наклона и направления при

данной ориентации относительно оси и кривизне ствола.

Зная ориентацию и курсовую длину, можно вычислить изменение направления. Таким образом, мы знаем предыдущее изменение угла, ориентацию относительно оси и изменение направления. Новое изменение угла и изменение направления определяются по доске. Зная изменение направления, легко найти ожидаемое направление ствола.

Вычисления отклонения инструмента.

Основные формулы, на которых основан метод ойия-доски перечислены ниже. Все они могут быть выведены из векторной диаграммы, представленной на рис. 6.7, с помощью простых тригонометрических функций.

Рис. 6.9

Установка ориентации относительно оси.

1. Если b>а, т. е угол теряется вдоль курсовой длины, то

TF = 180° - tg-1 asinc(b - acosc)-1

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

2. Если b<а, т.е. угол набирается вдоль курсовой длины, то

TF= tg-1 asinc (acosc - b)-1

Ожидаемое изменение направления ствола.

с = tg-1(изменение направления sin (ориентация отн. оси) (b + (изменение направления) cos(opиeнтaция относительно оси)))-1

Максимально возможное изменение направления.

Cmax = sin-1 (изменение направления) (изменение угла)-1

Рэгланд-диаграмма

Результат различной установки ориентации инструмента относительно оси можно визуально проследить, нанося на бумагу с полярными координатами результаты измерений в каждой точке наклона и направления. Этот метод известен как Рэгланд-диаграмма (рис. 6.9). Концентрические окружности,

разделенные равными промежутками, представляют собой изолинии равного наклона. Длина линии, соединяющей две точки измерения на диаграмме, является изменением направления между двумя этими точками. С помощью этой диаграммы можно наглядно проследить за способностью к отклонению от направления инструмента в зависимости от ориентации относительно оси. И

наоборот, поскольку диаграмма имеет шкалу, мы можем предсказать результат отклонения направления в зависимости от ориентации инструмента при заданной кривизне (при условии, что величина реактивного момента нам известна).

Постоянная скорость поворота к цели.

Применение комбинации забойный двигатель/кривой переводник или забойного двигателя с изменяемой кривизной корпуса для коррекции позволяет обычно быстро выполнить эту операцию. Поворот происходит на достаточно коротком участке. При принятии решения о необходимости коррекции курса, нам нужно определить среднюю скорость поворота по всей длине дуги от начального положения до цели. Похожа ли эта постоянная скорость поворота на

"естественный" уход долота и / или на влияние свойств породы?

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

Если да, то мы можем отложить на некоторое время выполнение корректировки. Если нет, то мы можем задействовать забойный двигатель или мы можем подождать и "дать возможность скважине самой по себе скорректироваться". Каждый случай должен быть хорошо обдуман инженером направленного бурения.

Влюбом случае, в каждой точке замера координат, мы должны быть готовы

кнеобходимости вычисления скорости поворота влево, вправо для попадания в левую, правую или центральную часть цели в горизонтальной плоскости. Мы предполагаем, что поворот ствола будет происходить с постоянной скоростью от последней точки замера координат до цели. Нам необходимо знать три величины,

определяющие скорость поворота ствола, для того, чтобы определить попадем ли мы в цель при выполнении корректировки.

Общий поворот, необходимый для попадания в цель

Предположим, что мы провели измерения координат и это позволило нам определить местонахождение некоторой точки S в прямоугольных координатах на плоскости (рис. 6.10). Азимут ствола по отношению к северу равен а. Цель расположена в точке Т. Направление от точки S к точке Т равно b. Значит, для

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

того, чтобы непрерывным образом попасть в нужную нам точку, азимут должен измениться на величину с = (b-а).

Если предполагается, что ствол поворачивается с одинаковой скоростью от S

до Т, то мы можем начертить дугу, противолежащей углу d. Радиус кривизны дуги (Rc) = OS = ОТ. Угол d лежит между ними. Линия ХУ = касательной в точке

S. Она представляет собой азимут, при последнем измерении координат.

OS перпендикулярна XY. Следовательно, угол OSY=90°. Taкже, угол

OSY=(e+c). Поэтому, угол OSТ=(90°-с). Линии OS и ОТ - одной и той же длины.

