автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Развитие методик расчета траекторий наклонных, горизонтальных и разветвленных скважин (на примере Тимано-Печорской провинции)

1 1 НОЯ К

На правах рукописи УДК 622.243.24

КЕЙН СВЕТЛАНА АЛЕКСАНДРОВНА

РАЗВИТИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА ТРАЕКТОРИЙ НАКЛОННЫХ, ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И РАЗВЕТВЛЕННЫХ

СКВАЖИН (НА ПРИМЕРЕ ТИМАНО - ПЕЧОРСКОЙ ПРОВИНЦИИ).

Специальность 05.15.10 "Бурение скважин*'

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата -технических паук

Москва 1996

Работа выполнена в Печорском научно-исследовательском и проектном институте нефтяной промышленности (Печорнипинефть) и Ухтинском индустриальном институте (УИИ).

Научный руководитель - доктор технических наук,

член-корреспондент РАЕН Виктор Федорович Буслаев Научный консультант - доктор технических наук, профессор

член-корреспондент РАЕН Виктор Иванович Крылов Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Анатолий Михайлович Ясашин - кандидат технических наук Олег Андреевич Марков Ведущее предприятие - Нижне-Одесское УБР

Защита диссертации состоится "/X" Н^^Н 1996 года в "15" часов в аудитории "731" на заседании Диссертационного совета К.053.27.08 при ГАНГ имени И.М.Губкина по адресу: 117917, г.Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 65

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГАНГ им. И.М.Губкина

Автореферат разослан " " _ 1996 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Экономические, экологические и социальные проблемы Крайнего Севера в период становления рыночных отношений требуют нетрадиционных подходов при разработке залежей углеводородов в регионе. Одним из способов решения этих проблем являются кустовое строительство скважин с отходами забоев до 1000-1500 м и количеством скважин в кусте до 50-60, а также бурение горизонтальных и горизонтально разветвленных скважин.

Бурение таких скважин предъявляет повышенные требования к качеству проектирования и выполнения проектной траектории, так как расчетная трасса скзаяадны должна предупредить пересечение стволов, нарушение принятой сетки разработки, обеспечить вписываемость горизонтального ствола в продуктивный пласт.. Несоблюдение проектного профиля при проводке скважины может привести к осложнениям при бурении и снижению эксплуатационной надежности скважины.

Величина угла входа в продуктивный плзст является одним из основных параметров траектории горизонтальных скважин. Его обоснованный выбор предопределяет возможность выхода на горизонтальный участок, вписываемость ствола в границы пласта, составы компоновок низа бурильной колонны, а в некоторых случаях прэдупретэдает вероятность осложнений. Особенно актуальным для условий Тимано-Печорской провинции при определении угла входа в продуктивный пласт яаляатся учэт зависимости от угла наклона продуктивного пласта, так как пластовые залежи в региона, как правило, расположены под углами от 3 до 10 град к горизонту.

При Ес:фытеи залежей с подошвенной водой, которые составляют более 50% месторождений з Тимано-Печорской провинции, существует опасность вскрытия линии газозодяного или водонефтяного контакта и преждевременного обводнения екззжин при эксплуатации. При проводке горизонтальных скважин в залежах с непроницаемыми пропластками и с малой эффективной толщиной существует также вероятность не вскрыть продуктивный объект. Форма профиля скважины, место

расположения ствола и ответвлений, должны предупредить вскрытие ВНК (ГВК) и преждевременное обводнение скважины, обеспечить дренирование заэкранированных пропластксв или линз, увеличить протяженность вскрытых участков.

Наличие в траекториях скважин участков большой протяженности, на которых зенитный угол составляет более 40 град., приводит к увеличению вероятности осложнений в неустойчивых породах, тс:э:х как мергель франского яруса и глины кыногско-саргаевского горизонта, которые нередко являются покрышками продуктивных пластов на месторождениях Тимано-Лечсрской провинции. При расчете траекторий скважин на участках в зонах неустойчивых пород должны быть запроектированы такие зенитные углы, которые обеспечивали бы максимально возможное вргия сохранения устойчивости стенок скважины за счет плотности бурового раствора.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Повышение качества выполнения проектной траектории н эксплуатационной надежное™, сокращение стоимости строительства на основа развития методик расчета траекторий наклонных скважин с большими отходами, горизонтальных и разветвленных скважин.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧ'»*. Статистический енализ работы конпонозок низа бурильной колонны (КНБК) и установление вида регрессионной зависимости интенсивности искривления скважины от угла по промысловым данным и разработка штоди-ки расчета пространственного профиля с переменным радиусом кривизны, основанная на использовании этих зависимостей.

Разработка методики определения угла входа в продуктивный пласт гори-заитялыгай екзаотны в ззвисямооти от геометричоскш; ПирЕ:.?отра^ плс.с!а и характеристик работы компоновок низа бурильной колонна.

