Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

г о с у д а р с т в е н н а я АКАДЕМИЯ НЕФТИ И ГАЗА им. И. М. ГУБКИНА

В. И. КРЫЛОВ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОФИЛЕЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИН

МОСКВА 1996

УДК 622.243.23

Крылов В.И. Проектирование профилей горизонтальных скважин.

Учебно - методическое пособие - М. ГАНГ , 1996. - 35 С.

В пособив даны общие понятия по наклонно направленным и горизон­тальным скважинам. Рассмотрены особенности проектирования различных про­

филей скважин с горизонтальным участком в продуктивном пласте. Приведены

типовые примеры расчета таких профилей.

Пособие предназначено для студентов спец иальности 0908 “Бурение нефтя­

ных и газовых скважин" и слушателей Учебно - исследовательского центра до

повышению квалификации.

Рецензент-зав. лабораторией ГАНГ нм. И.М. Губкина,

К .Т.Н . Марков О.А.

Государственная академия нефти и газа им. И М . Губкина, 1996

3

Введение

Бурение скважин с горизонтальным вхождением ствола в продуктивный

пласт можно осуществля т ь как при бурении вертикальных, так и наклонно на­правленных скважин. Поэтому при построении профиля «скважины с горизон­

тальным участком в продуктивном пласте используется методический подход,

аналогичный для построения профиля наклонно направленных скважин с неко­

торыми отличительными особенностями.

Построение, профиля скважины с горизонтальным участком в продук­

тивном пласте рассмотрим для нефтяных и газовых месторождений, где геологические условия залегания пород по разрезу не вызывают интенсивного искривле­ния ствола скважины, т.е. для месторождений платформенного типа.

. Основные термины и определения

Горизонтальной называется скважина, для которой проектом предусмат­

ривается отклонение ее ствола от вертикали - зенитный угол а более 80° и

ствол скважины проводится по заранее заданному направлению.

Наклонно направленной или наклонной называется скважина, забой ко­торой имеет отклонение в заданном направлении от вертикали, проходящей че­рез ее устье.

Горизонтальная скважина характеризуется обшей длиной ствола (L), глу­

биной по вертикали (Н), величиной и направлением (азимутом р ) отклонения

забоя от вертикали до продуктивного пласта, длинной и конфигурацией оси горизон

тального участка ствола скважины в продуктивном пласте (А ).Пространственное положение скважины определяется тремя текущими па

рамс-грамм: глубиной L, зенитным углом а , «амутяпьиым углом у или коорди­

натами Z * И, X в У .Глубина скважины по стволу (L) - расстояние от устья О до забоя С по оси

скважины или любой точки измерения углов (рас. l.O BCi).Ось горизонтальной скважины (рис. 1, кривая 2) в общем случае представ­

ляет собой пространственную кривую. Каждая точка оси скважины определяется

ее текущими координатами относительно устья, зенитным, азимутальным углами и интенсивностью искривления. Глубина скважины по вертикали Н - расстояние ОА от устья О до горизонтальной плоскости, проходящей через забой скважины.

'4

1 - горизонтальная плоскость;2 - ось скважины;

3 " СКВажины. - проекция оси скважины на горизон­тальную плоскость, проходящую через ее устье -

общее горизонтальное отклонение ствола скважиныот вертикали;

4 - Вертикаль;

5 - направление начала отсчета;

6 - направление проводки скважины;7 - вертикальная плоскость

5

Зенитный угол d расположен между касательной к оси ствола и вертика­

лью, проведенной через рассматриваемую точку.

Азимутальный угол или азимут скважины <р - это угол между апсидальной

и меридиональной плоскостями. Азимутальный угол исчисляется в горизонталь­

ной плоскости от направления на север до направления горизонтальной проекции

касательной к оси скважины по ходу часовой стрелки.

Апсидальной называется вертикальная плоскость, проходящая через каса­

тельную к оси ствола скважины.

Профиль скважины (ОВС) - проекция оси скважины на вертикальную

плоскость 7, проходящую через ее устье и забой. План скважины (OCi) - проек­

ция оси скважины на горизонтальную плоскость 1, проходящую через ее устье.

Отклонение забоя от вертикали (АВС) - расстояние от забоя скважины до вер­

тикали, проходящий через устье скважины.Конфигурация оси скважины в любой точке характеризуется радиусом ин­

тенсивности искривления. Возьмем две точки, расположенные на оси скважины

выше и ниже условной точки на бесконечно малом расстоянии. Отрезок оси меж­

ду указанными точками можно принять за дугу окружности, радиус которой яв­

ляется радиусом кривизны в условной точке. Плоскость, в которой располагает­

ся окружность, называется плоскостью искривления.

• Изменение параметров траектории ствола зависит от взаимного положе­

ния плоскости искривления и апсидальной плоскости. Если они совпадают, то

происходит увеличение или уменьшение зенитного угла при постоянном азимуте.

Если плоскости перпендикулярны, то изменяется азимут при постоянном зенит­

ном угле.

