книги / Решение геолого-технических задач при направленном бурении скважин

ницы забуривания дополнительных стволов [8]. Верхняя граница должна быть уточнена и 'с экономической точки зрения принимается меньшей из полученных величин.

В интервале от верхней до нижней границ при минимальном расстоянии между стволами аДОпгот возможно забуривание определен­ ного числа Wj ярусов при профиле конусного типа или дополнительных стволов при профиле перистого типа. Это число определяется из следующего выражения [8]:

^допгшп

Если в пределах от /„„„ до /min имеются зоны неустойчивых пород, то величина пх должна быть уменьшена. При среднем числе дополнительных стволов в ярусе п2 общее количество пересечений пласта в одной скважине N при профиле конусного типа

При бурении скважин по профилю перистого типа

Число скважин для отбора проб А при требуемом количестве пересечений пласта л, рассчитываемом по формуле (1.80),

Если в результате расчетов окажется, что отклонение дополни­ тельных стволов выходит за пределы а___„. то для отбора пробы заданной массы необходима проходка горной выработки.

Техника и технология выполнения работ

При сооружении скважин по профилю конусного типа исполь­ зуются закрытые неизвлекаемые клинья. Для предохранения клина от проворачивания рационально применять кулачковый распор, устанав­ ливаемый в нижней части отклонителя. Клинья спускают в скважину и поворачивают их на необходимый угол для бурения дополнительных стволов в пределах яруса на бурильных трубах с помощью специаль­ ного приспособления. Для отбуривания от клиньев наиболее целе­ сообразно использовать шарошечные долота. Компоновка снаряда при этом следующая: долото, переходник, удлинитель (0,5—0,7 м), буровой шарнир, колонковая труба из ниппельной заготовки длиной 1— 1,5 м с зачеканенными в нее резцами из твердого сплава, что позволяет увеличить подработку висячей стенки скважины.

Дополнительные стволы по профилю перистого типа бурят по методу ТПИ. В предполагаемом месте разветвления стволов в интервале до 5 м с помощью шарнирной компоновки интенсивно набирают кривизну (до 5°/Ю м). Далее бурят обычным снарядом, длина которого постепенно увеличивается. После проходки ствола до конечной глубины в месте искусственного искривления с использова­ нием жесткого снаряда без клиньев забуривают дополнительный ствол.

51

2. ПРИНЦИПЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

Цель экономических расчетов— не только определение экономии или дополнительных затрат, но и выбор варианта, при котором они соответственно максимальны или минимальны. Качество разведочных работ при этом должно быть не ниже, чем при решении той же задачи другими способами.

Следует отметить, что при применении методов направленного бурения, как правило, получается и дополнительная информация, дающая более глубокие представления о месторождении. Эта ин­ формация не может быть , оценена экономически, но представляет значительный интерес, например, более точно могут быть определены элементы залегания и изменчивость горных пород в интервале разветвления стволов многоствольных скважин.

2.1. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ БУРЕНИЯ МНОГОСТВОЛЬНОЙ РАЗВЕДОЧНОЙ СКВАЖИНЫ

Бурение многоствольных скважин обеспечивает наибольший эффект по сравнению с другими прогрессивными способами разведки. Это достигается за счет значительного сокращения объемов и сроков работ, хотя себестоимость 1 м скважины возрастает.

Годовой экономический эффект при бурении многоствольных скважин

где С0 и Си— себестоимость 1 м скважин соответственно при обычном и направленном бурении; Е= 0,2— нормативный коэффициент сравни­ тельной эффективности геологоразведочной техники; К0 и А ,— удель­ ные капитальные вложения в том и другом случае; А0 и А„— объемы бурения при обычном и направленном способах.

Себестоимость бурения 1 м одноствольных скважин и основных стволов многоствольных берется равной плановой с учетом достигну­ той производительности труда. Для дополнительных стволов себе­ стоимость определяется с учетом всех дополнительных затрат, связанных с искусственным искривлением.

