книги / Технология бурения наклонно направленных скважин с большим отклонением забоя от вертикали

тивного пласта, а пласт вскрывается долотом 0 152,4 мм со спуском «хвостовика» 0 127 мм, (114 мм). На рис. 3.3, в представлена конст­ рукция НСБО со сверхбольшим отходом от вертикали и горизонталь­ ным стволом большой протяженности. Эти условия требуют увели­ чения глубин спуска технических обсадных колонн с целью уменьше­ ния длины открытого ствола между колоннами, предупреждения ава­ рий и осложнений. Обсадная колонна 0 339,7 мм спускается комби­ нированной 339,7 х 346 (351) мм; обсадная колонна 0 244,5 мм так­ же спускается комбинированной 244,5 х 273,1 мм, а эксплуатацион­ ная колонна хвостовик 0 177,8 мм в сочетании с 168,3 (146,1) мм тру­ бами. При этом трубы большего диаметра устанавливаются в верх­ ней части колонны. В нефтедобывающих скважинах цемент за кон­ дуктором и 1-й промежуточной колонной поднимается от устья, в водонагнетательных скважинах цемент до устья поднимается за кон­ дуктором, а также за 1-й и 2-й промежуточной колоннами в отдель­ ных случаях и за эксплуатационной колонной. В морских скважи­ нах на случай проведения ликвидационных работ цемент за кондук­ тором поднимается на 10 м ниже дна моря.

На рис. 3.3, г-д представлены конструкции газовых скважин. Отличие конструкции газовых скважин от добывающих и нагнета­ тельных скважин заключается в необходимости в зависимости от де­ бита скважины, обеспечения возможности спуска насосно-компрес­ сорных (лифтовых)труб-НКТ большого диаметра, например 0 245 мм или комбинированной НКТ 0 245 х 178 мм (рис. 3.3, г). В газовой скважине с большим отклонением ствола от вертикали предусматри­ вается использование «фальш-колонн» (рис. 3.3, д), спускаемых для предупреждения износа и повреждения технической-эксплуатацион- ной колонны и извлекаемой перед спуском «хвостовика» в скважи­ ну. Высота подъема цемента до устья при креплении 473 мм кондук­ тора и 1-й технической колонны 0 339,7 мм. На кустовой морской платформе, как правило, первой бурится специальная скважина для захоронения отходов бурения. С этой целью в добывающих и нагне­ тательных скважинах в конструкции скважины предусматриваются «окна», интервалы для закачки отходов бурения. В ряде случаев в НСБО «хвостовик» спускается в кровлю продуктивного пласта для предупреждения проявления, поглощения пласта и других осложне­ ний при дальнейшем углублении скважины.

52

3.6. Оценка проходимости обсадных колонн в наклонной скважине

При проводке наклонно направленных скважин существует про­ блема доведения обсадных колонн до пробуренной глубины, связан­ ная с величинами отклонения ствола от вертикали, зенитного угла и интенсивности искривления ствола. Проходимость обсадных колонн зависит также от диаметра обсадной колонны, ее жесткости, диаме­ тра скважины и сил сопротивления, препятствующих спуску колонны.

В [35, 36] приводится формула для определения диаметра доло­ та, обеспечивающего нормальную проходимость обсадной колонны с учетом перечисленных выше факторов. Однако зависимость выве­ дена из условия, что обсадная труба длиной ~ 20 м рассматривается как балка, лежащая на двух опорах в искривленном стволе, т. е. баш­ мак колонны и верхняя часть трубы (расчетной длины) лежит сво­ бодно на опорах на одном уровне.. Известно, что наиболее трудно­ проходимыми участками ствола скважины при спуске обсадных ко­ лонн в наклонных скважинах являются участки перехода из поло­ жения стабилизации кривизны на набор кривизны, а также с верти­ кального участка на набор кривизны. Например, при переходе от ста­ билизации кривизны на набор, ось упругой линии обсадной колон­

той поверхности ствола скважины, искривленной радиусом R. Сле­ довательно можно записать дифференциальное уравнение изогну­ той оси системы в виде:

где E J - жесткость труб обсадной колонны; х , у - координаты теку­ щего сечения трубы; Мтг = EJ/R - изгибающий момент, возника­ ющий в трубах на искривленном участке ствола скважины. В работе [37] приводится формула для определения суммарного прогиба кон­ сольной балки с приложенной в конце консоли сосредоточенной си­ лы, под действием которой балка прижимается к изогнутой поверх­ ности. Если в данной задаче, применительно к спуску обсадной ко­ лонны, заменить сосредоточенную силу на равномерно распределен­ ную силу щ 1 sina» и принять, что обсадная труба прижимается к изо­ гнутому стволу скважины в направлении, противоположном дейст-

53

вию весовой нагрузки, то формулу для определения суммарного про­ гиба трубы «/> на интервале от башмака колонны до точки отрыва колонны от нижней стенки ствола скважины «/» примет вид:

Следует заметить, что продольная составляющая веса трубы q cosa практически не влияет не деформационное состояние системы из-за малой величины разности уровней опор балки и больших зна­ чений зенитного угла ствола скважины.

Пример расчета диаметра долота для спуска обсадной колонны диаметром 24,45 см.

Исходные данные: E J - 1,16-1010 кг-см2; толщина стенки трубы 5=11,1 мм; вес 1 п.м. трубы q = 0,647 кг/см; расчетная длина трубы / =10 м (1000 см); a = 800; ql sina - поперечная составляющая веса трубы, кг; R = 674 м (67400 см). По формуле (3.12) имеем:

7)д = 24,45 + 1000^ (1,16-ю10)2

2• 67400 6(0,647 • 1000 • 0,9848)2 • 674003

=24,45 + 7,418 + 0,18 = 32,05 см (320,5 мм)

Втабл. 3.3 представлены результаты расчета по определению диаметра долота, обеспечивающего нормальный спуск обсадной ко­ лонны до проектной глубины спуска по конструкции скважины, в зависимости от радиуса искривления ствола на интервале, величи­ ны зенитного угла, жесткости и весовой характеристики обсадной колонны.

55

3.7.Выводы

1.Даны аналитические и графические решения по определению глубины спуска кондуктора и промежуточной колонны, обеспечи­ вающей предупреждение возникновения гидроразрыва пород, под башмаком обсадной колонны при газонефтеводопроявлении скважи­ ны и закрытию превентора, могущего привести к грифонообразованию, к разрушению гидротехнического сооружения.

2.Высота подъема цементного раствора за обсадной колонной определяется из условия минимальной репрессии на продуктивный пласт, недопущения гидроразрыва пород или интенсивного поглоще­ ния раствора. Потайные обсадные колонны при этом цементируют­ ся на всю длину колонны, в то время как за остальными обсадными колоннами, включая эксплуатационную допускается обеспечение вы­ соты подъема цемента до перекрытия ствола внутрь предыдущей ко­ лонны на 100-К200 м.

Для герметизации заколонного пространства при спуске «хво­ стовика» используется пакер-подвеска типа УСЦХ соответствующе­ го диаметра.

3.При строительстве глубоких НСБО, в конструкции которых предусмотрен спуск «хвостовиков» в целях предупреждения износа (разрушения) предыдущей обсадной колонны, которая по существу становится эксплуатационной, необходимо применять «надставки», извлекаемые перед спуском последнего «хвостовика».

4.Выведена формула для определения диаметра долота при бу­ рении ствола под спуск обсадной колонны в зависимости от радиуса искривления (интенсивности) ствола, величины зенитного угла сква­ жины диаметра, жидкости и массы погонного метра обсадной трубы.