Анализ геологических и эксплуатационных условий залежи, точности прозод-кя ствола и погрешности навигационного контроля имеющимися техническими средствами для определения рациональной формы траектории и места расположения основного ствола и ответвлений по отношению к продуктивному пласту.

Анализ характера изменения плотности бурового раствора в зависимости от величины зенитного угла и с течением времени для расчета участков траектории в зонах, сложенных неустойчивыми породами, с зенитными углами, обеспечивающими сохранение устойчивости стенок скважины за счет плотности бурового раствора.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Установлена аналитическая зависимость величины угла входа горизонтальной скважины в продуктивный пласт от толщины пласта, угла его наклона и от радиуса кривизны на участке входа в пласт.

Определены регрессионные зависимости интенсивности искривления от величины угла для основных составов КНБК для типичных геолого-технических условий Тимано-Печорской провинции и разработана методика расчета пространственных профилей наклонных или горизонтальных скважин с переменным радиусом кривизны, ожованная на интегрировании полученных регрессионных соотношений.

Разработан и защищен авторским свидетельством а.с. N 1653339 способ строительства разветвленной скважины при разработке залежей с подошвенной водой, форма траектории которой обеспечивает селективную изоляцию обводнив-шихся ответвлений и обеспечивает дренирование заэкранированных пропластков.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. Аналитическая зависимость величины угла входа в продуктивный пласт горизонтальных скважин от толщины пласта, угла его наклона, интенсивности искривления при входе в пласт.

Методика расчета пространственного профиля наклонных и горизонтальных скважины с переменным радиусом кривизны, основанная на использовании закономерностей работы компоновок низа бурильной колонны.

Способ строительства разветвленных скважин при разработке залежей с подошвенной водой, обеспечивающий селективную изодяцию водопритока.

Рекомендации по проектированию углов наклона трассы в зонах неустойчивых пород, обеспечивающих время сохранения устойчивости стенок скважины максимально возможным.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработанная методика расчета пространственной траектории с переменным радиусом кривизны была приманена при проектировании профилей 15 горизонтальных и одной многозабойной скзажин, пробуренных с различных геолого-технлчэских условиях на Пашнинском, Лыаельском, Усикскок, Возейском нефтяных и Печорогородсхом ггзоконденсатном месторождениях. Программа расчета профиля скважшы на ПЭВМ, использующая методику, передана к эксплуатируется Нкжне-Одесским УБР с 1930 г.

Варианты вскрытия перко-карбоновой залежи Усинского нефтяного, средне-девонской залежи Лыаельской площади Ярегского и третьего н четвертого эксплуатационных объектов Бовсне.ч.со&ского гвзоконденсатнсго месторождений разгет-влекными скважинами по а.с. N1653399 заложены в технологические регламенты на строительство скважин.

Результаты исследований зависимости плотности бурового раствора от величины зенитного угла были использованы для анализа результатов бурения скважины ОГС-1483 Возей. По заказу АООТ Коминефтъ были разработаны "Рекомендации по предупрея&знию обваливания неустойчивых пород при бурении горизонтальных скважин при зенитных углах более 45 град.".

Методика расчета азимутального искривления сквахосны использована для расчета азимута установки отклонителя в следующих инструкциях: по строительству наклонно направленных скважин в Коми АССР; по применению безориентированного способа управления зенитный и азимутальным искривлением скважин; по применению стабилизирующих КНБК.

Практическая ценность работы подтверждена также при оценке экономической эффективности применения горизонтальных скважин в работах Технико-экономическое обоснование опытно-промышленных работ по разработке Лыаельско-го месторождения кустами горизонтальных скважин с применением теплового воздействия* (ВНИИОЭНГ. 1989 г.) и Технико-экономическое обоснование разработки

Бованенковского месторождения с использованием горизонтальных и горизонтально-разветвленных скважин" (Печорнипинефть. 1989 г.).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения данной работы докладывались на Международной конференции по разработке газоконденсатных месторождений (г. Краснодар, кюнь 1990 г.); научно-технической конференции "Проблемы развития газодобывающей и газотранспортной систем отрасли России" (г.Ухта, апрель 1995 г.); научном семинаре кафедры бурения УИИ (январь 1996 г.); научном семинаре кафедры бурения ГАНГ (г.Москва, февраль 1996г.); основные положения работы использованы в учебном пособии "Управление траекторией горизонтальных и горизонтально-разветвленных скважин* для вузовской и послевузовской подготовки специалистов по направлению 553600 "Нефтегазовое дело".

ПУБЛИКАЦИИ. Содержание диссертационной работы изложено в 14 печатных работах, включая 4 авторских свидетельства.

ОБЪЁМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и выводов. Общий объем работы 133 страницы машинописного текста, включая 22 рисунка и список литературы из 143 наименований.

Работа выполнялась в Печорском научно - исследовательском и проектном институте нефтяной промышленности (Печорнипинефть) и Ухтинском индустриальном институте (УИИ) под научным руководством заведующего кафедрой бурения УИИ, д. т.н., чл.-корр. РАЕН В.Ф. Буслаева.

Отдельные главы диссертации и вопросы практического внедрения обсуждались на разных этапах работы с сотрудниками Печорнипинефти ИАПлетнихо-еым, А.К.Плешковым, С.Г. Славгородским, Л (С Цехмейстрюком и института Север-нипигаз Ю.М.Герясбергом и В.Т.Лукьяновым. В выполнении научных исследований, проведении опытно-промышленных работ и внедрений принимали участие сотрудники АООТ Коминефть и Нижне-Одесского УБР. Автор выражает им искреннюю благодарность.

s

Автор благодарит своих коллег - сотрудников кафедры бурения Ухтинского индустриального института за поддержку и помощь в работе над диссертацией/

Особую благодарность автор выражает научному консультанту работы, д.т.н., профессору, чл,- корр. РАЕН В.И.Крылову и ученым кафедры бурения Государственной Академии Нефти и Газа (г. Москва) за внимательное рассмотрение диссертационной работы и полезные замечания по существу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В ПЕРВОМ РАЗДЕЛЕ выполнен обзор существующих методик расчета траекторий наклонных и горизонтальных скважин.

Вопросам проектирования траекторий направленных скважин, а также траекторий горизонтальных скважин посвящены работы Астафьева Г.И., Белоруссо-ва В.О., Беляева В.М.,Буслаева В.Ф.,Васильева Ю.С.Васько И.О., Гасаноаа И.Э., Гержберга Ю.М., Григоряна А.М., Григоряна НА, Григулецкого В.Г., Гулизаде М П., Калинина А.Г., Каримова З.Г., Кагарманова Н.Ф., Лукьянова В.Т., Мамедбекоаа O.K., Оганова С.А., Оганова A.C., Повалихина A.C., Прохоренко В.В.^СолодкогоК.М., Сулакшина С.С.,Султанова Б.З.,Сушона Л.Я.,Федорова А.Ф., ШаписултанаИ.Э., Ширин-Заде С.А. и др.

Расчет траектории горизонтальной скважины начинают с определения угла входа в продуктивный плат. Известна формула, полученная САОгановым для горизонтально залегающих пластов толщиной h:

а0 = arainC^p)

где R - радиус искривления ствола Основным недостатком формулы является то, что не учитывается расположение пластовых залежей под углом к горизонту, что особенно актуально для месторождений Тимано-Печорской провинции

При проектировании траекторий наклонных скважин и наклонно направленных участков горизонтальных скважин до точки входа в продуктивный пласт можно ыделить три подхода. Первый - формализованный, когда проектирование траектории

сводится к расчету профиля определенного типа: двух-, трех-, четырех- или пятаин-тервального. Второй подход - это расчет упруго-напряженного состояния деформации низа бурильной колонны и прогнозирование поведения компоновок конкретного состава в различных геолого-технических условиях. Третий подход при расчете траекторий заключается в установлении методами математической статистики регрессионных зависимостей интенсивности искривления от величины зенитного угла для основных составов КНБК на различных участках. Радиус искривления при расчете по этой методике считается величиной переменной и проекции участков определяются численным интегрированием.

Отмечено, что первый из подходов (разработчик ВНИИБТ) позволяет рассчитывать плоские профили и не учитывает геолого-технических условий работы КНБК в скважине. Второй подход (разработчик ВНИИБТ) является одним из перспективных, но из-за невозможности учесть все факторы, влияющие на работу компоновки в общем случае, прогноз траектории скважины от устья до забоя обеспечивает только качественное совпадение фактической и проектной траекторий. Третий подход (впервые идеология предложена С.С.Сулакшиным) является одним из наиболее полно отражающих и учитывающих особенности поведения компоновок при расчете проектной траектории, что позволяет рассчитывать траекторию наиболее близкую к реально реализуемой в пространстве. Сравнение существующих методик расчета и предложенной автором представлено в таблице.