Отрезок осн скважины между двумя точками, расположениями на рас­

стоянии друг от друга характеризуется следующими параметрами:

средний зенитный угол с / с/0 — , град:

зенитное искривление - изменение зенитного угла между двумя точками

замеров А с (= о (г - оС, , град;

горизонтальная проекция ствола ACt=A f ^ , м;

вертикальная проекция ствола = А £ Cjrfdcf , м;азимутальное искривление - изменение азимута скважины на участке

между двумя точками замеров Д — " У /

средний азимут у ~ > гРа^;

,град;

6

обшин или пространственный угол искривления за интервал (в плоскости

Интенсивность искривления - величина, характеризующая степень ис­кривления ствола и равная отношению приращения угла искривления к расстоя­

нию между точками замеров по оси скважины. В практике используют понятие

интенсивности искривления ствола на 1,10м (в интервале работы с отклонителем)

или на 100м, измеряемой в градусах и определяемой соответственно:

Радиус искривления - величина, обратная интенсивности искривления

о _ aJL Р _ 5 7 ,3А ~ ^ Q или Л — — :— , м.

Интенсивность искривления ствола скважины к - величина, обратная ра­диусу искривления

Для прямолинейных участков ствола скважины К ^ О j R — о=>

При бурении скважин с горизонтальным вхождением ствола в продук­

тивный пласт условно различают большой, средний и малый радиус искривления.

Большой радиус искривления характеризуется интенсивностью искривления 0,5-2

градуса на 10 м и изменяется от 300 до 900 м (рис. 2). Большой радиус искривления

в основном используется при вскрытии продуктивных пластов большой тол­

щины в глубоких скважинах. Протяженность горизонтального участка ствола

скважины - 600-3000 м и более.

Интенсивность искривления для среднего радиуса искривления на участке

набора зенитного утла составляет 2,5-6 градусов на 10 м. З н а ч е н и я среднего ра­диуса искривления 90-210 м (рис. 2). Большая часть горизонтальных скважин

искривления) - угол между' двумя касательными, проведенными к оси ствола в

точке замера, лежащими в плоскости искривления скважины.

, град.

7

(>70%) пробурена средним радиусом искривления. Горизонтальный участок ство­

ла скважины - 250-1000 м.Малый радиус искривления - 6-12 м с интенсивностью набора зенитного

угла - 4-10 градусов на 1 м используют при вскрытии пластов небольшой толщи­

ны ~2 м в сравнительно неглубоких скважинах. Протяженность горизонтального

участка ствола составляет 90-250 м (рис.2).

Рис.2. Схемы горизонтальных скважин с большим (>300 м), сред­

ним (90-210 м) и малым (6-12 м) радиусом искривления.

Некоторые особенности проектирования профилей скважин с горизонталь­

ный участком в продуктивном пласте

Исходными данными для проектирования профиля горизонтальной сква­

жины являются:- глубина кровли и подошвы продуктивного пласта;- толщина продуктивного пласта и ее изменение по простиранию:

- горизонтальное смешение скважины при вхождении в продуктивный

пласт (место вхождения в продуктивный пласт);

- направление (азимут), зона допустимых отклонений и протяженность го­

ризонтального ствола;

- наличие зоны неустойчивых пород над продуктивным пластом;

- способы эксплуатации горизонтальной скважины;

- конструкция скважины и способ закаячивалия (цементирование горизон­

тального стволашспользованне фильтра или "открытый забой", когда горизон­

тальный ствол не обсаживается).

В горизонтальном бурении эксплуатационные объекты обычно характери­

зуются тремя измерениями .Большое значение имеет детальное представление о

геологических параметр ах, влияющих на ориентацию горизонтального участка

ствола скважины.Требуется тщательно проанализировать степень вероятности

совпадения геологической модели с реальными условиями бурения [5, 6].

Если на месторождении достоверно не установлены глубины кровли и по­

дошвы продуктивного пласта, то вначале с этой целью бурится вертикальная

скважина - дублер.

Профили горизонтальных скважин должны обеспечить максимальное пере­

сечение продуктивных пропластков. В зависимости от геологического разреза

месторождения, характеристики продуктивного пласта, состояния техники и

технологии бурения может быть выбран тот или иной профиль горизонтальной

скважины. На рис.3 приведены профили скважин с горизонтальным вхождени­

ем ствола в продуктивный пласт.

Профиль должен обеспечивать эффективность и качество проводки гори­

зонтальных скважин, а также должен быть технически выполним при наличии

■ специального бурового инструмента и оборудования [7].

Выбранный профиль горизонтальной скважины должен обеспечивать сво- .

бедное прохождение по стволу бурильного инструмента, геофизической аппара­

туры и обсадной колонны.Параметры профиля горизонтальной скважины рассчитываются во вза­

имосвязи с параметрами конструкции осважины.Прн этом учитываются требова­

ния заказчика к способам эксплуатации скважин, глубине установки ЭЦН, селек­

тивной изоляции объектов и др. Выполняется одно из важнейших условий без­

аварийной проводки горизонтальной скважины - минимизация длины открыто­

го ствола в интервале от "башмака" последней промежуточной колонны до забоя скважины [8].

9

PmcJ . Профили скважин с горизонтальным участком в продуктив­ном пласте.

