2.4. Обоснование, выбор и расчет профиля основного ствола скважины.

Основной нефтегазодобывающий регион России - Западная Сибирь, нефтяные и газовые месторождения на территории которой разбуриваются только кустовым способом, поэтому, сначала остановимся на проектировании профиля наклонно-направленных скважин на буровых предприятиях в этом регионе.

Проектирование профиля наклонно-направленных скважин и их реализация на практике в указанном регионе определяются рядом инструкций. Основные типы профилей наклонно-направленных скважин в Западной Сибири приведены на рис.1.

При отклонении забоя скважины от вертикали до 300м применяется тангенциальный трехинтервальный профиль, состоящий из вертикального участка 1, участка начального искривления 2 и тангенциального участка 3.

При отклонении забоя скважины свыше 300м используют S-образный четырехинтервальный профиль, включающий вертикальный участок, участок начального искривления, тангенциальный участок и участок уменьшения зенитного угла 4.

Для проектирования наклонно-направленных скважин специального назначения применяется J-образный вид профиля, включающий вертикальный участок, участок начального искривления, тангенциальный участок и участок малоинтенсивного увеличения зенитного угла 5 до проектной глубины.

Бурение участка начального искривления наклонно-направленных скважин в Западной Сибири осуществляют одной секцией турбобура диаметром 240 мм, над которым устанавливают искривленный переводник и УБТ диаметром 178 мм.

Участок уменьшения зенитного угла может быть выполнен в виде дуги окружности или некоторой кривой, отражающей установленную закономерность уменьшения зенитного угла с увеличением глубины скважины.

Проводку завершающего интервала S-образного профиля при бурении наклонно-направленных скважин на нефтяных и газовых месторождениях Западной Сибири

осуществляют турбобуром без применения опорно- центрирующих элементов. При этом установлено, что интенсивность уменьшения зенитного угла снижается с увеличением глубины скважины. Геометрия этого участка определяется рядом факторов, основными из которых являются: тип используемого долота и турбобура; физико-механические свойства горной породы; режим бурения.

Если обратиться к зарубежному опыту проводки наклонно-напрвленных скважин, то можно отметить, что большинство скважин, проводка которых осуществляется ведущими буровыми фирмами США и Англии, проектируется по S-образному четырехинтервальному профилю. При этом зенитный угол в конце участка начального искривления отклонителем обычно не превышает 10°.

В последнее время за рубежом проведены работы, направленные на совершенствование профиля скважины с целью снижения сил сопротивления при перемещении бурильной колонны в скважине и крутящего момента в процессе бурения. Это достигается с помощью J-образного профиля. Такие профили уже в настоящее время находят промышленное применение. В зависимости от геометрии интервалов скважины различают 3 вида J-образного профиля:

с дугой окружности;

с тангенциальным участком и дугой окружности;

с возрастающей интенсивностью искривления.

Необходимо отметить, что технология бурения по профилям указанного типа неотработана из-за отсутствия надежных КНБК, обеспечивающих заданное изменение интенсивности искривления на участке малоинтенсивного увеличения зенитного угла.

Рисунок 3. Рассматриваемые профили наклонно направленных скважин.

а - тангенциальный; б - S-образный;

в - тангенциальный с большим вертикальным участком;

г - S-образный с тангенциальным участком;

д - J-образный;

1, 2, 3 - участки соответственно вертикальный, начального искривления и тангенциальный;

4, 5 - участки соответственно уменьшения и малоинтенсивного увеличения зенитного угла.

Все профили, используемые для проектирования наклонно-направленных скважин, можно разделить на плоские и пространственные. В свою очередь

плоские профили по форме выполнения завершающего интервала профиля разделяются на 3 типа: S-образный, тангенциальный и J-образный.

Преимущества и недостатки.

Участок начального искривления скважины отклонителем у S-образного профиля расположен не ниже 500-800 м, что упрощает управление отклонителем и позволяет осуществлять проводку этого участка с достаточной точностью без применения дорогостоящих систем контроля за положением отклонителя и параметрами ствола скважины.

Главное преимущество S-образного профиля заключается в том, что основные работы по выведению ствола скважины в круг допуска осуществляется при бурении верхних интервалов профиля. В дальнейшем проводка скважины производится КНБК без опорно-центрирующих элементов.

