книги / Техника и технология строительства боковых стволов в нефтяных и газовых скважинах
..pdf3.Бурение радиально-разветвленного ствола № 3 (рис. 6.9, 6.10, 6.12). Предварительно производится вырезание «окна» в эксплуатационной ко лонне. Уипсток устанавливается на глубине 2004 м по вертикали, что на 0,5
мвыше глубины зарезки ответвления № 2 и соответствует глубине скважи ны по стволу — 2275,8 м, на расстоянии 6,7 м от первого «окна». В интер вале ствола от 2275,8 м до 2300,0 м в пределах ПП зенитный угол с 85,16°С увеличивается до а г = 90°С. Далее со стабильным углом скважина углубля ется на 125,8 м (рис. 6.12). На глубину 2425,9 м спускаются фильтровые трубы 088,9 мм, и также как в ответвлении № 2 верхняя часть НКТ обору дуется проходным пакером.
4.Бурение четвертого радиально-разветвленного ствола скважины № 4 (рис. 6.9, 6.10, 6.12). Параметры профиля представлены в табл. 6.3 и на рис.
6.12. Глубина точки зарезки по стволу — 2266,6 м, по вертикали — 2300, 0 м. Расстояние между «окнами» стволов № 3 и № 4 составляет 9,2 м. Техно логический процесс вырезания «окна» в обсадной колонне, бурение и заканчивание ответвления № 4 такие же, как и в ответвлениях № 2 и № 3.
В целом, проектируемая РРГС с четырьмя радиально-разветвленными стволами имеет общую протяженность в продуктивном пласте, равную ЕАгор = 600 м. Так как расстояние межу устьями стволов составляет всего 2 м (по вертикали), то фактически эксплуатация пласта будет осуществляться в одинаковом режиме, что должно обеспечить значительный рост добычи нефти (газа).
Расчет параметров проектного профиля радиально-разветвленных горизонтальных стволов скважины в пределах продуктивного пласта
Исходные данные для расчета (ответвление № 2).
Расстояние от основного горизонтального ствола до точки зарезки от ветвления № 2 по высоте пласта h, = 0,5 м (от 2004,5 м до 2005,0 м).
Радиус искривления ствола скважины на интервале набора кривизны составляет R, = 286,5 м (/„, = 2°С /10 м) при изменении в точке зарезки до а2= 90°С после выхода ствола на горизонталь.
Принятое значение R остается постоянным для набора кривизны во всех остальных радиально-ответвленных стволах, что соответствует радиусу ис кривления основного ствола от зенитного угла на глубине кровли продук
тивного пласта акр = 79,33°С до аг = 90°С. |
|
|
|||
Последовательность расчета: |
|
|
|
|
|
1. |
Определяется значение зенитного угла а, в точке зарезки второго от |
||||
ветвленного ствола из условия |
|
|
|
|
|
|
1ц = R(sin90° —sinct,). |
(6.18) |
|||
Решая относительно а,, имеем: |
|
|
|
||
|
|
a i = |
R - h , |
|
(6.19) |
|
|
R |
|
||
|
|
|
|
|
|
Подставляя в формулу (6.18) известные значения R и А/, получаем: |
|||||
|
_ 286,5-0,5 = 286,0 |
0,9982, |
|||
|
arcsinа.) = |
286,5 |
|
286,5 |
|
|
|
|
|
||
откуда
Таблица 6.4. Параметры проектного профиля радиально-горизонтальных скважин в пределах продуктивного пласта
Глубина нахож |
|
Расстояние |
Длина ин |
|
Общая |
|
|||
дения вырезан |
Зенитный |
между «окна |
Длина |
протяжен |
Глубина |
||||
тервала |
|||||||||
ного «окна» в |
угол на глу |
ми» в колон |
ствола при |
горизон |
ность от |
скважи |
|||
колонне, м |
бине выре- |
не, м |
тально |
ветвления в |
|||||
|
|
занного «ок- |
|
|
наборе |
гоствола |
пределах |
ны по |
|
по |
|
по |
ПО |
кривизны |
длине |
||||
по ство |
на» в колон |
от а0до |
в пла |
продуктив |
ствола, м |
||||
верти |
не а о, град. |
верти |
ство |
сте, м |
ного пла |
||||
кали |
лу |
|
кали |
лу |
оц. = 90е |
|
ста, м |
|
|
|
|
|
|
РГС №2 |
|
|
|
||
2004,5 |
2282,5 |
86,50 |
0,5 |
— |
17,5 |
132,5 |
150 |
2432,5 |
|
|
|
|
|
РГС №3 |
|
|
|
||
2004,0 |
2275,8 |
85,16 |
0,5 |
6,7 |
24,2 |
125,8 |
150 |
2425,8 |
|
|
|
|
|
РГС №4 |
|
|
|
||
2003,0 |
2266,6 |
83,30 |
1,0 |
9,2 |
33,4 |
116,6 |
150 |
2416,6 |
|
Примечание: радиус искривления скважины при наборе кривизны от значения угла а0 на глубине вырезанного «окна» в обсадной колонне до выхода на горизонтальный ствол а = 90° в каждой скважине принят равным R = 286,5 м (i = 2°/10 м).