Удельные капитальные вложения определяются в соответствии со стоимостью бурового оборудования, необходимого для выполнения работ в том и другом случае. Для многоствольных скважин необ­ ходимо учитывать и стоимость всех технических средств, используемых при искусственном искривлении скважин.

Часто экономический эффект нужно рассчитать не на год, а например, для одной скважины, тогда формула (2.1) принимает вид

52

где В0 и Ви—сроки выполнения работ для обычного и направленного бурения, год.

Экономический эффект, рассчитанный по формуле (2.1) или (2.2), будет изменяться в зависимости от длины дополнительных стволов. Чем меньше их суммарная длина, тем больше экономия в объемах работ, но при бурении требуются большие дополнительные затраты времени на искусственное искривление скважин. Очевидно, есть такое решение задачи, при котором произведение (СН+ ЕКЯ) А„, входящее в формулу (2.1), имеет минимум, а экономический эффект при этом максимален. Несмотря на кажущуюся простоту, приемлемой методики отыскания минимума этого произведения пока не предложено, поэтому задачу приходится решать методом последовательного приближения, рассчитывая несколько вариантов, и выбирать из них наиболее

быть достигнута с помощью специальных компоновок бурового снаряда, например шарнирных, при незначительных дополнительных затратах средств.

П рим ер. Годовой объем бурения одноствольных скважин Л0= 14 тыс. м при средней глубине скважин L = 700 м. Средняя категория пород по буримости — VIII. При внедрении многоствольных скважин бурят 10 основных и 10 дополнительных стволов. Дополнительные стволы забуривают на глубине /=400 м с помощью неизвлекаемых клиньев. Таким образом, длина дополни­

Ра —2,21 м/ст.-см. Объем монтажно-демонтажных работ сокращается в 2 раза. Затраты времени Т0 по СУСН с учетом фактической производительности труда при бурении одноствольных скважин рассчитываются по формуле

(2.3)

где п0—норма времени на бурение 1 м скважин. При использовании станка ЗИФ-650М п0= 0,33 ст.-см/м.

При бурении многоствольных скважин затраты времени Г, на проходку основных стволов рассчитываются по формуле (2.3)

53

2,6

Т. =0,33 -7000 — = 2079 ст.-см. 2,9

бурения дополнительных стволов по интервалам, м; кв—коэффициент, учиты­ вающий повышение норм при бурении дополнительных стволов.

Для рассматриваемого примера £„=1,15, нормы времени на бурение 1 м

скважин и основных стволов многоствольных скважин заработная плата рабочих на 1 ст.-см. составит

2,9 11.15— =12,44 руб.;

2,6

при бурении дополнительных стволов

2,46

11.15— =12,41 руб.;

2,21

Вся заработная плата по основным стволам 4,27+12,44=16,71 руб.;

по дополнительным стволам

4,27+12,41 = 16,68 руб.

Основные расходы по остальным статьям одинаковы при бурении одноствольных и многоствольных скважин и принимаются по СУСН (в руб.):

По статье «Транспорт», согласно калькуляции стоимости машино-смены и норм транспорта на 1 ст.-см., основные расходы равны 1,37 руб.

Таким образом, расходы по основным стволам составляют 29,78 руб., по дополнительным—29,75 руб. При накладных расходах 16,5% себестоимость 1 ст.-см. равна соответственно 34,69 и 34,66 руб.

Себестоимость бурения одноствольных скважин составит 34,69-4158=144241 руб.,

многоствольных скважин

54

34,69 - 2019+ 34,66 ■1232= 114 579 руб.

Затраты на 1 монтаж-демонтаж буровой установки и связанные с ним работы по фактическим данным составляют 1000 руб. Отсюда затраты на весь объем бурения:

при бурении одноствольных скважин

1000-20 = 20000 руб.,

при бурении многоствольных скважин

1000 -10= 10000 руб.