S-образный профиль имеет существенные недостатки:

предусматривает увеличенный по сравнению с другими типами профиля интервал бурения отклонителем, что повышает стоимость и снижает технико- экономические показатели скважины в целом;

реализует интервал уменьшения зенитного угла за счет фрезерования боковой поверхностью долота стенки ствола скважины, что снижает ресурс его работы;

характеризуется максимальной по сравнению с другими типами профиля нагрузкой на буровое оборудование при подъёме колонны бурильных труб из скважины;

наличие значительных суммарных углов охвата и изменения знака кривизны профиля приводит к проявлению прижимающих усилий, способствующих желобообразованию, изнашиванию обсадных колонн штанг при эксплуатации скважины;

практика проектирования профиля наклонно-направленной скважины с учетом закономерностей естественного уменьшения зенитного угла требует постоянной корректировки модели искривления при разбуривании новых нефтегазовых месторождений и использовании новых долот, забойных двигателей, а также при изменении способа и режима бурения.

В целях устранения недостатков, присущих S-образному профилю, и расширения области применения наклонно-направленного бурения были разработаны тангенциальные и J-образные профили и технология их выполнения, которые позволили:

минимизировать длину участка начального искривления, а также зенитный угол в интервале работы внутрискважинного оборудоввания;

уменьшить суммарный угол охвата и непосредственно связанные с ним нагрузку на буровое оборудование при подъёме колонны бурильных труб, а также контактные усилия и силы трения;

расширить возможность регулирования отклонения кустовых скважин от вертикали в пределах, предусмотренных сеткой разработки и числом скважин в кусте;

строить скважины с большими проектными отклонениями; строить кусты скважин с экономически целесообразным их числом при выполнении требований к качеству скважин и надежности их эксплуатации;

наиболее полно использовать вес бурильной колонны для создания нагрузки на долото, что в значительной мере определяет успех проводки наклонно-направленных скважин с большим отклонением забоя от вертикали, а также скважин с большими углами наклона ствола на проектной глубине.

Основным недостатком тангенциального и J-образного профилей по сравнению с S-образным, являются более сложная технология проводки тангенциального участка и участков мало интенсивного увеличения зенитного угла, отсутствие надежных КНБК для стабилизации направления протяженных интервалов, которые обеспечивали бы заданную интенсивность увеличения зенитного угла при сохранении проектного азимутального направления. Выбор типа профиля осуществляется с учетом требований бурения кустовых скважин, прочностных характеристик пород, слагающих геологический разрез месторождений, закономерностей искривления, характерных для используемых компоновок низа бурильной колонны (КНБК), способов и технических средств, применяемых при эксплуатации скважин.

Трехинтервальный (тангенциальный и S-образный) с участками вертикальным, набора зенитного угла в интервале бурения под кондуктор, стабилизации или малоинтенсивного уменьшения зенитного угла. Рекомендуется для скважин на месторождениях, где геолого-технические условия позволяют осуществлять бурение до кровли продуктивного пласта с применением полноразмерных центрирующих элементов в компоновке низа бурильной колонны, и где такая технология отработана (тангенциальный), для скважин на новых месторождениях(8-образный).

Трехинтервальный (тангенциальный с большим вертикальным участком) с участками вертикальным, набора зенитного угла в интервале бурения ниже башмака кондуктора или технической колонны, стабилизации зенитного угла до кровли продуктивного пласта. Рекомендуется для скважин с отклонением забоев от вертикали 300м и менее, в том числе расположенных в зоне залегания многолетнемерзлых пород, с конструкциями, включающими промежуточную ко­лонну.

Четырехинтервальный (S-образный с тангенциальным участком), включающий участки вертикальный, набор зенитного угла при бурении под кондуктор, стабилизации зенитного угла до глубины ниже интервала работы насосного оборудования, уменьшения зенитного угла. Рекомендуется для скважин с отклонением забоев от вертикали более 300м на месторождениях, где по геолого-техническим условиям ниже интервала установки насосного оборудования затруднено безаварийное бурение компоновками с полноразмерными центраторами для стабилизации параметров кривизны, и на новых месторождениях, где технология проводки по трехинтервальному профилю не отработана.

Для проектирования и строительства скважин специального назначения, связанных конкретными условиями разработки месторождения и геологическими характеристиками продуктивного пласта, применяются специальные типы профилей. К специальным относятся профили с наклонным вскрытием пласта и интервалом бурения горизонтального ствола в пласте(1-образ-ный).