Усредненные значения параметров режима фрезерования (роторное бу рение): осевая нагрузка = 0,3—0,7 т (3—5 кН); число оборотов вращения п = 40 об/мин (0,666 с-1); производительность бурового насоса Q = 16—18 л/с (0,016-0,017 м3/с).
Расширение окна в обсадной колонне
Состав КНБК: фрезер колонный 0149,3 мм; УБТС 0120,6 мм (одна тру ба ~10 м); фрезер колонный бочкообразный 0156,0 мм; УБТС 0120,6 мм расчетной длины (100—150 м); остальное до устья скважины СБТ 012749,19 мм.
Расширение «окна» до нормального диаметра скважины 155,6 мм произ водится с помощью бочкообразного фрезера. Вырезание «окна» считается законченным тогда, когда последний фрезер и спущенное затем трехшаро шечное долото свободно проходят через «окно» при подъеме и спуске инст румента. Параметры режима расширение «окна» практически мало отлича ются от режима при первоначальной зарезке, за исключением некоторого увеличения числа оборотов вращения до 50—70 об/мин (83—116 с'1).
Набор кривизны в открытом стволе скважины
Зенитный угол со значения а0— на глубине вырезанного «окна» увели чивается до аг = 90°С (табл. 6.4 и рис. 6.6).
Состав КНБК: трехшарошечное долото 0 155,6 мм; винтовой забойный двигатель (ВЗД) — отклонитель с регулируемым кривым переводником с углом изгиба Ук/П= 1,5-1,8° (отклонитель ориентируется в заданном азиму те); перепускной клапан; немагнитные (диамагнитные) УБТ 0120,6 мм с телесистемой MWD; немагнитные УБТ 0120,6 мм (одна труба ~ 10 м); ясс 0120,6 мм; стальные УБТ 0120,6 мм длиной 40—50 м; остальное до устья скважины — СБТ 0127 Ч 9,19 мм.
Стабилизация кривизны в открытом стволе скважины
Состав КНБК: трехшарошечное долото 0155,6 мм; ВЗД 0120,6 мм, цен тратор 0149,2 мм, регулируемый кривой переводник у к/„ = 1 >перепускной
клапан 0120,6 мм; спиральный лопастной центратор на валу ВЗД, над долотом 0152 мм; система измерений кривизны и азимута — MWD/LWD, нейтронный каротаж, резистивиметрия 0120,6 мм; диамагнитные УБТ 0120,6 Ч 57,1 мм (одна труба ~ 10 м); СБТ 0 88,9 Ч 11,4 мм; яс 0120,6 мм; СБТ 0 88,9 Ч 11,4 мм (работают в открытом стволе от забоя до глубины на хождения вырезанного «окна» в обсадной колонне длиной 70—80 м для обеспечения нагрузки на долото при бурении горизонтального ствола); ос тальное до устья скважины — СБТ 0127 Ч 9,19 мм.