Искусственное искривление скважин начинается на глубине 400 м с помощью неизвлекаемых клиньев типа КОС и ориентатора УШО. Затраты времени на одно искривление .по СУСН составляют 10,9 ст.-см.. Общие затраты времени на 10 искривлений равны 109 ст.-смен. Затраты средств на искусствен­ ное искривление

109 - 34,66 = 3781 руб.

Себестоимость буровых работ при бурении одноствольных скважин

144 241+20000=164241 руб.,

многоствольных скважин

114579+10000 + 3781 = 128360 руб.

Число буровых установок N, необходимых для выполнения работ,

где А — объем работ, м; Р —сменная производительность, м/ст.-см.; АГ= 0,75 — коэффициент использования оборудования; /=1234,8—годовой фонд времени, ст.-см.

При бурении одноствольных скважин необходимое число установок

многоствольных скважин

8000 -3,92+120 -10 = 32860 руб.

Годовой экономический эффект от внедрения многоствольного бурения, подсчитанный по формуле (3.1):

3 = (164 241 +0,2 -41 680)-(12 8360+ 0,2 • 32 860)= 37 645 руб.

2.2. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПЕРЕСЕЧЕНИЯ НАИБОЛЬШЕГО ЧИСЛА СЛОЕВ ПОРОД

При решении этой задачи может быть получен значительный экономический эффект за счет сокращения объемов буровых работ, хотя себестоимость 1 м скважины может возрасти. На первом этапе экономического обоснования определяется объем буровых работ при

55

бурении обычным способом и с использованием искусственно искрив­ ленных скважин. Экономический эффект от применения направленного бурения при решении этой задачи определяется по формуле (2.1).

Себестоимость 1 м скважины С0 при обычном бурении берется плановой с учетом достигнутой производительности труда, а при направленном бурении— с учетом всех дополнительных затрат средств и времени, связанных с искусственным искривлением скважин. Капи­ тальные вложения в том и другом случаях определяются исходя из фактической стоимости всего бурового оборудования, необходимого для выполнения проектного объема работ. При направленном бурении следует учитывать и стоимость технических средств для искусственного искривления скважин.

Для отыскания максимума величины экономического эффекта необходимо провести сравнительный расчет нескольких вариантов бурения искусственно искривленных скважин с различной интенсив­ ностью их искривления. За исходный вариант нужно принять такой, при котором интенсивность искривления наиболее рациональна для используемых компоновок (в пределах 1,5—2с/10 м). Методом после­ довательного приближения из возможных вариантов должен быть выбран наиболее эффективный.

П рим ер. Нормальная мощность стратиграфического разреза М —1000 м, угол падения слоев пород Р=60°. При бурении по траектории естественного искривления средний зенитный угол скважины 0ср= 10°, себестоимость 1 м составляет 16,32 руб., удельные капитальные вложения— 1,94 руб. Объем бурения рассчитывается по формуле

Для уменьшения объема бурения используется проходка искусственно искривленных скважин. При этом возможно применение нескольких вариантов.

1. Бурение с периодическим (через 15—20 м проходки) использованием шарнирных компоновок. Это приводит к увеличению среднего зенитного угла до 15°, а себестоимость 1 м и удельные капитальные вложения возрастают на 5%. Объем бурения в этом случае

0 6= 1000/cos(60—15)= 1414 м.

Экономический эффект рассчитывается по формуле (2.1)

Э = (16,32+0,2 • 1,94) 1558—(16,32 • 1,05+ 0,2 -1,94-1,05) 1414= 1218 руб.

2. Бурение с практически постоянным использованием шарнирных компо­ новок, что обеспечивает возрастание среднего зенитного угла до 20°, а себестоимость и удельные капитальные вложения увеличиваются на 7%. Объем бурения

0 6= 1000/cos (60-20) = 1309 м.

Экономический эффект

Э = (16,32+ 0,2 • 1,94) 1558—(16,32 • 1,07+ 0,2-1,94 • 1,07) 1309= 2629 руб.