Поэтому треугольник OST -равнобедренный. Следовательно, угол OST= углу

OTS =е. Сумма углов = 180°= (e+e+d) = (2е+d1). Поэтому, е = (180°-d)/2 = (90°- d/2)/ C другой стороны, мы имеем е = (90°-с). Поэтому, (90° - d/2) = (90°-с). Таким образом, d=2c

Следовательно, если поворот происходит с постоянной скоростью, то полная величина поворота, необходимого для попадания в цель, равна удвоенной величине угла от точки последнего замера координат до цели. Это должно быть основным правилом при практической работе. Конечный азимут в цели будет

(a+d)=(a+2c).

Скорость поворота, необходимая для попадания в цель

Пользуясь чертежом горизонтальной проекции ствола, мы можем вычислить скорость изменения направления курсового отклонения на 100 футов длины.

Назовем ее г. Для вычисления скорости поворота на 100 футов измеренной глубины, мы должны учесть наклон ствола. Назовем эту скорость поворота rt.

Пусть I=среднему наклону ствола, который удовлетворяет условию попадания в цель. rt=rsinI

Радиус кривизны (Rc)=180° / r . Поэтому, r=180° /Rc. Нам необходимо

вычислить Rc. Проведем ОР перпендикулярно ST. OS=OT=Rc. SP=(OS2 - ОР2)1/2. PT = (OS2 - OP2)1/2 Поэтому, SP=PT. Следовательно SP=ST/2. Угол SOP = (180° -

90° -e)=90° - e = с. Rc дуги ST = OS = SP/sinc. Ho, SP=ST/2. Поэтому, Rс = OS = ST/2sinc. Теперь можно вычислить длину дуги ST. ST = 2TC Rc d/360°. Rc = OS

= ST/2sinc и d = 2с. Поэтому длина дуги

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

ST = 22с /360° 2sinc = STC/180° sinc.

Скорость поворота в горизонтальной плоскости, необходимая для попадания в цель = [(полный поворот) 100/(длина дуги)]0 / 100 футов=

2c 100 180 sinc/ ST c (36000 sinc/ ST)° /100' курсового отклонения.

Поскольку необходимо учитывать наклон ствола по отношению к цели (I),

скорость поворота на 100 футов измеренной глубины дается выражением:

ROT = [(36000 sinc sinI)/ (*ST)]° /100' курсового отклонения.

Практически, это очень точный и быстрый способ измерения скорости поворота, необходимого для попадания в цель с левой стороны, с правой стороны или в центр. Следует иметь в виду, однако, что этот метод предполагает постоянство скорости поворота на протяжении всего пути от точки последнего замера координат до цели. Этот метод лучше всего подходит для участков с постоянным наклоном. Очевидно, что вычисления на участках набора/потери угла более сложны.

Процедура

1.Вычислите координаты по результатам последнего замера. Нанесите координатные данные как на вертикальный, так и на горизонтальный разрезы ствола.

2.На горизонтальной проекции чертежа измерьте транспортиром направление ствола от последней точки замера координат до левой, правой и центральной части цели. Независимо от этого, вычислите эти величины,

используя разницу координат.

3.Разница между азимутом ствола при последнем замере и вышеперечисленными азимутами дадут величину мгновенного поворота (влево или вправо), необходимого для попадания в левую, правую или центральную части цели.

4.Из вышеприведенного мы знаем, что полный поворот, необходимый для того, чтобы попасть в любую часть цели (при повороте с постоянной скоростью)

должен быть в два раза больше величины "мгновенного" поворота. Таким

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

образом мы сможем вычислить величину суммарного поворота, необходимого для попадания в левую, правую или центральную части цели.

5. Из чертежа вертикальной проекции мы можем оценить измеренную глубину (MD), остающуюся от нашей точки последнего измерения координат до цели. (Мы используем оставшуюся TVD и предполагаем, что наклон ствола будет выдерживаться от точки последнего замера до цели). В подавляющем большинстве случаев эти величины очень близки к величинам, определяемым программой направленного бурения.

4. Скорость поворота вправо/влево необходимая /допустимая в каждом из этих трех случаев определяется следующим образом:

ROT = [(суммарный поворот) 100/(MD)]° /100'

Постоянная скорость набора/падения угла на пути к цели

Скорость набора / падения угла определяется аналогичным образом, (рис.

