5 Проектирование профилей горизонтальных скважин

(БашНИПИнефть)

Разработка месторождений нефти и газа с помощью ГС значительно повышает нефтеотдачу пласта. Одним из критериев эффективности бурения ГС является сокращение числа добывающих скважин примерно в 4 раза. Оптимальное сочетание ГС с различными типами профилей, позволяет минимальным количеством скважин и кустовых площадок достичь требуемую схему разработки месторождения.

Методика проектирования профиля ГС сводится к определению необходимого начального зенитного угла () и расчета элементов отдельных участков профиля ствола.

Исходными данными для расчета являются:

Н_пр - глубина проектного горизонта по вертикали, м;

Н_в - глубина вертикального участка ствола, м;

А_ТВП - отклонение точки вхождения в пласт (ТВП) от вертикальной оси ствола, м;

R₁, R₂ - радиусы искривления ствола в плоскости начального (ПНИ) и конечного искривлений (ПКИ), м;

₁, ₂ - начальный и конечный зенитные углы ствола скважины, град;

Δφ - изменение азимутального угла ствола скважины, град;

L_Г - длина горизонтального участка ствола, м.

Профили ГС можно условно разделить на следующие типы:

А – плоскостные, начальное и конечное искривление ствола ГС происходят в одной (апсидальной) плоскости;

Б – пространственные – конечное искривление ствола (набор конечных параметров положения ствола) происходит в плоскости, не соответствующей ПНИ.

5.1 Расчет элементов профиля ГС типа А

Необходимый начальный зенитный угол ГС определяется из условия обеспечения вхождения в пласт в заданной точке (ТВП). На рисунке вертикальную проекцию участка набора кривизны (II) можно выразить:

; (54)

;

учитывая, что

; (55)

; (56)

и решив совместно уравнения (54) относительно ₁, получим формулу для определения начального зенитного угла ствола ГС типа А:

(57)

где

расчет элементов профиля ствола ГС заключается в определении длин различных участков профиля и их проекций на вертикальную и горизонтальную плоскости.

Формулы для расчета пятиинтервального профиля ГС приведены в таблице 8.

Таблица 8 – Расчет элементов пятиинтервального профиля типа А

Длина скважины по стволу, м	Проекции
	вертикальная, м	горизонтальная, м
Вертикальный
		-
Набор зенитного угла
Наклонно направленный участок
Резко искривленный участок
Горизонтальный участок
	-
Всего

5.1.1 Пример расчета профиля горизонтальных скважин.

Исходные данные для расчета (тип А):

Н_пр – проектная глубина скважины по вертикали, Н_пр = 2000 м;

Н – глубина наклонной части ствола по вертикали, Н = 1800 м;

h₁ – глубина вертикального участка скважины, h₁ = 200 м;

А_ТВП – отклонение точки входа в пласт от вертикали, А_ТВП = 300 м;

R₁ – радиус кривизны ствола скважины в интервале набора кривизны, R₁ = 370 м;

R₂ – радиус кривизны ствола скважины в интервале интенсивного набора, R₂ = 100 м;

a₂ – угол максимальной кривизны ствола скважины,

По исходным данным производят расчеты:

К = 370·(1 – cos 90^о) – 300 = 370 – 300 = 70

М = 370 – 100 = 270

N = 1800 – 100·sin 90^о = 1800 –100 = 1700

= 7^о

Длина скважины по стволу l, м	Проекции
	вертикальная h, м	горизонтальная а, м
I вертикальный участок ствола
l1 = 200	h1 = 200	-
II участок набора зенитного угла
l2 = 0,01745·370·7 = 45	h2 = 370·sin 7о = 45	а2 = (1 – cos 7о)·370 = 3
III наклонно-прямолинейный участок
l3 = 1667/cos·7о = 1680	h3 = 2000 – 200 – 45 – 88 = = 1667	а3 = 1667·tg7о) = 205
IV резкоискривленный участок
l4 = 0,01745·100·83 = = 145	h4 = (sin 90о – sin 7о)·100 = = 88	а4 = (cos 7о – cos 90о)·100 = 99
V горизонтальный участок
l5 = 200	-	а5 = 200
Всего
L = 200 + 45 + 1680 + + 145 + 200 = 2270	Н = 200 + 45 + 1667 + 88 = = 2000	А = 3 + 205 + 99 + 200 = = 507

5.2 Расчет элементов профиля ГС типа Б

5.2.1 Методика расчета состоит из 2-х этапов. На первом этапе определяется начальное значение параметров профиля (при ).