Профиль с наклонным вскрытием продуктивного пласта включает интервалы вертикальный, увеличения зенитного угла до 20°, стабилизации до глубины установки насосного оборудования, мало интенсивного увеличения зенитного угла входа в пласт до величины 40-60°.

Профиль с интервалом бурения горизонтального ствола в пласте включает интервалы: вертикальный до определенной глубины в зависимости от глубины залегания кровли продуктивного пласта, набора зенитного угла до 60-75°, стабилизации зенитного угла, набора зенитного угла до 90°, стабилизации или бурения горизонтального ствола.

Допустимая интенсивность искривления в интервале набора кривизны не должна быть 1.5° на 10 м, в интервале стабилизации не более 4° по зенитному и азимутальному углам на 100 м длины ствола, в интервале снижения зенитного угла не более 6° на 100м. Максимальный зенитный угол на интервал набора и стабилизации для обычных типов профилей скважин не должен превышать 20°.

Расчет проектных профилей производится согласно принятой методике, по номограммам, с использованием комплекса программ системы автоматизированного проектирования (САПР), записанных в районных информационно-вычислительных центрах (РИВЦ) объединений.

Из всех выше перечисленных профилей наклонно-направленных скважин для проектируемой скважины подходит четырехинтервальный (S-образный с тангенциальным участком) профиль.

Проектный профиль ствола скважины включает (сверху вниз) вертикальный участок, участок начального искривления ствола скважины, тангенциальный участок, участки мало интенсивного увеличения и уменьшения зенитного угла ствола скважины.

При расчете профиля скважины кроме проектных значений глубины и отклонения задаются также длина вертикального участка и радиус кривизны участка начального искривления.

Зенитный угол скважины на проектной глубине при проектировании наклонно-направленной скважины жестко не регламентируется, поэтому такой угол целесообразно принять в качестве одной из неизвестной величин.

Федоровское месторождение разбуривается кустовым. Для проектируемой скважины составляется индивидуальный технический проект на строительство.

Проектируемая скважина имеет следующие параметры:

Н - глубина скважины по вертикали, 2730м;

Нпл - глубина кровли пласта

A - по вертикали, 2650м;

А - отклонение забоя на кровлю пласта Ач_1, 1200м.

Вертикальный участок выбирается исходя из геологических условий и порядка разбуривания куста и принимается равным 100м.

вертикальный участок от 0 до 100 м;

участок набора кривизны от 100 до 295м по стволу (100-287м по вертикали),

где интенсивность набора кривизны составляет не более 1,5° на 10м;

участок стабилизации параметров кривизны от 295 до 1995 м по стволу

(287-1770м по вертикали);

участок падения зенитного угла с интенсивностью 2° на 100 м в интервале от

1995 до 2730м по стволу (1770-2650м по вертикали).

Профиль ствола скважины представлен в таблице 2.4.1 и на рисунке 4.

Наименование участка профиля	Интервал по стволу, м			Интервал по вертикали, м			Горизонтальное отклонение, м		Зенититный угол,град.
	от (верх)	ДО (низ)	длина	от (верх)	ДО (низ)	длина	за ин- вал	общее	в нач. и-ла	в конце и-ла
Вертикальный участок	0,0	100,0	100,0	0,0	100,0	100,00	0,0	0,0	0,0	0,0
Участок набора	100,0	295,0	195,0	100,0	286,6	186,6	48,7	48,7	0,0	29,25
Участок стабилизации	295,0	883,4	588,4	286,6	800,0	513,4	287,5	336,2	29,25	29,25
	883,4	1995,1	1111,6	800,0	1770,0	970,0	543,2	879,4	29,25	29,25
Участок падения	1995,1	2730,0	1029,9	1770,0	2730,0	960,0	333,0	1212,5	29,25	9,0
Точка вскрытия прод.гор.		2650			2670			1200		10,0

Рисунок 4. Профиль наклонно направленной скважины.

Условные обозначения:

L - длина скважины по инструменту;

Н - Глубина скважины по вертикали;

А - Смещение забоя скважины на кровлю продуктивного горизонта;

1_{1 -} длина вертикального участка;

1₂ - длина участка набора зенитного угла;

1₃ - длина участка стабилизации зенитного угла;

1₄ - длина участка падения зенитного угла;

а₁ - смещение забоя на участке набора зенитного угла;

а₂ - смещение забоя на участке стабилизации зенитного угла;

аз - смещение забоя на участке падения зенитного угла.