Параметры режима бурения скважины на интервалах набора и стабили зации кривизны примерно одинаковые: осевая нагрузка на долото Ga = 7— 8 т (70—80 кН); производительность бурового насоса Q = 14—16 л/с
(0,014-0,016 м3/с).
Параметры бурового раствора выбираются в зависимости от величины пластового давления, допустимой репрессии на пласт с учетом характери
стики ВЗД.
Имеющаяся в составе КНБК телесистема MWD предназначена для ори ентирования отклонителя и контроля за траекторией ствола. Кроме этого в КНБК устанавливаются системы измерения фирмы «Schlumberger», произ водящие резистивиметрию, акустический каротаж и нейтронный каротаж, осуществляющие контроль и регистрацию процесса бурения и параметров вскрываемых горных пород, включая температуру и давление в пласте.
Безопасный переводник и ясс в составе КНБК предназначены для лик видации прихвата инструмента.
Описанная выше технология строительства РРГС, основанная на накоп ленном положительном опыте, предусматривает вырезание «окна» в экс плуатационной колонне 0177,8 мм и продолжение бурения ответвленных стволов диаметром 0155,6 мм. Отработанная технология предусматривает оснащение скважины комплексом внутрискважинного оборудования для освоения, эксплуатации и ремонта скважины. Однако она не исключает ис пользование в качестве эксплуатационной колонны обсадных труб 0168,3 (146,0) мм, тем более, что в отечественной практике восстановления сква жин из бездействующего фонда подобные задачи успешно решаются. На копленный опыт по применению в отечественной практике капитального ремонта скважин техники и технологии забуривания нового ствола из об садной колонны позволяет успешно применять роторный способ. Извест ны также другие оригинальные решения по совершенствованию техноло гии строительства многозабойных скважин (МЗС).
Например, применяли метод спуска обсадной колонны 0168,3 мм с за ранее подготовленным «окном « в колонне, через которое после цементи рования осуществлялся выход в открытый ствол и бурение скважины.
Накопленный опыт и современное состояние техники и технологии бу рения наклонных скважин позволяет перейти на массовое внедрение мето да строительства многозабойных скважин (МЗС) и радиально-разветвлен ных горизонтальных скважин (РРГС) и на этой основе резко увеличить де биты скважин и нефтеотдачу пластов.
6.7. Алгоритм расчета проектного профиля (по РД 314170706-027-2001 ТО СургутНИПИнефть)
Принцип расчета плоскостных профилей показан на примере определе ния параметров направляющей части (линия AD) 4-х интервального про филя бокового ствола с горизонтальным участком DE (рис. 6.13).
Рис. 6.13. Схема 4-х интервального профиля бокового ствола с горизонтальным уча стком: h,, h2, h3— соответственно, длины вертикальных проекций участков набора (АВ), стабилизации (ВС) и набора (входа) (CD), м; а,, а2, а3—длины горизонталь ных проекций участков АВ, ВС, CD, м; Н —интервал БГС по вертикали, м; R,, R2—соответственно, радиус искривления первого и второго участков набора кри визны, м; а, —начальный зенитный угол, град.; а2—зенитный угол на участке ста билизации, град.; а3—зенитный угол при входе в горизонтальный участок, град.
Для определения проекций каждого участка профиля на вертикальную и горизонтальную оси недостающие параметры могут быть определены из ре шения системы уравнений:
|
Га, + а2 + а3с = A |
(6.21) |
|
[ hj + h2 + h3 — H |
|
||
где |
|
|
|
a, = |
Ri(cosaj —cosa2) |
|
|
- а2 |
= |
h2tga2 |
(6.22) |
а3 = R2(sina3 - sina2) |
|
||
hi |
= |
Rj(sina2sinaO |
|
• h2 |
= |
H - ( h , + h 3) |
(6.23) |
h3 = R2(sina3sina2) |
|
||
1, |
= |
0,01745R,(a2- a ,) |
|
. 12 |
= |
- ! i - |
(6.24) |
|
|
cosa2 |
|
13 = 0,01745R2(a3- a 2)
Подставляя (6.22) в (6.21) величину А и угол стабилизации а2 определя ем из решения уравнения
А = R,(cosa, - cosa2) + tga2(H - (h, + R2(sina3 - sina2))) + R2(cosa2 - cosa3) . (6.25)
6.8. Расчет координат и параметров фактического профиля бокового ствола [34]
6.8.1. Общие положения
В процессе проведения инклинометрии в БС измеряются:
—зенитный угол (а);
—азимут (ф);
—длина БС от точки забуривания до точки измерения (L).