56

ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОФИЛЯ НАКЛОННОЙ СКВАЖИНЫ С БОЛЬШИМ ОТКЛОНЕНИЕМ СТВОЛА ОТ ВЕРТИКАЛИ

Строительство наклонно направленных скважин с большим от­ клонением ствола от вертикали (НСБО) представляет собой весьма сложный технологический процесс, успешное выполнение которого требует решения целого комплекса инженерных задач и проблем. Среди комплекса этих проблем особое место занимает выбор типа и параметров профиля скважины, так как его параметры тесно взаимо­ связаны с параметрами конструкции скважины и они играют опре­ деляющую роль в технологии строительства и эксплуатации скважи­ ны, в достижении поставленной геологической задачи. Известно, что НСБО часто бурятся либо с горизонтальным (ГС), либо с пологим (ПС) окончанием ствола в продуктивном пласте (ПП). Отметим, что при составлении схемы разработки месторождения величину про­ ектного отклонения ствола от вертикали (А) геологическая служба, как правило, определяет как отклонение на глубине кровли Др продуктивного пласта. Отличие между ГС и ПС заключается в том, что в ГС после достижения А ^ и расчетной величины зенитного уг­ ла а,ф ствол скважины углубляется до глубины по вертикали

здесь hm < htm- расстояние от кровли пласта до глубины, где зенит­

ный угол агор = 90°, hm - толщина продуктивного пласта. Дальнейшее бурение горизонтального ствола осуществляется в

пределах ПП протяженностью /гор до проектной глубины скважины по специальной траектории [38, 70]. В пологой скважине после дос­ тижения Ар и Окр по глубине Д т при дальнейшем углублении ствол скважины пересекает ПП под практически постоянным зенитным углом. Таким образом, расчетная глубина ПС по вертикали записы­ вается в виде [23]

В пределах ПП траектория ствола пологой скважины может быть проложена также со спадом кривизны, апс< аКр.

57

При строительстве НСБО, как правило, используются многоко­ лонные конструкции скважин. Это связано с тем, что помимо необ­ ходимости перекрытия интервалов несовместимости геологических условий бурения, из-за большой кривизны и необходимости умень­ шения длины открытого ствола между «башмаками» обсадных ко­ лонн с целью предупреждения аварий и осложнений, предусматри­ вается спуск дополнительных обсадных колонн. Кроме этого спе­ цифические особенности строительства НСБО накладывают опреде­ ленные ограничения и требования к параметрам профиля. Причем более жесткие требования предъявляются в тех случаях, когда необ­ ходимо пробурить скважину с максимальным значением и LCKa, так как это условие предопределяет начало искривления скважины Н0 с минимально возможной глубины. Если глубина не совпадает с глубинами спуска обсадных колонн (кондуктора, промежуточной ко­ лонны) большого диаметра, особенно в морском бурении, то, естест­ венно, требуются ограничения (уменьшение) интенсивности набора кривизны и величины зенитного угла ствола скважины.

Другим ограничением на параметры профиля НСБО является требование [4] обеспечить условие нормальной проходимости по стволу при спуске и эксплуатации внутрискважинного эксплуатаци­ онного оборудования. При проектировании параметров профиля не­ обходимо также учитывать технические возможности применяемой отклоняющей компоновки низа бурильной колонны (КНБК). Эффек­ тивность работы КНБК зависит от глубины скважины, характера про­ ходимых горных пород, геометрических и жесткостных параметров элементов КНБК, других факторов. Основные расчетные формулы для определения поинтервальных параметров профиля наклонно на­ правленной скважины с горизонтальным окончанием ствола в про­ дуктивном пласте представлены в табл. 4.1.

На базе формул (табл. 4.1) определяются поинтервапьные зна­ чения зенитного угла a h интервалы скважины по длине ствола lt и по вертикали hh отклонения ствола от вертикали а, и в конечном счете суммарные значения параметров искривления скважины: ЕЛ; ЕЛ,; Ея,. На глубине кровли продуктивного пласта Е/, = 1^; ЕЛ/ = Я^; Ear, = Акр и соответственно на проектной глубине скважины ZCKB, Яскв, АС1а.

Горизонтальное отклонение ствола от вертикали Аур = а\+ а2 + аз.

58

Таблица 4.1

Расчетные формулы параметров профиля наклонно направленной скважины с горизонтальным окончанием ствола в продуктивном пласте

Параметры профиля скважины на интервале от глубины точки начала искривления до глубины кровли продуктивного пласта

Проектный (плоский) профиль наклонной скважины с большим отклонением забоя от вертикали