а - ! тип - бурение вертикальной скважины с последующим но- обходимьоа набором крив hi иы перед вхождением в продуктивный пласт (профили !, 23);

б - 2 тип - бурение наклонно направленной скважины с опреде­ленным смещением забоя до всхрьггия продуктивного пласта (профили4,5);

в - 3 тип - бурение вертикальной или наклонно направленной '■ скважины с определенным смещением забоя до вскрытая продуктивного пласта с последующим вскрытием пласта по всей толщине пологонак- покным гор.помтальным стволом под постоянным'углом 88 > а >82 ;(профиль 5, возможны профили 1-3,4);

г - 4 тип - то же самое, что к в третьем типе, но при вскры- ' таи продуктивного пласта набирается зенитный угол более Э0?н под таким углом вскрывается пласт (профиль 7, возможны про­фили 1,3,4 ,5); ■ / д

д - 5 тип - бурение вертикальной или наклонно направленной скважины с определенным смещением забоя до вскрытая продуктивного пласта с волнообразным участком горизонтального ствола в пласте (профиль 8, возможны профили 1-3,4).

10

Проектирование профиля наклонно направленной скважины с горизонтальным

у частком в продуктивном пласте (2 тип профиля ГС рис.4) [9,14]

Для удобства расчета профиля искривленный участок ствола скважины

разделен на две части - первую и вторую. В первую часть входит длина ствола от

начала забуривания наклонного ствола до кровли продуктивного пласга, Во

вторую часть - длина ствола от кровли пласта до проектной глубины скважины,

включая горизонтальную часть ствола. Расчет начинается с параметров профиля

второй части, затем первой, т.е. расчет ведется снизу вверх. Нумерация участков

профиля дается сверху вниз, в порядке углубления скважины (рис.4).

Расчет второй части профиля ГС

1. Определяется значение зенитного угла ствола у кровли продуктивного

пласта а«р , т.е. значение зенитного угла вхождения ствола в продуктивный

пласт, по формуле:

( 1.1)

где я , - радиус искривления ствола скважины в интервале бурения от

кровли до середины продуктивного пласта (середина продуктивного пласта при­

нята для упрощения расчета).fa - вертикальная проекция наклонного ствола от кровли продуктивно­

го пласта до перехода в горизонтальный ствол. В принятом условии, вертикаль­

ная проекция Пч равна половине толщины пласта.Величиной Rj либо задаются и по ней определяют необходимые парамет­

ры отклоняющей компоновки (геометрические размеры, утол перекоса откло­

нителя), либо по известным параметрам компоновки, определяют R3. При вы­

боре значения R3, равного интенсивности набора зенитного утла, например, 4°

на 10 м, что обеспечивается стандартно выпускаемыми промышленностью тур­

бинными отклонителями, величина его определяется по формуле

и

Рис.4. Профиль наклонно направленной скважины с горизонтальным участком в продуктивном пласте (2 тип профиля ГС).

2. Определяются параметры профиля наклонной скважины в интервале бу­

рения ствола от кровли продуктивного пласта до перехода его в горизонтальный

ствол. Зенитный угол увеличивается до 90° , т.е. а = 90° .

Длина ствола £ч на этом участке определяется по формуле

& f o * " ) - О, 0174& R j ) . ( 1-2)

12

Отклонение ствола от вертикали (горизонтальная проекция участка

ствола скважины от кровли пласта до набора зенитного угла до 90° ) определяет­

ся по формуле:

Вертикальная проекция участка ствола скважины от кровли пласта до на­

бора зенитного угла до 90 принята равной половине толщины продуктивного

3. Расчет параметров первой части профиля наклонно направленной

скважины с горизонтальным участком в продуктивном пласте.

Рассмотрим вариант трехколонной конструкции скважины (рис.4).

Согласно требованиям безаварийной проводки горизонтальных скважин

должно быть соблюдено условие минимизации длины ствола в интервале от

башмака последней промежуточной колонны до забоя скважины. Величина

зенитного угла у башмака промежуточной колонны определяется по формуле:

где R2 - радиус искривления на участке от башмака промежуточной колон­

ны до кровли продуктивного пласта;

h 'j - вертикальная проекция наклонного участка ствола скважины от

башмака промежуточной колонны до кровли продуктивного пласта.

Величиной R.2 либо задаются и по ней определяют необходимые парамет­

ры отклоняющей компоновки, либо по известным параметрам компоновки определяют R2. Зачастую, по технологическим соображениям, чтобы не менять

КНБК, значение R2 принимают равным R j , если позволяют геологические усло­

вия.Величина Ь ’з также выбирается, исходя из геологических условий в зави­

симости от характеристики пород, слагающих разрез в этом интервале. По техно­

логическим соображениям часть ствола ниже башмака промежуточной колонны

бурится прямой компоновкой перед тем как используется компоновка с отклони­

телем для набора кривизны от а« до а«р. Обычно участок ниже башмака ко­

лонны принимают равным 5 м.

(1.3)

пласта, т.е.;. /?у — Q/S ь„л ,

(1.4)

13

Затем определяется длина ствола скважины от башмака промежуточной

колонны до кровли продуктивного пласта - ^ (рис. 4).

(1.5)

Отклонение ствола от вертикали на этом участке или его горизонтальная

проекция определяется по формуле:

Так как проектное отклонение у кровли продуктивного пласта дается в

условии, то с учетом отклонения наклонного ствола на интервале стабилизации

зенитного угла ( Uz) и от точки забуривания до башмака промежуточной колон­

ны остается отклонить ствол скважины на Gf + <2Z —А - • Для этого

потребуется набрать зенитный угол до величины a i = а б и его стабилизиро­

вать.