Зенитный угол БС в точке измерения равен углу между касательной к оси скважины в данной точке и вертикальной прямой.
Азимут БС в точке измерения равен азимуту горизонтальной проекции касательной к его оси в рассматриваемой точке.
Для обозначения принадлежности геометрического параметра траекто рии БС к точке или интервалу между точками измерений вводится система обозначений.
Каждой точке замера по оси БС присваиваются порядковые номера в направлении увеличения ее длины. Рядом с буквенным обозначением гео метрического параметра, характеризующего точку оси БС, указывается цифра, соответствующая данной точке, а после буквенного обозначения геометрического параметра, относящегося к интервалу оси БС, в индексе записываются две разделенные тире цифры, обозначающие крайние точки интервала, например: П,_2 = П2 — П,.
Некоторые геометрические параметры могут иметь как положительное, так и отрицательные значения, поэтому установленная очередность симво лов должна соблюдаться.
Индексы «Ф» и «ПР» присваиваются геометрическим параметрам БС, характеризующим его фактический и проектный профиль соответственно.
Углы обозначаются буквами греческого алфавита, линейные величи ны — латинскими, а индексы — цифрами и русскими буквами.
Все углы измеряются в градусах, линейные величины — в метрах, а ин тенсивность искривления — в градусах на 10 м длины БС.
Геометрическими параметрами, характеризующими интервал оси боко вого ствола, являются (рис. 6.14):
—угол зенитного искривления (ci|_2) БС на интервале между точками ее оси 1 и 2 (а,_2 = а2 — а,);
угол азимутального искривленияф)_2) БС на интервале между точками ее оси 1 и 2 (ф,_2 = ф2 — ф,);
угол (у |_2) пространственного искривления, равный углу поворота ка сательной к оси БС на интервале измерения;
интенсивность (I) искривления БС, равная приращению угла про странственного искривления за интервал;
—радиус (R) кривизны БС на интервале измерения;
—длина (L,_2) интервала оси БС между точками 1 и 2;
угол (Р) ориентации искривления — это угол между апсидальной (вер
тикальной) плоскостью и плоскостью искривления участка оси БС между точками измерения.
Апсидальной плоскостью является вертикальная плос кость, проходящая через каса тельную к оси БС в точке из мерения.
Угол ориентации искривле ния интервала БС отсчитыва ется в нормальной плоскости (перпендикулярной к каса тельной плоскости) по на правлению движения часовой стрелки от верхней до главной нормали. Этот угол характери зует ориентацию плоскости, в которой расположен участок БС между точками измерений. На участке направленного бу
рения с двигателем-отклони У-
телем угол ориентации равен фактическому углу установки отклонителя.
6.8.2. Система координат
В качестве основной системы координат, в которой задается проектное положение забоя БС и рассчитываются координаты его фактического про филя, принята система координат, связанная с направлением магнитного меридиана и направлением силы земного притяжения. Это прямоугольная система координат OXYZ, где ось OY является касательной к магнитному меридиану в направлении магнитного севера, ось ОХ направлена в сторону магнитного востока, а ось OZ — вниз.
До начала буровых работ маркшейдерской службой определяются гео графические (истинные) координаты устья скважины (Хг, Yr).
Контроль проводки ствола скважины осуществляют в относительной системе координат с началом отсчета:
—стол ротора буровой установки при строительстве скважин на суше;
—может использоваться относительная система координат с началом
отсчета в точке забуривания БС.
Для расчета истинной координаты Z должны быть заданы:
—Zp — альтитуда стола ротора;
—Zn — альтитуда пола буровой установки.
