5.7 Вывод

Применение винтовых забойных двигателей при вскрытии продуктивного пласта влияет на уменьшения каверны за счет меньший подачи промывочной жидкости на забой скважины которая составляет 15л/сек в отличии от турбинных двигателей чья подача составляет 30-32л/с, что в свою очередь влияет на качественное цементирования ствола скважины и высоких дебитов при добычи.

6 Обоснование и расчёт профиля проектной скважины

Большое значение в наклонно-направленном бурении имеет правильный выбор профиля скважины. Рациональный профиль позволяет сократить до минимума работу с отклонителем на возможно меньшей глубине, обеспечивает необходимое смещение забоя и допустимую интенсивность искривления, а также свободное прохождение по стволу компоновки низа бурильной колонны. Профиль должен позволять эксплуатировать скважину глубинными насосами, в том числе и глубинными штанговыми насосами, причем должно исключаться протирание обсадных труб штангами и обрыв последних.

Следовательно, профиль наклонной скважины необходимо выбирать таким, чтобы при минимальных затратах времени и средств довести ее до проектной глубины без каких-либо осложнений, обеспечив надлежащее качество ее для длительной и безаварийной эксплуатации. Широко применяются и отвечают практически всем геолого-техническим условиям бурения и эксплуатации профили скважин пяти типов (Рисунок 6.1):

Рисунок 6.1 - Профили наклонно-направленных скважин

Профиль типа а) состоит из трех участков: вертикального 1, участка набора максимально необходимого зенитного угла 2, наклонно-прямолинейного участка 3, продолжающегося до проектного забоя в продуктивном пласте. Применение этого профиля позволяет до минимума ограничить число рейсов долота с отклонителем, получить наибольшее отклонение от вертикали при том же зенитном угле. Эксплуатация скважин с таким профилем не вызывает затруднений.

Разновидностью профиля а) является профиль б). Он состоит из трех участков: 1, 2, 3, но вместо наклонно-прямолинейного участка (участка стабилизации кривизны) имеется участок естественного снижения зенитного угла 3. Такой профиль требует набора значительно большего зенитного угла в конце участка 2. Длина этого участка больше, а работы с отклонителем требуют дополнительной затраты времени и средств. Такой профиль можно применять в районах, где естественный темп снижения зенитного угла невелик и искусственная стабилизация его затруднена.

Профиль типа в) состоит из пяти участков: вертикального 1; набора зенитного угла 2; наклонно-прямолинейного 3; снижения зенитного угла (естественного либо искусственного) 4; вертикального 5, позволяющего при пересечении стволом нескольких продуктивных пластов эксплуатировать любой из них с сохранением общей сетки разработки. Профиль этого типа наиболее сложный.

Когда не удается стабилизировать зенитный угол, скважины бурят по профилю г), состоящему из четырех участков и отличающемуся от предыдущего тем, что вместо участков 3 и 4 имеется один участок 3 естественного снижения зенитного угла.

Профиль типа д) состоит из вертикального участка 1 и участка набора зенитного угла 2. Профиль характеризуется большой протяженностью участка 2, на котором проводятся работы с отклнителем. Профиль этого типа применяется редко - если можно полезно использовать естественное направление искривления. По мере освоения самоориентирующихся откло-нителей и безориентированного бурения он, по-видимому, будет применяться более широко.

В некоторых нефтегазовых регионах (например, Тюменская область) для предупреждения обвалов и желобообразований зенитный угол начинают набирать уже при бурении под кондуктор. Вертикальный участок длиной около 50 м в этом случае служит для придания стволу начального вертикального направления, а крепление искривленного участка кондуктором полностью исключает отмеченные осложнения.

Расчет профиля плоско-искривленной скважины ведется при следующих исходных данных; а) геологический разрез; б) глубина скважины по вертикали; в) требуемое смещение забоя; г) азимут искривления. Профиль скважины должен быть технически выполним и экономически целесообразен. Техническая выполнимость профиля определяется величиной минимально допустимого радиуса искривления скважины. Наибольшие габариты и жесткость имеет система долото - забойный двигатель, в связи с чем минимальный радиус искривления ствола R_c определяется проходимостью по нему этой системы.

В условиях Республики Татарстан наиболее распространенным является профиль типа б), состоящий из вертикального участка, участка набора кривизны и участка естественного спада кривизны. При А < 300 м применяется трехинтервальный профиль, при А > 300м – четырехинтервальный. В случае трехинтервального профиля допускается осуществлять набор зенитного угла ниже глубины спуска кондуктора.

В нашем случае профиль наклонно-направленной скважины состоит из трех интервалов.

Расчет трехинтервального профиля с прямолинейно-наклонным участком.

Длина первого вертикального участка (l₁ = h₁) обосновывается с учетом направления движения станка и очередности бурения в кусте данной скважины. Величина радиуса на участке набора α определяется после выбора компоновки из числа применяемых по данным таблиц 4,5.

Данный тип профиля является наиболее распространенным. Этот профиль рекомендуется в основном для бурения наклонных скважин на однопластовые месторождения с большими углами отклонения при средней глубине скважины. Такие профили могут применяться при различных условиях бурения. Эти профили особенно эффективны, когда на последних участках используются естественные искривления скважин и простые КНБК без отклоняющих устройств. При этом на первом искривленном участке набирается значительный зенитный угол.

При наборе кривизны используется турбинный отклонитель ТО-195.

Интенсивность искривления скважины при применении данного отклонителя составляет α₁₀=1,3 град/10м. Как показала практика бурения наклонных скважин зарезку искривленного участка ствола скважины можно успешно осуществлять в относительно мягких породах. Экономически выгодно бывает закончить набор α при бурении скважины под кондуктор, чтобы после смены диаметра на меньший по возможности исключить применение отклоняющих устройств.