Если эти операции приходятся на интервале проходки скважины под спуск

промежуточной колонны, то на участке набора зенитного угла интенсивность ис­

кривления ограничена требованиями РД [4], а также прочностью и проходи­

мостью колонны по стволу. Исходя из этих условий, выбирается интенсивностьP - S 7 . 3искривления и определяется радиус искривления , л .---- у— •

чЗатем определяются параметры профиля на участке набора зенитного

угла (рис. 4) по уравнению:

его стабилизации;Ry- радиус искривления в интервале набора зенитного угла выбирается, ис­

ходя из требований РД [4];

а: - угол стабилизации зенитного угла, а\ = cte

где h , - вертикальная проекция ствола скважины на интервале набора зе-

( 1.6)

(1.7)

( 1.8)

нитного угла.(1-9)

14

где Й'у - горизонтальная проекция ствола скважины на интервале набора

зенитного угла (отклонение ствола от вертикали на интервале набора зенитного

угла.)Параметры профиля на участке стабилизации зенитного угла находятся по

формулам:

где Ctz - отклонение наклонного ствола от вертикали на интервале стаби­

лизапии зенитного угла,

где L - длина ствола скважины на интервале стабилизации.( 1-12)

где Ьг - вертикальная проекция наклонного ствола на интервале стабили­

зации зенитного угла.Затем определяется длина вертикального участка ствола наклонной сква­

жины (глубина первоначального искривления ствола скважины) ho из условия:

j. (1-13)Определяется глубина скважины по ствол}':

, ^л4)где L - глубина скважины по стволу;

Ап- длина горизонтального ствола.Общее отклонение ствола от вертикали с учетом протяженности горизон­

тального ствола составит:

• do/ty — А + Clv У" А г f (1.15)

где А - отклонение наклонно направленного ствола от вертикали.

По изложенной методике проектирования профиля легко произвести рас­

чет профиля любого типа горизонтальной скважины. Например, если скважина

вертикальная с горизонтальным окончанием ствола (тип профиля ГС - 1), то пос­

ле нахождения а <р(угол вхождения наклонного ствола в продуктивный пласт) с

учетом данных конструкции и конкретных геолого-технологических условий

бурения принимается решение об интервале стабилизации зенитного угла. Если интервата стабилизации зенитного угла не будет, то выше кровли продуктивного

( 1.11)

( 1. 10)

15

пласта будет находиться участок набора зенитного угла от нуля до значения,

равного <xKpt При этом радиус искривления может быть равным, а также больше

или меньше, чем R на переходном участке от а*рДО а г . Получается четырех-

интервальный профиль, включающий вертикальный участок максимально воз­

можной длины, первый и второй участки набора зенитного угла и интервал го­ризонтального ствола.

Проектирование'профиля горизонтальной скважины с переменным радиусом искривления (1 тип профиля) [ 10]

Рассмотрим случай, когда скважина вертикальная с горизонтальным

вхождением в продуктивный пласт. Расчет профиля ведется сверху вниз. Исходя

из геолого-технологических условий, определяется глубина первоначального ис­

кривления ствола скважины (ho), точка "зарезки1' (рис. 5). Выбираются интервал набора зенитного угла h , и радиус искривления R(. При этом учитывается, что­

бы величина зенитного угла была > 9° , что обеспечивает достаточно точное

ориентирование отклонителя и управление процессом искривления с помощью специальных компоновок, телесистемы и т.д.

В интервале АВ (рис. 5), на глубине забоя в точке В зенитный угол дол­

жен быть равен а , у 9° .Вначале определяется длина ствола на участке набора зе­

нитного угла4 = 0 ,0 m s Л, o i, . :* (2.1)

Затем уточняется вертикальная проекция ствола интервала набора зенит ­ного угла.

h ,~ R , SznoCt . (2.2)

Отклонение ствола от вертикали Qf равно

a ,= R , ( i - c n d , ) . • (23)

Далее определяется интервал интенсивного набора зенитного угла (рис. 5,

В(С ,Ц ). Этот интервал разделен на два участка;

- участок интенсивного набора зенитного угла (В fa ) от точки зарезки (В,)

до кровли продуктивного пласта (С;);

- и от кровли продуктивного пласта (С,) до набора зенитного угла 90 (D)), т.е. начала горизонтального ствола.

16

Рис. 5. Профиль горизонтальной скважины с переменным радиусом

искривления

Вначале определяется участок по вертикали (BC=ha) от точки зарезки ин­

тенсивного набора зенитного угла до кровли продуктивного пласта

(2.4)

(2.5)

Выбираем радиус искривления ствола скважины R , на этом интервале,

исходя из геолого-технических условий бурения скважины. Это соответствует

значению С1С интенсивности искривления ствола скважины.

