6 Проектирование профиля наклонно направленной пологой скважины

В последние годы в отечественной и зарубежной практике разработки нефтяных и газовых месторождений широкое применение получило строительство горизонтальных скважин (ГС). Однако, как известно, бурение ГС требует использования специальной техники и технологии. Кроме того, до настоящего времени ряд проблем строительства ГС не получил достаточно полного решения. Это проблемы крепления, проведения геофизических исследований, вторичного вскрытия продуктивного пласта и капитального ремонта, а также предотвращения и ликвидация аварий и осложнений в процессе бурения.

Все это в значительной степени отрицательно влияет на технико-экономические показатели, качественные показатели строительства и результаты эксплуатации скважин. В связи с изложенным предлагается более широкое внедрение в производство метода строительства так называемых пологих скважин (ПС), ствол которых вскрывает продуктивный пласт (ПП) под постоянным зенитным углом (45-70°). В данном исследовании зенитный угол в пласте принят равным 60-70°. Это значение обусловлено двумя обстоятельствами.

Во-первых, при вскрытии ПП под углом = 60-70° обеспечивается увеличение длины ствола в пласте в 2,0-2,92 раза по сравнению с длиной в вертикальной скважине, вследствие чего увеличивается площадь фильтрации, а следовательно и дебит скважины.

Во-вторых, при указанных значениях представляется возможность осуществлять строительство наклонных скважин с использованием стандартной техники и технологии бурения.

Отличительной особенностью проектирования профиля пологой скважины является то, что здесь предварительно, в зависимости от толщины продуктивного пласта и требуемых значений длины ствола (или проекции ствола на горизонталь ), задается зенитный угол , под постоянным значением которого полностью вскрывается ПП. В табл. 12 и на рис. 15 приведены расчетные данные по и , вычисленные для = 60-70° при различных значениях . Пологие скважины могут быть пробурены по различной форме профиля в зависимости от горно-геологических условий бурения, требований эксплуатации скважины, обеспечения нормальной работы внутрискважинного оборудования. Ниже приводится методика расчета пятиинтервального профиля пологой скважины, как профиля более общего типа, из которого путем исключения одного-двух интервалов получаются четырех- и трехинтервальные профили.

Таблица 12

Расчетные данные параметров пологой скважины

№	Толщина продуктив-ного пласта, м	Параметры искривления ствола пологой скважины в продуктивном пласте в зависимости от зенитного угла тах, м
		60°		65°		70°
		апл	lпл	апл	lпл	апл	lпл
1	10	17,32	20	21,44	23,64	27,47	29,24
2	20	34,64	40	42,88	47,28	54,94	58,48
3	40	62,28	80	85,76	94,56	109,9	116,96
4	60	103,92	120	128,64	141,84	164,82	175,44
5	80	138,56	160	171,52	189,12	219,76	233,92

Рис.15 Расчетная схема

Принятый пятиинтервальный профиль (рис.16) характеризуется: вертикальным участком, двумя участками набора , двумя участками стабилизации кривизны.

Рис. 16 Проектный профиль и конструкция пологой скважины по пятиинтервальному профилю

Зенитный угол и радиус искривления принимают в зависимости от условий бурения, параметров конструкции скважины - диаметра и глубины спуска кондуктора (промежуточной колонны) с целью обеспечения условий нормального спуска и крепления обсадной колонны. Кроме того, остается постоянным на всей длине 1-го участка стабилизации кривизны с учетом требований установки внутрискважинного оборудования в интервале стабильной кривизны скважины.

При принятых значениях  и , в зависимости от параметров (эффективности работы) ориентируемой отклоняющей компоновки низа бурильной колонны (КНБК) определяется радиус искривления ствола скважины на 2-м участке набора . Заметим также, что проектное отклонение ствола от вертикали , как правило, устанавливается по глубине кровли продуктивного пласта по вертикали . Таким образом, , а общее отклонение включает также отклонение ствола от вертикали в продуктивном пласте

Параметры профиля пологой скважины в пределах ПП определяются по формулам (табл. 12 и рис. 15)

Для расчета параметров проектного профиля пологой скважины предварительно определяется глубина точки зарезки первоначального искривления скважины в проектном азимуте:

где

Подставляя величины согласно (81) - (89) в формулу (80), получим:

Если принять , то получается формула для определения для 3-интервального профиля, состоящего из участков - вертикального, набора до и участка стабилизации кривизны в продуктивном пласте:

Параметры профиля на соответствующих участках находятся по формулам (81) - (89).