3. Бурение с использованием шарнирных компоновок и периодическим применением извлекаемых клиновых отклонителей. При этом средний зенитный угол скважин возрастает до 25°, объем бурения

0 6 = 1000,/cos (6025) = 1224 м.

Себестоимость 1 м и удельные капитальные вложения возрастают на 12%.

56

Экономический эффект в этом случае

Э = (16,32+0,2 1,94) 1558—(16,32 1,12+0,2 1,94 1,12) 1224=3121 руб.

4. Бурение с отклонителями непрерывного действия, обеспечивающими средний зенитный угол скважины 30°, при объеме бурения

Об= 1000/cos (6030) = 1156 м.

Себестоимость 1 м и удельные капитальные вложения при этом возрастают на 20%.

Экономический эффект Э =( 16,32+0,2 • 1,94) 1158- (16,32 • 1,2+0,2 • 1,94 • 1,2) 1156=2857 руб.

Таким образом, из рассмотренных наиболее экономичным является третий вариант.

На следующем этапе с целью отыскания максимального экономического эффекта рассмотрим еще два варианта.

5. Бурение с использованием шарнирных компоновок и извлекаемых клиновых отклонителей в большем объеме, чем в третьем варианте. Средний зенитный угол скважины составил 27°. Объем бурения при этом

0 e=lOOO/cos(6O—27)=1194 м.

Себестоимость 1 м скважины и удельные капитальные вложения в этом случае по расчету возрастут на 15%. Экономический эффект

Э=(16,32+0,2 • 1,94) 1558—(16,32 • 1,15+0,2 • 1,94 • 1,15) 1194= 3086 руб.

6. Бурение с использованием шарнирных компоновок и извлекаемых кли­ новых отклонителей в меньшем объеме, чем в третьем варианте. Средний зенитный угол скважины составил 23°. Объем бурения

0 б= 1000/cos (60 —23) = 1274 м.

Себестоимость 1 м и удельные капитальные вложения возрастут, согласно расчету, на 9%. Экономический эффект

Э = (16,32+ 0,2-1,94) 1558- (16,32 -1,09 + 0,2: 1,94 -1,09) 1274= 2825 руб.

По такой же-чСхеме необходимо определить экономический эффект при бурении скважин со средними зенитными углами 24 и 26° и принять соот­ ветствующее решение. Однако ввиду незначительной разницы в величине экономического эффекта за оптимальный можно принять третий вариант' проходки с использованием шарнирных компоновок и извлекаемых клиновых отклонителей при доведении среднего зенитного угла скважины до 25°.

2.3. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫВЕДЕНИЯ СКВАЖИНЫ В ЗАДАННУЮ ПРОЕКТОМ ТОЧКУ

Цель решения этой задачи— обеспечение подсечения геологическо­ го объекта в заданной точке методами направленного бурения при внепроектном искривлении скважины. При этом всегда требуются дополнительные затраты. Экономический расчет проводится для отыскания минимума этих затрат.

Если скважина отклонилась от намеченной проектом траектории и не обеспечивает подсечения геологического объекта в заданной точке, то возможны два варианта решения поставленной задачи:

1)дальнейшее бурение скважины с использованием технических средств искусственного искривления;

2)забуривание дополнительного ствола.

Выбор того или иного варианта должен быть обоснован экономи­ чески. При рассмотрении первого варианта прежде всего необходимо

57

знать техническую возможность бурения искривленного ствола. Зная фактическую длину искусственно искривляемого участка и требуемый угол пространственного искривления, можно определить среднюю интенсивность искривления. На основании этого выбирается тот или иной отклонитель и рассчитывается число циклов его применения.