6/11). Пусть I1 будет углом в точке последнего замера координат (S).

I - "мгновенное" изменение угла, необходимого для попадания в центр цели.

I является средней величиной наклона ствола, измеренного от S до цели Т. В этом случае нам необходимо потерять угол, если мы хотим попасть в цель.

Процедура

1.На чертеже вертикального разреза измерьте наклон от точки последнего замера координат до (например) центра цели.

2.С помощью наклона, вычисленного по результатам измерений, можно быстро вычислить "мгновенную" величину изменения наклона (в

рассматриваемом случае - потерю угла), которая требуется для попадания в центр цели.

3.В предположении того, что скорость потери угла будет постоянной в течение всего пути до центра цели, легко получаем:

2 (мнгновенное изменение наклона) = 2 I

4.С другой стороны: I = ctg( SEC/ TVD)

5.Допустимая/необходимая скорость потери угла:

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

КОВ=(полная потеря) 100/МР = [ 2 I 100/МВ]°/100'

Это - очень точная и легко применимая на практике формула. 5. Конечный наклон у цели будет: (I+/-2 I).

Замечание: Скорость набора или потери угла мы определили одинаковым образом. Единственная разница состоит в том, что конечный наклон у цели будет меньше, чем у исходной точки замера координат на величину полной потери угла.

Мы выделяем три основные части цели: нижнюю часть, центральную часть и верхнюю. Это определяет три различные скорости потери угла. На этой основе принимается решение о том когда и нужно ли вообще изменять КНБК.

Замечание: С помощью MacDD можно провести линию к цели для любого профиля ствола. Это особенно легко сделать для S- образных профилей в фазе потери угла. Мы можем определить необходимую скорость потери угла от нашего настоящего местонахождения до цели.

Зарезка в открытом участке ствола.

Существуют два основных типа зарезки в открытом стволе:

1. "Слепая" зарезка. Слепая зарезка - зарезка в вертикальном участке ствола, выполняемый обычно для того, чтобы обойти препятствия на дне забоя

(оставленный инструмент и т. п.). На вершине участка устанавливается цементный мост и ствол закривляется от этого моста при помощи КНБК, в состав которой входят долото/забойный двигатель/кривой переводник. Некоторый наклон (и следовательно отход) производится в произвольном направлении. Затем эта КНБК поднимается и ее заменяют на маятниковую, с помощью которой ствол опять отклоняют к вертикали. Обычно считается, что зарезка выполнена удачно,

когда участок ствола с оставленным инструментом - обойден.

2. Ориентированная зарезка. Зарезка этого типа выполняется для попадания в определенную цель. Она может быть вызвана результатом безуспешных ловильных работ в отклоненном стволе и требованиями сохранения необходимой точности выдерживания координатных параметров ствола для попадания в цель. Иногда, по достижении некоторой измеренной глубины (длина

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

ствола), измерения координат в открытом стволе могут оказаться не внушающими доверия. Заказчик может захотеть установить цементный мост на много выше забоя и с этого места начать зарезку. Изменение направления на 60° и

более градусов - обычное дело. Ориентированная зарезка применяется и в горизонтальном бурении. Заказчик может пробурить пилотный ствол с определенным уклоном. При данной измеренной глубине проводятся замеры координат. Уточняется точное значение истинной глубины (TVD) зоны цели. В

пилотный ствол после этого устанавливается мост и с этого места производится зарезка так, чтобы ствол был горизонтальным. Если цементный мост - жестче чем порода, то зарезка должна быть совершенно прямой. Однако, даже в этой ситуации необходимо принять все соответствующие меры, чтобы зарезка получилась удачной. При выполнении зарезки, необходимо руководствоваться тремя основными правилами:

1.Хороший цементный мост имеет жизненно важное значение.

Единственный путь для определения твердости моста состоит в том, чтобы чуть-

чуть его подбурить. Попытка определить его крепость путем приложения к нему веса ничего не говорит. Иногда на вершине моста имеется тонкая " корочка ". Она способна выдержать значительный вес (равный нагрузке на долото) если нет вращения долота. Однако, пробурив несколько футов, можно обнаружить мягкую грязеподобную "сердцевину ".