Величина зенитного угла ствола у кровли продуктивного пласта может ■

быть определена из уравнения (2.5):

Длина ствола скважины на этом участке Ву С ~ Cz определяется как

L ~ 0 ,0 1 7 4 '^R* ,

(2.6)

(2.7)

Выразим также h г через радиус искривления ствола скважины:

17

Отклонение ствола от вертикали ^находится из выражения:

. az = f? J с а ^ 1 - & * * * ? ) •

Глубина ствола скважины до кровли пласта. „ *

( 2-8)

(2.9)

Отклонение ствола от вертикали на глубине кровли продуктивного пласта

А= + " (но)

Рассмотрим второй участок интенсивного набора зенитного угла C,D,, т.е.

от кровли продуктивного пласта С , до начала горизонтального ствола D/.

Обычно величина h 5 - вертикальная проекция ствола скважины выбирает­

ся, исходя из характеристики продуктивного пласта. Затем определяется радиус

искривления ствола скважины R 3 на участке, где зенитный угол от значения а.<г>

будет увеличен до 90 . Выразим значение R j через

, откуда

( 2. 11)

Интенсивность искривления L, на этом участке определяется как

/ - f 7' 3П3

По значениям R3 и С1 выбирается компоновка низа бурильного инстру­

мента.Длина ствола скважины на втором участке ^ определяется, как

4 - 0,0174S Xj fa r - ) ' (2.12)

Отклонение ствола от вертикали на данном участке величзша C(i опреде­

ляется из выражения:

(2.13)

18

В зависимости от системы разработки месторождения горизонтальными

скважинами задастся длина горизонтального ствола А г . Тогда глубина сква­

жины по стволу определяется, как

+ • (2.14)

Общее отклонение ствола от устья скважины до забоя составит:

А ^ ^ А + в л + А г . - (215)

Проектирование профиля горизонтальной скважины с постоянным радиусом

искривления (рис. 6)

Проектирование профиля производится методом сверху вниз. Исходные

данные такие же, как и в первых двух случаях.

В рассматриваемом случае вначале определяется глубина вертикального

участка h с - глубина “точки зарезки" наклонного ствола, исходя из геолого-

технологических условий (рис. 6). При этом учитывается глубина скважины по

вертикали горизонтального ствола.

h9 - ' H - hH > (3.1)где Н - расстояние по вертикали от устья до месторасположения горизон­

тального ствола в продуктивном пласте.

h H - проекция наклонного ствола на вертикальную плоскость от '‘точки

зарезки" до точки, где кривая переходит на горизонтальную плоскость (рис. 6, А В(С,). Значение h H можно определить по формуле:

. Ьц~ R, &1Цо£Г 0-2)

Но, так как а = 90*\ то h H - R , *%

где R , - радиус искривления скважины, величину которого выбираем, ис­ходя из геолого-технических условий.

Таким образом, hc = R i . (3.3)

Величина зенитного угла у кровли продуктивного пласта определяется поформуле:

19

где h t - вертикальная проекция наклонного ствола от кровли продук­

тивного пласта до набора зенитного угла до 90е. Величина h t определяется гео­

логической службой, исходя из условий технологической схемы разработки мес­

торождения.

Дальнейший расчет профиля ведется по известной методике. Причем пара­

метры профиля определяются сначала для координат ствола скважины по за­

бою скважины, а затем пересчитываются на координаты по вертикали.

Рис. б. Профиль горизонтальной скважины с постоянным радиусом ис­

кривления.

Если в горизонтальном стволе предполагается осуществить малоинтенсив­

ный набор зенитного угла на первом участке и затем его снижение на втором

участке, то, исходя из возможностей толщины пласта, выбирают радиусы ис­

кривления ствола R2h R j H соответственно величины интенсивности искривле-

ния ( Lz и i} ) и осуществляют подбор соответствующий компоновки низа бу­

рильного инструмента, с учетом геолого-технологических условий бурения ГС.

(3.4)

20

Проектирование профиля горизонтальной скважины с вскрытием продук­

тивного пласта по всей толщине пологонаклонным стволом

Исходные данные для проектирования профиля скважины аналогичные

первому случаю. Приводятся дополнительные данные о том, что горизонтальный

ствол пересекает продуктивный пласт под постоянным углом (указывается уголО О

горизонтального ствола - в нашем случае 89 > а > 80 ) (рис. 7).

Рис. 7. Профиль горизонтальной скважины с пологонаклонным

стволом в продуктивном пласте (90 > а > 80°).

Расчет профиля ведется по методике снизу вверх. Вначале определяются

параметры искривления ствола в продуктивном пласте. Значение зенитного угла

горизонтального ствола скважины у входа в продуктивный пласт определяется

как

(4.1)

где Ar - длина проекции горизонтального ствола скважины в продук­

тивном пласте на горизонтальную плоскость. Величина А г задается в условии

задачи;

Ьпл- толщина продуктивного пласта, в котором необходимо пробурить го­

ризонтальный ствол под постоянным пологопадающим углом 90 > а г> 80.

Толщина продуктивного пласта дается в условии задачи.

В рассматриваемом примере а г= а , т.е. численное значение зенитного

угла наклонного ствола у кровли продуктивного пласта и зенитный угол гори­

зонтального ствола равны.