П рим ер. Проектная глубина скважины 500 м. На глубине 400 м отклоне­ ние превышает допустимое. Для выведения скважины в заданную проектом точку необходимо искусственное ее искривление в сторону увеличения зенитного угла на 10°. Для этого могут быть использованы шарнирные компоновки, обеспечивающие интенсивность искусственного искривления 1° на 10 м проход­ ки при длине цикла 1 м; извлекаемые клиновые отклонители, дающие за цикл искривления приращение зенитного угла на 2° при длине цикла 4 м, и отклонитель непрерывного действия типа ТЗ с интенсивностью искривления 1° на 1 м при длине цикла 2,5 м. Таким образом, для выведения скважины в проектную точку потребуется десять циклов искривления с помощью шарнир­ ных компоновок, или пять циклов с применением клиновых отклонителей, или четыре цикла с использованием отклонителя типа ТЗ.

В первом случае себестоимость 1 м скважины, рассчитанная по методике, изложенной выше, возрастет на 5%, а удельные капитальные вложения— на 15%, во втором себестоимость 1 м возрастает на 15%, а удельные капитальные вложения—на 8%, при применении отклонителя типа ТЗ себестоимость 1 м увеличится на 10%, а удельные капитальные вложения— на 12%. Себестои­ мость 1 м скважин при обычном бурении по фактическим данным составляет

Таким образом, дополнительные затраты наименьшие в первом случае, который и необходимо использовать. Во втором случае определяют длину дополнительного ствола, интенсивность его искривления и число циклов применения технических средств направленного бурения. В частных случаях искусственное искривление может и не потребоваться. Далее вычисляют дополнительные затраты времени, общие затраты времени и общие затраты средств с учетом себестоимости участка скважины, списанного в брак.

Прямого способа выбора наиболее экономичного варианта из множества всех возможных пока не предложено, поэтому задача решается методом последовательного приближения. Дополнительные затраты средств на искусст­ венное искривление в некоторых случаях могут оказаться сопоставимыми с затратами на проходку нового ствола с поверхности. Тогда необходим еще

зенитного угла на 16°. Даже при использовании наиболее совершенного отклонителя типа ТЗ, обеспечивающего по опыту предыдущих постановок искривление скважины на 2° при общей длине цикла 8 м, скважина не может быть выведена на проектную траекторию. Следовательно, задача может быть решена только забуриванием дополнительного ствола либо бурением новой скважины. Для выбора точки забуривания и способа бурения дополнительного ствола сравним три варианта.

1. Забуривание дополнительного ствола на глубине 350 м с последующим бурением без применения каких-либо технических средств по профилю естественного искривления. Себестоимость 1 м скважины в этом случае возрастает, согласно существующим нормам, на 15%.

58

2.Забуривание дополнительного ствола на глубине 400 м с последующим бурением с шарнирными компоновками по всему стволу. При этом себестои­ мость 1 м возрастает на 30%, а удельные капитальные вложения— на 10% (по фактическим данным ранее пробуренных скважин).

3.Забуривание дополнительного ствола с последующим бурением с откло­ нителем типа ТЗ. Максимальная глубина забуривания в этом случае 436 м. Себестоимость 1 м скважины возрастает на 25%, а удельные капитальные вложения— на 20% (согласно расчету по методике, приведенной выше).

Затраты средств на собственно забуривание дополнительного ствола во всех случаях одинаковы, поэтому в дальнейших расчетах не учитываются.

Себестоимость 1 м скважины при обычном бурении 12,4 руб. и ниже плановой, а удельные капитальные вложения 2,3 руб.

Затраты средств будут равны: в первом случае

3=(12,4 • 1,15+ 0,2 • 2,3) 150+12,4-100=3448 руб.,

где 150—длина дополнительного ствола; 12,4-100—затраты средств, списы­

С целью уменьшения затрат на приведение скважин в заданную точку целесообразно использование выявленных закономерностей естественного искривления скважин. Это позволяет получить экономи­ ческий эффект, величина которого вычисляется по формуле (2.1).