После окончания бурения длина БС измеряется от устья скважины, п о этому должна быть определена Zy — альтитуда устья скважины.
В зависимости от используемой системы координат и решаемых задач ось OY может быть направлена на истинный географический север, маг нитный север, условный север, который совпадает с направлением коорди натной сетки в точке бурения.
При переходе истинных географических координат к условным геогра фическим координатам учитывается угол конвергенции (±фкон), а к магнит ным — магнитное склонение (±фскл). Знак (+ ) принимается для восточной конвергенции и магнитного склонения, а знак (—) для западной конвер генции и магнитного склонения.
Магнитное склонение — угол между магнитным и географическим ме-
|
|
ридианами в данной точке земной |
|||||||
|
|
поверхности. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Если северный конец магнитной |
||||||
|
|
стрелки отклоняется к востоку от |
|||||||
|
|
географического меридиана, то маг |
|||||||
|
|
нитное |
склонение |
(фСКл) считается |
|||||
|
|
положительным, |
если |
к |
западу — |
||||
|
|
отрицательным. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Примеры: |
|
|
|
|
|
|
Ам |
Ар |
|
a. Восточное |
|
(положительное) |
||||
|
|
склонение (рис. 6.15, а): |
|
|
|
||||
|
|
|
Географический |
азимут равен: <рг |
|||||
|
|
= |
75°С. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Восточное |
|
(положительное) |
||||
|
|
склонение (<рС1СЛ) равно 5°С. |
|
|
|||||
|
|
|
Магнитный азимут |
равен: |
<рм = |
||||
|
|
Ф г - Ф с кл |
= 75°С - |
5°С = |
70°С. |
|
|||
|
|
|
B . Западное |
|
(отрицательное) |
||||
|
|
склонение (рис. 6.15, б): |
|
|
|
||||
Рис. 6.15. |
Примеры восточного (а) и за |
|
Географический |
азимут |
(фг) ра |
||||
вен 75°С. |
|
|
|
|
|
||||
падного (б) склонений. |
|
|
|
|
|
||||
|
Западное (отрицательное) |
скло |
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|
нение (фскл) равно 5°С. |
|
|
|
||||
Магнитный азимут равен: фм= фг — Ф кл = 75°С + 5°С = |
80°С. |
|
|
||||||
Если необходимо провести расчеты координат БС относительно любого заданного азимута, то используемая координатная система поворачивается на этот угол относительно направления на север. Если заданный азимут ра вен проектному азимуту, то ось OY координатной системы совпадает с про ектным азимутом.
6.8.3. Расчет координат и пространственных параметров фактического профиля бокового ствола
Метод расчета координат фактического профиля БС основан на мини муме кривизны. В данном методе расчета координат точек измерения БС исследуемый интервал представляется в виде пространственной дуги (ок ружность или спираль). При построении траектории БС пространственная кривая сглаживается с использованием относительного коэффициента, ве личина которого зависит от кривизны интервала между точками измерения БС. За счет указанного сглаживания сводится к минимуму общая кривизна дуги в пределах исследуемого интервала.