Необходимый начальный зенитный угол определяется по формуле:

(58)

угол пространственного искривления или угол охвата определяется как:

(59)

3. Угол наклона плоскости конечного искривления (ПКИ) и ПНИ вычисляется по формуле:

(60)

5.2.2. На втором этапе производится расчет параметров положения профиля с учетом поправки на изменение азимутального направления ствола ГС.

Необходимый начальный азимутальный угол:

(61)

(62)

где

«+», «-» - соответственно при φ₁ > φ₂ и φ₁ < φ₂.

Необходимый начальный зенитный угол:

(63)

где

3. Угол пространственного искривления и угол наклона плоскости конечного искривления (ПКИ) и ПНИ рассчитываются соответственно по формулам (59, 60) при ₁ = _1н и Δφ = Δφ_н.

Формулы для расчета элементов профиля ГС типа Б приведены в таблице 9, где , как частный вариант, производится расчет элементов профиля ГС типа А.

Данная методика позволяет производить необходимые инженерные расчеты при проектировании профилей ГС плоскостного (А) и пространственного (Б) типа с достаточной степенью точности.

Таблица 9 – Расчет элементов пятиинтервального профиля типа Б

Длина скважины по стволу, м	Проекции
	вертикальная, м	горизонтальная, м
		в ПНИ	в ПКИ
Вертикальный
		-	-
Набор начального зенитного угла
			-
Наклонно прямолинейный участок
			-
Набор конечных параметров кривизны ствола
Горизонтальный участок
	-
Всего

5.2.3 Пример расчета профиля горизонтальных скважин.

Исходные данные для расчета (тип Б):

Н_пр – проектная глубина скважины по вертикали, Н_пр = 2880 м;

Н_кр – глубина кровли пласта, Н_кр = 2820 м;

Н_н – глубина наклонной части ствола по вертикали, Н_кр = 2780 м;

Н_в – вертикальный участок, Н_в = 100 м;

А_ТВП – отклонение точки входа в пласт от вертикали, А_ТВП = 600 м;

i – интенсивность набора зенитного угла, i = 1,5 ^о/10 м;

R₁ – радиус искривления ствола в плоскости начального искривления, R₁ = 382 м;

R₂ – радиус искривления ствола в плоскости конечного искривления, R₂ = 114,6 м;

a₂ – конечный угол искривления ствола скважины, = 90^о;

Δφ – изменение азимутального угла ствола скважины, = 20^о;

L_г – длина горизонтального участка ствола, L_г = 600 м.

1. Определяем начальное значение параметров профиля

К = 382·(1 – cos 90^о) – 600 = 382 – 600 = - 218

М = 382 – 114,6 = 267

N = 2780 – 114,6·sin 90^о = 2780 –114,6 = 2665

a₁ = = 10

γ_н = arccos (cos 10,4·cos 90 + sin 10,4·sin 90·cos 20) = 80

β = = 3,5

2. Производится расчет параметров положения профиля с учетом поправки на изменение азимутального направления ствола ГС.

а' = (sin 80 – cos 90)·114,6 = 376

h' = (sin 90 – cos 80)·114,6 = 315

Δφ_н = = 10,6

А' = = 403

a_1н = = 9,9

Длина скважины по стволу, м	Проекции
	вертикальная, м	горизонтальная, м
		в ПНИ	в ПКИ
I вертикальный участок
l1 = 100	h1 = 100	-	-
II участок набора начального зенитного угла
l2 = 0,01745·382·9,9 = 66,5	h2 = 382·sin 9,9 = 66,3	a2 = (1 – cos 9,9)·382 = = 5,8	-
III наклонно-прямолинейный участок
l3 = 2620/cos 9,9 = 2660	h3 = 2880 – 100 – 66,3 – 93,7 = 2620	a3 = 2620·tg 9,9 = 462	-
IV участок набора конечных параметров кривизны
l4 = 0,01745·382·80 = 160	h4 = (sin 90 – cos 80)·114,6·cos 3,5 = 93,7	a4 = 376·cos 20 + 315·sin3,5·sin 20 = 107,4	b4 = 376·cos 20 – 315·sin3,5·sin 20 = 33
V горизонтальный участок
l5 = 600	-	a5 = 600·cos 20 = 563,8	b5 = 600·sin 20 = 205,2
Суммарная длина
Lскв = 100 + 66,5 + 2660 + 160 + 600 = 3586,5	Н = 100 + 66,3 +2620 + 93,7 = 2890	А = 5,8 + 462 + 107,4 + 563,8 = 1139	В = 33 + 205,2 = 238,2

Рисунок 9 - Пятиинтервальный профиль горизонтальной скважины плоскостного типа (А)

Рисунок 10 – Пятиинтервальный профиль горизонтальной скважины пространственного типа (Б)