Величины, входящие в формулу (2.1), определяются следующим образом. Себестоимость бурения 1 м скважины без учета закономер­ ностей естественного искривления С0 берется плановой с учетом перевыполнения норм выработки. При этом необходимо учесть затраты, связанные с искусственным искривлением скважины при их внепроектном искривлении. Себестоимость 1 м скважины при бурении по траектории естественного искривления С„ определяется с учетом всех дополнительных затрат, связанных с выявлением этих законо­ мерностей.

Годовой объем бурения скважин по траекториям естественного искривления Ая всегда будет меньше величины А0 за счет того, что часть этого объема практически всегда приходится списывать в брак из-за недопустимого искривления. Расчетная величина брака может быть принята по опыту предыдущих лет.

Удельные капитальные вложения К0 и Кшв том и другом случае складываются из фактической стоимости всего бурового оборудования, необходимого для выполнения запланированного объема буровых работ, с учетом фактической производительности и коэффициента использования оборудования. При расчете К0 необходимо учесть стоимость всех технических средств, требующихся для искусственного искривления скважин при выводе их на проектные трассы. Величина Кн всегда будет меньше К0 за счет снижения объемов буровых работ при решении одной и той же задачи и сокращения сроков разведки.

Следует отметить, что даже после расчета закономерностей искривления и использования полученных зависимостей при проекти­

59

ровании скважин может потребоваться их искусственное искривление, а часть объемов будет списана в брак. Эти затраты следует учитывать так же, как и в первом случае, однако они должны быть значительно меньше. В противном случае необходимо сделать вывод о том, что полученные зависимости не соответствуют действительным законо­ мерностям естественного искривления скважин.

П рим ер. Годовой объем бурения составляет 20000 м, из них в среднем за последние 5 лет 500 м списывалось в брак в результате внепроектного искривления. Себестоимость 1 м скважины с учетом дополнительных затрат на искривление составляет 11,3 руб.

Для выявления закономерностей искривления было выплачено 3000 руб. сторонним организациям, составившим методику проектирования траекторий скважин по типовым профилям. В результате внедрения этой методики объем бурения скважин, списываемых в брак, удалось сократить до 100 м, т. е. объем бурения уменьшился до 19600 м, а время, затрачиваемое на искусственное искривление скважин,—на 30%. Последнее позволило снизить себестоимость 1м проходки до 11,17 руб. Капитальные вложения при этом снизились и составили 18500 руб. против 19500.

Отсюда экономический эффект от внедрения мероприятия, рассчитанный по формуле (3.1),

Э=(11,3-20000 + 0,2-19500)-(11,17-19600 + 3000+ 0,2-18500)=4268 руб.

2.4. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ УГЛА ВСТРЕЧИ СКВАЖИНЫ С ГЕОЛОГИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ

Эта задача возникает в случае, если используемая буровая установка не позволяет забуривать наклонные скважины с расчетным зенитным углом. Использование методов направленного бурения в этом случае— практически единственный способ решения поставленной задачи и приводит к увеличению стоимости работ, но выполняются требования методики разведки. Дополнительные затраты будут скла­ дываться из средств на приобретение отклонителей, затрат от снижения производительности труда и увеличения сроков разведки и будут списаны на 1 т разведанных запасов.

Дополнительные затраты минимальны в рбщем случае, когда скважина забуривается под максимально возможным зенитным углом с последующим ее искусственным искривлением на требуемую ве­ личину.

2.5. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ БУРЕНИЯ С ПЛОЩАДОК, ВЫБОР КОТОРЫХ ОГРАНИЧЕН РАЗЛИЧНЫМИ УСЛОВИЯМИ

Применение направленного бурения в этом случае позволяет получить значительный экономический эффект, возникающий вследст­ вие значительного уменьшения затрат на подготовку площадок под буровую и подъездных путей, или исключения сноса зданий и сооружений, или использования обычных установок взамен плавучих и т. д. Экономический эффект при этом равен сумме исключаемых затрат, определяемых по существующим нормам, за вычетом допол­ нительных затрат на искусственное искривление скважин.

60