Длина горизонтального ствола it, определяется как

21

(4.2)

Затем определяются параметры искривления наклонно направленного

ствола на переходном участке - от башмака промежуточной колонны до кровли

продуктивного пласта.Величина зенитного угла у башмака технической колонны определяется

по формуле:

(4.3)

Величину радиуса искривления задают, учитывая возможности КНБК,

глубину интервала бурения и т.д. Интенсивность искривления определяется через

Zv

(4.4)

В некоторых случаях зенитным углом у башмака колонны задаются, исхо­

дя из условий безопасного ведения буровых работ.

Длина ствола скважины на участке набора зенитного угла до значения

определяется по формуле:

(4.5)

Отклонение наклонного ствола на этом участке величина <2̂ определяет­

ся как

22

Длина интервала ствола по вертикали -

(4.6)

(4.7)

Затем определяются параметры профиля наклонной скважины на участке

набора и стабилизации зенитного угла при бурении этих интервалов под спуск

промежуточной колонны.

Выбирается радиус искривления ствола скважины на участке "зарезки" на­

клонного ствола, исходя из геолого-технологических условий и безопасности ве­

дения буровых работ. В соответствии с выбранным R, определяется компонов­ка низа бурильного инструмента и интенсивность искривления.

Определяется длина ствола скважины в интервале набора зенитного угла

(4.8)

Отклонение наклонного ствола от вертикали в интервале первоначального набора зенитного угла ч

(4.9)Вертикальная проекция этого интервала наклонного ствола определяется

из выражения

А - Я, S i n <*, •(4.10)

После этого определяются параметры профиля наклонной скважины в ин­

тервале стабилизации зенитного угла. Величина отклонения ствола от вертикали на этом участке Qz выражается как

(4.11)

Длина ствола скважины на интервале стабилизации зенитного угла определяются по формуле

(4.12)

23

Вертикальная проекция наклонного ствола на участке стабилизации

(4.13)

Затем находится глубина "зарезки" зенитного угла - h c из условия:

(4.14)

Определяется глубина скважины по стволу

(4.15)

Общее отклонение ствола от вертикали

(4.16)

Примеры расчета профилей горизонтальных скважин

Пример 1. Расчет профиля наклонно направленной скважины с горизон­

тальным участком в продуктивном пласте.

Скважина заложена на юрские отложения, горизонт Ю , глубина по вер­

тикали Н = 2970 м. Проектом предусмотрено отклонить ствол от вертикали у

кровли продуктивного пласта на величину А = 1000 м. Толщина пласта h„ = 20 м. Проектная длина горизонтального участка в пласте А Г= 500 м. Глубина кровли

пласта Н* = 2950 м (рис. 4).Конструкция скважины: кондуктор диаметром 426 мм на глубину 500 м;

первая промежуточная колонна диаметром 324 мм на глубину 1400 м с целью перекрытия газоносных пластов (Туронского и Сеноманского). Вторая проме­жуточная колонна диаметром 245 мм на глубину 2900 м с целью перекрытия не­

устойчивых, склонных к осыпанию пород Яновстановской свиты.Эксплуатационная колонна диаметром 146 мм спускается на проектную

глубину.Согласно техническому заданию по проектированию скважины предусмот­

рено первоначальное искривление произвести ниже глубины 1500 м по вертикали.

Даны также другие ограничения - параметры профиля скважины на участках на-

24

Исходя из геолого-технологических условий бурения наклонно направ­

ленных скважин и безопасного ведения буровых работ с учетом имеющихся стан­

дартных компоновок низа бурильного инструмента по набору требуемого зе­

нитного угла и в соответствии с РД 39-0148070-6.027-86 выбираем интенсив­

ность искривления С1а= 4*' на 10 м и по ней определяем величину радиуса ис­

кривления ствола скважины

По заданию геологической службы предусмотрено провести горизонталь­

ный ствол в середине продуктивного пласта. В соответствии с этим величину

принимаем равной половине толщины продуктивного пласта, т.е.

hv~Q, Sh** = 0,5-ZO * /Ом, -

Подставляем численные значения R j и h^B (1.1),

otk/,= OMfi'/i ~ Щ ; « 4 ^ С**Зо [

1.2. Определяются параметры профиля наклонного ствола в интервале

максимального набора зенитного угла от кровли продуктивного пласта до пере­

хода его в горизонтальный ствол.Длина ствола на этом интервале v . . . : - - *

Принимаем 54 м.

1.3. Отклонения наклонного ствола от вертикали на этом интервале опре­

деляется по формуле (3.1)

бора и стабилизации зенитного угла должны соответствовать требованиям РД

39-0148070-6.027-86.

Расчет профиля производится снизу вверх.

1. Расчет параметров профиля наклонного ствола в интервале макси­

мального набора зенитного угла.

1.1. Определяется значение зенитного угла наклонного ствола у кровли

продуктивного пласта • ••

(1)

25

где R t - радиус искривления на участке от башмака промежуточной ко­

лонны до кровли продуктивного пласта. По технологическим соображениям

принимаем равным R 3, так как принятая ранее величина интенсивности ис-С

кривления 4 на 10 м удовлетворяет этому участку бурения наклонно направлен­

ного ствола.

- вертикальная проекция наклонного участка ствола от башмака колон­

ны до кровли продуктивного пласта выбирается, исходя из геолого­

технологических условий бурения и с учетом безаварийной проводки горизон­

тальных скважин. Должно быть соблюдено условие минимизации длины откры­

того ствола в интервале от башмака последней промежуточной колонны до го-*

ризонтального ствола. Принимаем h ̂ . равной 50 м.