Для каждой точки замера, начиная с первой, рассчитываются: |
|
||||
1. |
Прямолинейный интервал БС (а = а и и ф( = фи ). |
|
|
||
|
X, = хи |
+ ALi since, Бшф,, |
|
|
(6.26) |
|
У, = Ум |
+ ALi since, сейф,, |
|
|
(6.27) |
|
Zj = zM + ДЦ cosa,. |
|
|
(6.28)2 |
|
2. |
Искривленный интервал БС (a, * a M и ф, * |
фи ). |
|
|
|
|
_____ sina, sin((pj — |
i) |
|
|
|
|
P i- i = arctgsinа, • cosa,-, • cos(<Pi — (pj_ |) — sina. |
cosg, ’ |
(6.29) |
||
Ayj = arcsin J (s in a j • coSj _ , |
cos(<pj - <Pj _ ,) - sinotj _ , |
c o s a j)2 + sin2^ |
sin2(q>j - <pj _ ,) , |
( 6 . 3 0 ) |
Пространственная интенсивность искривления на i-ом интервале рас считывается по формуле:
Т = 10_Ayi |
(6.31) |
|
Ai |
Ат |
|
Радиус искривления на i-ом интервале рассчитывается по формуле:
|
D _ 1 8 0 • |
д ц |
(6.32) |
|
А |
» |
|
Xi = Xj.i+R^sinaj., • sin<pi_, • sinAtp,+ |
|
||
+(cosaM• |
sin<pU| • cosPi., +coscpM• sinpM) (l-cosA^)), |
(6.33) |
|
У, = yi^+RjCsinai.i • sincpj., • sinAyi+ |
(6.34) |
||
+(cosaj.| • |
sincpn • cospi., +sinq)ji., *sinpj.,) (1-cosAy)), |
||
где а, — зенитный угол в i-ой точке бокового ствола, град.; % — азимут в i-
ой точке бокового ствола, град.; Д — угол ориентации искривления — это угол между апсидальной (вертикальной) плоскостью и плоскостью искрив ления оси ствола скважины, град.; Д1, — длина i-ro интервала, м; I, — про странственная интенсивность искривления на i-ом интервале, град./10 м; у-,— угол пространственного искривления, равный углу поворота касатель
ной к оси бокового ствола скважины на рассматриваемом i-ом интервале, град.; R, — радиус искривления на i-ом интервале, м
3. |
На глубине Ъх рассчитывается отклонение фактического |
профиля |
ствола от проектного профиля БС по формуле |
|
|
|
ALri = 7(х"Р “ Х|Ф)2 + (У,пр ~ у®)2 |
(6.35) |
где Xjnp, У|ПР, х,ф, у® — координаты проектного и фактического профиля бо кового ствола на глубине Ъу
6.8.4. Неопределенности положения бокового ствола
При проведении инклинометрии БС ошибки измерения различного происхождения приводят к неопределенности положения фактического п о ложения в пространстве.
Точность определения пространственного положения оси БС зависит от ряда факторов, среди которых определяющими являются тип используемо го измерительного инструмента и его положение в скважине с учетом изме нения зенитного угла и азимута.
Положение лю бой точки оси скважины определяется кругом неопреде
ленности, радиус которого г определяется по формуле |
|
г = 7 ( * ~ хи)2 + (у - Уи)2 + (Z - ги)2, |
(6.36) |
где х, у, z — расчетные координаты точек оси скважины, м; хи, уи, zM— ко ординаты, вычисленные с учетом систематической положительной ошиб ки, м.
Горизонтальная проекция круга неопределенности представляет эллипс неопределенности, одна из осей которого направлена по азимуту искривле ния ствола скважины в данной точке (рис. 6.16).
Таким образом, любая точка оси ствола скважины на плоскости на ходится внутри эллипса неопреде ленности.
Параметры неопределенности положения точек оси ствола сква жины учитываются при расчете го ризонтального расстояния между осями соседних скважин, определе ния положения ствола относительно круга допуска и корректирования траектории бурения.
При проектировании БС точка забуривания принимается в центре круга неопределенности скважины на проектной глубине забуривания.
Кроме того, принимается во вни мание ошибка в определении длины ствола скважины, которая составля-
ет от ±1/500 до ±1/1000 длины бурильной колонны.
6.8.5. Допустимые проектные отклонения бокового ствола
Радиус круга допуска.
Допустимые проектные отклонения точки вскрытия пласта БС устанав ливается геологической и добывающей службами нефтяной компании.
Допустимое проектное отклоне ние устанавливается в виде круга радиусом (г), равным максимально му допустимому отклонению БС от запланированной точки вскрытия или пересечения продуктивного пласта.
Круг допуска с указанием коор динат центра круга, заданного зе нитного угла и азимута вскрытия продуктивного пласта наносятся на
Рис. 6.17. Круг допуска точки вскрытия |
Рис. 6.18. Допустимые отклонения боко- |
|
пласта боковым стволом. |
||
вого горизонтального ствола. |
||
|