Минимально допустимый радиус искривления предлагается рассчитывать из условия проходимости в искривленном участке скважины наиболее жесткой части системы: «долото-забойный двигатель» по формуле:

где L_зд- длина забойного двигателя с долотом, м;

D_д, d_зд – диаметры, соответственно, долота и забойного двигателя, м;

k – зазор между стенками скважины и забойным двигателем, м.

В мягких породах k = 0, в твердых k = 3-6 мм.

При уменьшении диаметра и увеличении длины забойного двигателя рекомендуется учитывать влияние его прогиба:

где f – стрела прогиба забойного двигателя, м;

q – вес одного метра забойного двигателя, Н/м;

L_зд – длина забойного двигателя, м;

Е – модуль упругости, Е = 2,1· 10¹¹ Н/м²;

J – момент инерции поперечного сечения забойного двигателя, м⁴;

м⁴

Тогда

Т.е.

Расчет минимально допустимого радиуса искривления из условия нормальной эксплуатации бурильных труб.

Для верхней части скважины R_min определяется в точке сопряжения вертикального участка с участком набора зенитного угла, так как в этом сечении напряжения от изгиба дополняются растягивающими нагрузками:

где d – наружный диаметр трубы, м;

σ_r - предел текучести, Н/м²;

σ_р – напряжение растяжения, Н/м²;

Р – максимальная растягивающая нагрузка в рассматриваемом сечении, Н;

F – площадь поперечного сечения трубы, м².

Тогда

Для нижних интервалов ствола, например, 4-й участок для профиля R_min4 определяется с учетом возможной концентрации местных напряжений в мелкой резьбе по формуле:

где α_к – коэффициент концентрации местных напряжений; для сталей групп прочности Д и Е α_к равен, соответственно 1,84 и 1,99.

Замки бурильной колонны не должны создавать чрезмерного давления на стенки скважины во избежание их интенсивного износа, желобообразования и т.п. при спуско-подъемных операциях. В этом случае R_min вычисляется по формуле (при длине свечи 25 м):

где Р – осевое усилие, Н;

Т_д – допустимое усилие взаимодействий замка со стенкой скважин, Н;

Т_д – принимается равной 20-30 кН для разрезов, сложенных мягкими породами, и 40-50 кН – крепкими и твердыми.

Тогда для твердых пород

и для мягких и средних пород

Определение минимально допустимого радиуса искривления для спущенных в скважину обсадных труб.

Спущенная в скважину колонна обсадных труб изгибается примерно так же, как и ось скважины. Величина изгибающих напряжений в обсадных трубах при этом не должна превысить допустимой величины. Для выполнения этого условия R_min определяется как:

где [σ_из] – допустимое напряжение изгиба (для стали группы прочности Д [σ_из] ≈ 200 МПа).

Таким образом, найдены все допустимые наименьшие радиусы искривления

Таблица 6.1 – Допустимые наименьшие радиусы искривления скважины

Rmin 1	Rmin 2	Rmin 3	Rmin 4	Rmin 5	Rmin 6
148,6	154	73.5	128	134.4	128.6

Для всех случаев R_min< R₁=441м, т.е. проводка наклонной скважины проводится в нормальных условиях.

Проверка условий свободного пропуска компоновки низа бурильного инструмента через кондуктор. Такая проверка необходима, если планируется работа с отклоняющими устройствами (ОУ) после спуска кондуктора или, когда возможны исправительные работы.

При жесткой компоновке с короткими плечами l₁ и l₂ и большими диаметрами проходимость определяется из условия:

где D_кв – внутренний диаметр кондуктора, м;

d_r – диаметр турбобура, м.

γ – угол перекоса оси резьб переводника, град;

β – угол несоосности КНБК, град;

С уменьшением жесткости компоновки проходимость ее через кондуктор рассчитывается с учетом упругой деформации по формуле:

где f – прогиб плеча компоновки в пределах упругих деформаций, м.

[σ] – допустимое напряжение в опасном сечении, МПа;

l – короткое плечо компоновки, м;

d_r – диаметр турбобура, м.

Примем l₁=26м – длина турбобура с долотом;

l₂=150м – длина УБТ с отклонителем.

Тогда, прогиб плеча компоновки по фомуле составит:

Угол β несоосности КНБК составит:

Зазор с будет:

Тогда диаметр кондуктора (внутренний) долңен быть не менее чем:

Т.е.

У нас D_кв=308мм, что превышает допустимый диаметр, т.е. КНБК свободно проходит через кондуктор.

Исходные данные для проектирования:

Проектная глубина забоя скважины – 2055м;

Проектное смещение от устья до точки забоя скважины -373м;

Интенсивность набора кривизны -1,3 град/10м;

Длина первого вертикального участка -727м.

В настоящее время наибольшее распространена методика проектирования профиля, искривленного в одной плоскости, основанная на аналитическом методе расчета с последующем построением его элементов.

Определяем радиус искривления второго участка по формуле:

Определяем величину зенитного угла по формуле:

Н₀ = Н – h₁=2631-1500=1131м

α=6^о 03′

Н_в=l₁=727м

Рассчитаем длину участков профиля и их горизонтальные и вертикальные проекции.

Участок набора угла ствола скважины:

длина

горизонтальная проекция:

вертикальная проекция

Участок прямолинейный наклонный:

Длина ствола по профилю:

Таблица 6.2 - Проектный профиль

Участок	Длина ствола, м	Проекция, м
		горизонтальная	вертикальная
Вертикальный	l1 = 727	-
Набор зенитного угла	l2 = 900
Прямолинейный наклонный	l3 = 428
До проектного горизонта	L=2055	A = 373	H=1960

Рисунок 6.2 - Профиль скважины