По технологическим соображениям часть ствола ниже башмака проме­

жуточной колонны примерно 5 м бурится прямой компоновкой, перед тем как

используется компоновка с отклонителем для набора кривизны от o l f до

Поэтому принимаем

2.2. Длина ствола скважины на участке от башмака последней промежу­

точной колонны до кровли продуктивного пласта (рис. 4)

% = о.оту Яг ) = D'Cms* т (егзозз)=7м *

Принимаем 76 м. *

2.3. Отклонение ствола от вертикали на этом участке определяется по фор­муле

Принимаем 52 м.

1.4. Вертикальная проекция этого участка принята равной половине тол­

щины продуктивного пласта, т.е-Дл10 м.

2. Расчет параметров первой части профиля наклонно направленной сква­

жины с горизонтальным участком в продуктивном пласте.

2.1. Величина зенитного угла у башмака технической колонны опреде­

ляется по формуле

26

Принимаем 60 м.Так как проектное отклонение у кровли продуктивного пласта равно 1000М,

то с учетом значения Qt на интервале от точки зарезки до башмака проме­

жуточной колонны остается отклонить ствол от вертикали на величину

А - <2j = 1000-60 = 940 м.

Дтта этого необходимо набрать зенитный угол до aj = 38 и стабилизировать его.

Так как эти операции приходятся на интервал проходки скважины под спуск 245 мм промежуточной колонны, то на участке набора зенитного угла

интенсивность искривления ограничена требованиями РД [4], а также проч­

ностью и проходимостью колонны по стволу. Исходя из этих условий принята

интенсивность искривления 1,27 на 10 м. Радиус искривления Rj находится нз вы-

По полученным данным производится уточнение глубин спуска обсадных

колонн. Так, глубина спуска второй промежуточной колонны диаметром 245rttf

подучилась равной 3214 м, а 146 мм эксплуатационной колонны - 3849 м.

5. Общее отклонение ствола от вертикали с учетом протяженности горизон­

тального ствола составит:

4. Определяется глубина скважины по стволу с учетом протяженности гори­

зонтального ствола

3. Длина вертикального участка ствола наклонно направленной скважины

или глубина "зарезки" наклонного ствола определяется из условия:

ражения:

2.4. Параметры профиля наклонно направленной скважины на участке

набора зенитного угла (рис. 4) определяются по уравнениям:

2.5. Параметры профиля наклонно направленной скважины на участке

стабилизации зенитного угла (рис. 4) находятся следующим образом:

27

Пример 2. Расчет профиля горизонтальной скважины с переменным ради­усом искривления.

Исходные данные для расчета.

Глубина скважины по вертикали (рис. 5) Н = 2847 м; глубина по вертикали

кровли продуктивного пласта Икр= 2835 м; толщина пласта Ь^= 12 м.

J. Основными реперами являются:

первый репер - глубина подошвы "шоколадных" глин, равная 2645 м, отби­вается каротажем;

второй репер - глубина кровли продуктивного пласта Н^= 2835 *.

Протяженность горизонтального ствола в продуктивном пласте А,= 200rt

Горизонтальный ствол проходит по середине продуктивного пласта. Исходя го

реперных отметок определяется глубина первоначального искривленн* ствола

скважины - точка "зарезки" наклонного ствола. Она принимается равной 2650 м,

т.е. ниже подошвы неустойчивых глин, так называемых "шоколадных",ш 5 м .Расчет профиля.

1. Принимаем интервал набора зенитного угла от 2650 м до 2700 и. На этом

интервале бурение производится с применением стандартной КНБК с ц е п ью на­правления ствола скважины в проектный азимут и достижения величины зенитно­

го угла, достаточного для точного ориентирования отклонителя и управления<■

процессом искривления с помощью специальных компоновок, тслесистсжы и т д

Длина этого участка ; - . . # радиус искривлс*яв^=318м

что обеспечивает интенсивность набора кривизны /=1,8°на 10 м.

Принимаем, что на интервале бурения 2650-2700 м, на глубине ZJ0O м зе­

нитный угол а ( = 9 . Проекция наклонного ствола на вертикальную плос­кость

Принимаем h = 50 м.

Отклонение ствола от вертикали

Принимаем 4 м.

Ввиду малой разницы между ^ и h , (50 м и 49,7 м), глубину скважины по

стволу (рис. 5, OAJB;) и вертикали Н , (рис. 5, ОАВ) принимаем равпш 2700К

2. Интервал интенсивного набора зенитного утла (рис. 5, интервал В,С,£>,).

28

2.1. Рассмотрим первый участок интенсивного набора зенитного угла (рис.

5, интервал В;С,).

Участок от точки зарезки до кровли продуктивного пласта можно

определить, как

Принимаем радиус искривления ствола скважины на этом интервале, исхо­

дя из геолого-технологических условий бурения R 2, равным 168 м. Ему соответ-I Q

ствует интенсивность искривления ^=3,4 /10 м. Величину зенитного угла скважи­

ны у кровли продуктивного пласта находим из (6.2),

Длина наклонного ствола на этом участке будет:

4 -О , 0174f . Ш ( - J =гОтклонение наклонного ствола от вертикали Од находится из выраже-

Глубина скважины по вертикали равна H<f>= 2835 м .