Глубина скважины по вертикали равна:

а длина ствола составит:

Результаты расчета параметров четырех- и пятиинтервального профиля пологой скважины и для сравнения параметров четырехинтервального профиля, применяемого в настоящее время при бурении обычной наклонно направленной скважины на месторождении Матросовское АО «Татнефть», представлены в табл. 13. Расчет профилей произведен при следующих исходных данных: глубина кровли продуктивного пласта по вертикали ; толщина пласта . Проектное отклонение ствола от вертикали на глубине кровли продуктивного пласта . Радиусы искривления на 1-м и 2-м участках набора кривизны , хотя они могут быть различными (интенсивность искривления ). Расчетный зенитный угол на глубине кровли ПП принят равным , что обеспечивает увеличение длины ствола скважины в пласте в 2,36 раза, а горизонтальной проекции - в 2,14 раза по сравнению с . В профилях пологих скважин расчеты выполнены для значений R₁ = 238 м (i = 1,5°/10 м) и R₁ = 573 м (i < 1,0°/10 м).

Анализ данных табл. 13 показывает, что в пологих скважинах за счет больших значений глубина скважины несколько больше, чем в обычных наклонных скважинах. В тоже время в пятиинтервальном профиле глубина скважины меньше, чем в четырехинтервальном, при этом, чем больше R₁, тем больше глубина скважины.

Однако при применении четырехинтервального профиля увеличивается глубина точки зарезки, что является предпочтительным для улучшения производства электрометрических работ и увеличения скорости бурения скважины. Расчеты показали, что при одном и том же типе профиля с увеличением увеличивается глубина и несколько увеличивается . Однако по мере увеличения разница между глубинами скважин по разным вариантам профилей уменьшается; при А > 1800 м пологая скважина с принятыми исходными данными оказывается оптимально пробуренной только по четырехинтервальному профилю. Таким образом, выбор типа профиля пологой скважины зависит от конкретных геологических и технологических условий бурения скважин на данном месторождении. В табл. 13 приведены также результаты расчета параметров четырехинтервального профиля пологой скважины с Акр = 1200, 1800, 2400 м. По полученным значениям глубины скважины по длине ствола определены параметры конструкций этих скважин (табл. 14).

Таблица 13

№	Интервал по верти-кали, м	Длина интервала по вертикали, м	Зенитный угол, град		Горизонтальное отклонение,м		Длина по стволу,м		Радиус искрив-ления, м	Интенсив-ность искривле- ния	Интервал профиля
			Началь-ный	Конеч- ный	за интервал	общее	за интервал	общая
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	4-интервальный профиль обычной наклонной скважины
	0-210	210	0	0	0	0	210	210	-	-	Вертикальный
	210-357	147	0	22,5	29	29	150	360	382	1,5	Набор кривизны
	357-394	37	22,5	22,5	15	44	40	400	-	0	Стабилизация кривизны
	394-1440	1048	22,5	22,5	433	477	1132	1532	-	-	Тоже
	1440-1459	19	22,5	22,5	8	485	21	1553	-	-	То же
	1459-1900	441	22,5	7,0	115	600	456	2009	1688	3,39	Спад кривизны
	1900-1940	40	7,0	5,5	4	604	41	2050	1688	-	Тоже
2	4-интервальный профиль пологой скважины
	0-1377	1377	0	0	0	0	1377	1377	-	-	Вертикальный
	1377-1723	346	0	65	220	220	433	1810	382	1,5	Набор кривизны
	1723-1900	177	65	65	380	600	419	2229	-	-	Стабилизация кривизны
	1900-1940	40	65	65	86	686	95	2324	-	-	Тоже

Продолжение табл. 13

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2	0-1255 1255-1774 1774-1900 1900-1940	1255 519 126 40	0 0 65 65	0 65 65 65	0 330 270 86	0 330 600 686	1255 650 298 95	1255 1905 2203 2298	- 573 - -	- 1,0 - -	Вертикальный Набор кривизны Стабилизация кривизны То же
	5-интервальный профиль пологой скважины
3	0-637 637-783 783-1700 1700-1900 1900-1940	637 146 917 200 40	0 0 22,5 22,5 65,0	0 22,5 22,5 65,0 65,0	0 29 380 191 86	0 29 409 600 686	637 150 993 283 95	637 787 1780 2063 2158	- 382 - 382 -	- 1,5 - 1,5 -	Вертикальный Набор кривизны Стабилизация кривизны Набор кривизны Стабилизация кривизны
	0-732 732-951 951-1600 1600-1900 1900-1940	732 219 649 300 40	0 0 22,5 22,5 65,0	0 22,5 22,5 65,0 65,0	0 44 269 287 86	0 44 313 600 686	732 225 702 425 95	732 957 1659 2084 2179	- 573 - 573 -	- 1,0 - 1,0 -	Вертикальный Набор кривизны Стабилизация кривизны Набор кривизны Стабилизация кривизны