2.Инженер не должен торопить события и изо всех сил стремиться ускорить работу, чтобы не уменьшать шансов успешного выполнения зарезки. Очень важным следует признать необходимость того, чтобы инженер направленного бурения лично убедился в твердости моста.

3.Соответствующее долото, применяемое во время зарезки, увеличивает его успех на 50% в любых породах. Чем жестче порода, тем важнее выбор долота.

Тампонаж

1. Исследования геометрических характеристик полости позволяют определить необходимый объем цемента и выбрать точку зарезки. Кроме этого,

зарезку легче выполнить на участке ствола, размер которого соответствует заданному калибру.

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

2.Чтобы уменьшить загрязнение цемента жидкой глиной, участок предварительно обрабатывается соляным раствором равного объема.

3.Цементный раствор закачивается через бурильную трубу с открытым концом. Однако, если диаметр ствола - 8 1/2", то рекомендуется установить хвостовую трубу с длиной, равной высоте цементного столба. Это уменьшит образование каналов.

4.Не рекомендуется добавлять в цемент песок, поскольку он уменьшает прочность на сжатие.

5.Необходимо применять цементный раствор с плотностью 16 фунт/галлон или выше. В участках ствола большой глубины, где температуры достигают 300

F, в цемент добавляется кремневая пудра.

6. Когда необходимо "обойти" оставленный инструмент, высота цементной колонны должна быть 150-200 футов.

Процедура зарезки в открытом стволе

1.Установите цементный мост.

2.Соберите КНБК для того, чтобы подбурить цементный мост. Используйте долото с зубцами.

В вертикальной скважине обычно применяется скользящая компоновка. В

ответвленном участке ствола КНБК обычно содержит стабилизаторы. Точная компоновка КНБК зависит от профиля ствола.

3.Подождите, пока схватится цемент (минимум 12 часов).

4.Подбурите цементный мост. Это означает, что нужно пробурить несколько футов со средними параметрами. Скорость проходки сравнивается со скоростью проходки породы в этом месте.

Как правило, максимальная скорость проходки при подбурке цементного моста равна 60 фут/час. Очевидно, что в твердой породе зарезку сделать труднее.

5. Если твердость цемента недостаточна, то необходимо сделать выбор между подъемом колонны и обсаживанием этого участка и разбуриванием полностью этого моста и повторным цементированием. В настоящее время принято считать, что если в течение 24 часов твердость цемента не достаточная,

то дольше ждать не имеет смысла.

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

6. Соберите КНБК для выполнения зарезки. Обычно она состоит:

Долото + забойный двигатель + кривой переводник + перепускной

переводник + ориентирующий переводник (UBHO) + немагнитная УБТ +

УБТ.

Некоторые из других типов КНБК перечислены в таблице 6.4.

Выбор долота для зарезки.

Ствол 17 1/2". Обычно проблем не возникает. Зубцовое долото работает в

течение 25 часов.

Ствол 12 1/4". Трехшарошечное долото с уплотненными подшипниками должно работать по крайней мере 15 часов (даже в случае высокоскоростного забойного двигателя). Однако инженеру направленного бурения следует следить на поверхности за соответствующими параметрами, указывающими на повреждения долота (например, частая остановка двигателя, ненормально низкая скорость проходки).

Ствол 8 1/2". Если порода - средней твердости, то для выполнения зарезки может понадобиться более одного долота. Поэтому может возникнуть необходимость в ориентировании двигателя даже при "слепой" зарезке для более эффективного набора угла. Для твердых пород необходимо применять специальное алмазное долото.

Замечание: Выбор кривого переводника или угла установки корпуса двигателя будет зависеть от твердости породы. Чем больше угол установки, тем больше будет боковая сила и тем сильнее будет интенсивность набора угла. Если точка зарезки располагается относительно неглубоко по сравнению с окончательной глубиной скважины, то интенсивность набора угла следует выбирать с учетом этого обстоятельства.

7. Опустите колонну на голову цементного моста. Работайте колонной.

Сориентируйте колонну. Если это "слепая" зарезка, то установите колонну в произвольном направлении, но сделайте пометку на трубе и роторном столе.

Застопорите роторный стол. Регистрируйте давление циркуляции у забоя, 8. Используйте забойный двигатель с малой мощностью для того, чтобы

скорость проходки была малой. Первые 10 футов бурите с небольшой скоростью.

СПБГУАП группа 4736