Отклонение ствола от вертикали на глубине кровли продуктивного пласта

(рис. 5, отрезок С С,) : v

2.2. Участок интенсивного набора зенитного угла от кровли продук­

тивного пласта до горизонтального вхождения в продуктивный пласт (рис. 5,

отрезок CD, ) .Определяются h3- проекция участка ствола на вертикальную плоскость :

где Н г - глубина по вертикали от устья до начала горизонтального ство­

ла. В нашем примере принято, что горизонтальный ствол проходит по середине

продуктивного пласта, т.е. Aj — cl,f Нпл - OS- /2 — м. . -

или h j = Z841~2£3S =

Затем определяется радиус искривления ствола скважины на этом

участке.-

( 1)

ния:

Глубина скважины по стволу у кровли продуктивного пласта

29

Интенсивность искривления на 10 м на этом участке

Принимаем 43 м.

Отклонение ствола от вертикали ' на этом участкеCtjs. f fo ( С&4 73a3o'~ ccS So’] *= fSV< ~ 0/2,6m .

Приним аем 43 м.Общая глубина скважины по стволу А ^ Z8$5 +43+2оо=3122^

Общее отклонение ствола скважины от вертикали с учетом горизонтально-

Пример 3. Расчет профиля горизонтальной скважины с пологонаклоннымС , С

стволом в продуктивном пласте (90 > с7 £ 80 ).

, Исходные данные:Глубина скважины по вертикали Н = 2400 м, кровля продуктивного пласта

находится на глубине Нк =2358 м, толщина продуктивного пласта h n=42 м (рис. 7}.

. Горизонтальная скважина имеет отклонение у кровли продуктивного пласта А -

= 1200 м, протяженность условно горизонтального ствола А г=300 м. " Горизон-

тальный" ствол пересекает пласт под постоянным углом а г= 82 .. Параметры

профиля ГС рассчитываются во взаимосвязи с параметрами конструкции скважи­

ны. При этом учитываются требования заказчика об установке ЭЦН в верти­

кальном стволе на глубине 1150 - 1200' м. Зенитный угол у башмака промежуточ­

ной колонны а £= 45° При построении профиля горизонтальной скважины долж­

но быть выполнено условие ее безаварийной проводки - минимизация длины от­

крытого ствола в интервале от башмака последней промежуточной колонны до

забоя скважины.

Расчет ведется по методике снизу вверх.

1. Определяются параметры искривления ствола скважины в продуктивном

пласте.

Длина ствола скважины на этом интервале

го ствола

30

3. Параметры профиля скважины на участке стаоилизации зенитного угла

при бурении интервала ствола под спуск промежуточной колонны.

3.1. Предварительно находится ClL - отклонение ствола от вертикали на

данном интервале:

где R, - радиус искривления ствола скважины на первом участке набора зе­

нитного угла. Исходя из геолого-технологических условий и безопасного веде­

ния буровых работ принимаем интенсивность искривления 2* на 10 м.

Тогда радиус искривления

Яр Я ол.

1.1. Находится значение зенитного угла ствола скважины у входа в кровлю

продуктивного пласта а по формуле

Одновременно а * г - равно максимальному значению условно - горизон­

тального ствола

В нашем примере А г= 300 м, тогда t r= - A r/$u i <7Г — ^Т )}2' ~ •2. Определение параметров профиля наклонно-направленной скважины на

переходном участке от башмака промежуточной колонны до кровли продук­

тивного пласта.Учитывая геолого-технологические условия проводки скважины и необхо­

димость спуска промежуточной колонны диаметром 245 мм, принимаем интен-

енвп^ гп. искривления ^ = 1,5* на 10 м. Тогда радиус искривления

Зенитный угол у башмака технической колонны задан a .f = 45'*.

2.1. Длина ствола скважины на рассматриваемом участке

2.2. Отклонение наклонного ствола на этом участке

2.3. Длина интервала ствола по вертикали

Отсюда глубина спуска 245 мм промежуточной колонны по вертикали

31

3.2 Длина интервала ствола по вертикали Неравна С?£ так как а ^ - 45° , т.е. h ,= 900 м.

З.З.Длина ствола скважины на интервале

Величину ^ можно бьшо определить как {г ~ <2̂ V z’ ,

4. Определяем параметры профиля скважины не первом участке набора зенитного угла.

4.1. Длина ствола скважины на интервале (рис. 7)

Глубина спуска промежуточной колонны по вертикали определена ранее; 2250 м.

8. Глубина спуска 168 мм эксплуатационной колонны L = 3195 м.

7. Глубина спуска промежуточной колонны диаметром 245 мм

Требования заказчика об установке ЭЦН в вертикальном стволе на глу­бине 1150 м, можно считать, удовлетворены.

6. Глубина сжважины по стволу * .

4.2. Длина интервала ствола по вертикали.

4.3. Отклонение ствола от вертикали на этом интервале - величина J7- определена ранее: CLt - 84 м.

5. Находится величина первоначального искривления ствола скважины h 0 из условия:

и затем определяем <7,

тогда

В условии также дано, что зенитный угол а / в конце интервала набора зе­

нитного угла а ^ = 45*