Продолжение табл. 13

1	2			3	4	5	6	7	8			9	10	11	12
4	4-интервальный профиль пологой скважины Акр = 1200м
	0-1097 1097-1443 1443-1900 1900-1940		1097 346 457 40		0 0 65 65	0 65 65 65	0 220 980 86	0 220 1200 1286			1097 433 1081 95	1097 1530 26112706	- 382 - -	- 1,5 - -	Вертикальный Набор кривизны Стабилизация кривизны Тоже
5	4-интервальный профиль пологой скважины Акр = 1800м
	0-818 818-1164 1164-1900 1900-1940	818 346 736 40			0 0 65 65	0 65 65 65	0 220 1580 86	0 220 1800 1886		818 433 174395		818 2151 2994 3089	- 382 - -	- 1,5 - -	Вертикальный Набор кривизны Стабилизация кривизны Тоже
6	4-интервальный профиль пологой скважины Акр = 2400 м
	0-538 538-884 884-1900 1900-1940	538 346 1016 40			0 0 65 65	0 65 65 65	0 220 2180 86	0 220 2400 2486		538 433 2405 95		538 971 3376 3471	- 382 - -	- 1,5 - -	Вертикальный Набор кривизны Стабилизация кривизны То же
	Примечание: - Интенсивность искривления °/100м

Известно, что конструкция скважины выбирается в соответствии с требованиями «Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности». При бурении наклонных скважин помимо обеспечения этих требований параметры конструкции определяются во взаимосвязи с параметрами проектного профиля скважины. Так, кондуктор, как правило, спускается в вертикальный ствол. При больших значениях отклонения ствола от вертикали (А = 1800 м) глубина первоначального искривления скважины H может оказаться в интервале спуска кондуктора. В определенных условиях в зависимости от жесткости обсадной колонны необходимо ограничить зенитный угол и интенсивность искривления. Например, для кондуктора диаметром 426 мм, i < 1,2°/10 м. В интервалах установки внутрискважинного оборудования (ШГН, ЭЦН) ствол скважины должен иметь практически стабильную кривизну. Типовая конструкция обычной наклонной скважины на Матросовском месторождении, конструкция пологой скважины, проектируемой по пятиинтервальному профилю, а также конструкции пологих скважин с Акр = 1200, 1800, 2400 м представлены в табл. 14, из которой видно, что при Акр = 600 м конструкции обычной и пологой скважины почти не отличаются.

В пологих скважинах с Акр > 1800 м в конструкцию включается дополнительная промежуточная колонна. Это обусловлено необходимостью сокращения длины открытого ствола между обсадными колоннами с целью предупреждения осложнений в процессе бурения и крепления скважины.

Строительство пологих скважин, естественно, вносит определенную сложность в технологический процесс бурения, особенно при наборе и стабилизации кривизны, в управление траекторией ствола. Однако, как показывает опыт бурения горизонтальных скважин, эти проблемы легко решаются. Тем более, что в последние годы в отечественной промышленности освоен выпуск высокоэффективных винтовых двигателей - отклонителей, стабилизирующих устройств, телесистем, другой геофизической аппаратуры, а применение импортных управляемых КНБК в сочетании с телесистемами типа MWD (LWD) и высококачественных буровых растворов позволит еще больше повысить эффективность широкого внедрения метода строительства пологих скважин при разработке нефтегазовых месторождений.

Таблица 14

Параметры конструкций скважин

№	Обсадная колонна	Интервал установки колонны, мм			Наружный диа-метр обсадной колонны, мм	Диаметр ствола скважины под спуск обсадной колонны, мм	Высота подъема цемента за колонной
		по вертикали		по стволу
1 2 3	Наклонная скважина (обычная), 4-интервальный профиль. Акр = 600 м
	Направление Кондуктор Эксплуатационная	0-40 0-394 0-1940		0-40 0-400 0-2050	323,9 244,5 168,3/146,1	393,7 295,3 215,9	До устья
1 2 3	Пологая скважина, пятиинтервальный профиль, Акр = 600 м
	Направление Кондуктор Эксплуатационная	0-40 0-400 0-1940		0-40 0-400 0-2158	323,9 244,5 168,3/146,1	393,7 295,3 215,9	До устья
1 2 3	Пологая скважина, четырехинтервальный профиль, Акр = 1200 м
	Направление Кондуктор Эксплуатационная	0-40 0-550 0-1940		0-40 0-550 0-2706	323,9 244,5 146,1/127,0	393,7 295,3 215,9	До устья
1 2 3 4	Пологая скважина, четырехинтервальный профиль. Акр = 1800 м
	Направление Кондуктор Промежуточная Эксплуатационная	0-40 0-300 0-1164 0-1940		0-40 0-300 0-1250 0-3089	323,9 244,5 117,8/168,2 114,1/102	393,7 295,3 215,9 151,0/139,7	До устья
1 2 3 4	Пологая скважина, четырехинтервальный профиль, Акр = 2400 м
	Направление Кондуктор Промежуточная Эксплуатационная		0-40 0-300 0-1192 0-1940	0-40 0-300 0-1700 0-3471	323,9 244,5 168,3 114,1/102	393,7 295,3 215,9 139,7	До устья