Далее в первом разделе приведены результаты проводки 15 горизонтальных скважин, пробуренных в АООТ Коминефть в 1989-1993 г.г., разработчиком технической документации, нестандартного оборудования и технологий является институт Печорнипинефть, а автор ответственным исполнителем или руководителем отдельных тем. Проведенный анализ выполнения проектных траекторий, технических средств, техники ведения буровых работ, техники и технологии геофизических исследований, технико-экономических показателей буровых работ позволяет сделать вывод о том, что бурение горизонтальных скважин в Тимано-Печорской провинции

Сравнение существующих и предлагаемой методик расчета траекторий

Существующие методики расчета Предлагаемая

Сущность методики Разработчики методики Недостатки методика

1 2 3 4

Расчет обычного профидя по его типу: L=<a„H-<w,)/ i; H=R*{cosa«,„ "cosa«*); A=R*(ano «ж- sina^,) По типу грофиля. Переменная интенсивность в пределях участка Формулы для расчета Lh=Uv4h*Ah/coe((ah.4)i-tt),)/2); a=arc tjj(3ah+d): А = ah3+bh+c. Определение азимутального искривления скважины г =ф«ос - фс ; 1_=Да«ГОсое г; Дф = tg г* ln(tg(ai/2)/tg(a2/2)). ВНИИБТ. (А.Г.Калинин и ДР) М.П.Гулиэаде Л.Я.Сушон, С.А.Оганов и др, В.О.Белоруесов, Т.М.Бомдарук Радиус кривизны в пределах одного участка величина постоянная, расчитывается плоский профиль Расчет плоского профиля , на участках с переменным радиусом не уметываются закономерности работы КНБК При нтегральном определении проекций в вертикальной плоскости, пойнт ер-вальное определение азимута, при этом участок траектории аппроксимируется прямой Отказ от формализованного представления о типе профиля, количество и члело участков определяется числом и последовательностью спускаемых КНБК Расчет пространственного профиля с переменным радиусом кривизны. Расчет проекций осуществляется по формулам: ^ г яшагч/а . ~ > № ' гсоз(г*Лг . ^ _ л (¡а ■1 /(а) " ' Ца)

Расчет упруго напряженного состояния компоновки низа бурильной колонны Интвсивностъ искривления Получена статистической обработкой промысловых данных, проекции участков определяется численным интегрированием зависимости рва" ВНИИБТ: (В.Н.Бвляев, А.Г.Капимин и др.) Г.И.Аствфьвв, В.Х.Каримов, и ДР- Прогнозируется траектория скважины на отдельном участке для КНБК определенного состава Рассчитывается плоский профиль • Прогноз азимутального искривления по формулам: • ц» =д<р/дц фяж=1*1, -я>««; х=А-ап((<рм,лр,М1)/2); у=А-С05((фни.<р>о„)/2)

Принятые обозначения: I. , А, Н - длина, горизонтальная проекция и вертикальная проекция участка соответственно; а - зенитный угол;<р -азимут скважины; И- радиус искривления; ¡- интенсивность зенитного искривления; ¡ф- интенсивность азимутального искривления.

проводится в осложненных геологических условиях, требующих дополнительных исследований в прогнозировании профилей и выборе КЫБК, обеспечивающих успешную проводку горизонтальных скважин.

ВО ВТОРОМ РАЗДЕЛЕ излагается методика расчета пространственного профиля горизонтальной скважины, включающая два этапа.

На первом производится определение величины угла входа в продуктивный пласт. Для решения задачи рассмотрен случай, представленный на рис. 1. Пласт наклонен под углом т к горизонту в плоскости прохождения горизонтального ствола, скважина имеет радиус искривления И, горизонтальный ствол проходит параллельно подошве продуктивного пласта на расстоянии Ь от кровли. Зенитный угол на горизонтальном участке определится как а= 90±7

Рис. 1. Схема вскрытия продуктивного пласта

Угол входа в продуктивный пласт определится по формуле

а, =ггсяп(япа--^). (1)

На основании уравнения (1) построена номограмма, приведенная на рис. 2 и позволяющая определить угол входа в зависимости от расстояния от кровли продуктивного пласта до места расположения горизонтального участка, угла наклона пласта в плоскости прохождения горизонтального участка и интенсивности набора угла при входе в продуктивный пласт. Сравнение величин углов, полученных по нашей методике и по формуле С.А.Оганова, показывает, что допущенная ошибка может составлять 5-10 %.

40 ------

5 10 15 20 25 30 35

Глубина выхода на горизонталь в пласте, м

Рис. 2. Номограмма по определению угла входа в продуктивный пласт

- для угла наклона пласта 0°;

-- для угла наклона пласта 5°;

--- для угла наклона пласта 10°.

На втором этапе производится расчет траектории до кровли продуктивного пласта с конечным зенитным углом, равным углу входа в продуктивный пласт, по методике, прогнозирующей пространственное искривление траектории скважины и использующей полученные статистическим анализом зависимости интенсивности от величины зенитного угла. Методика разрабатывается нами с 1980 г., основные положения этой методики использовались при проектировании профилей наклонных и горизонтальных скважин в Тимано-Печорской провинции.

Для используемых в регионе составов КНБК на участках безориентированного набора, стабилизации и уменьшения угла установлены регрессионные зависимости интенсивности искривления от величины зенитного угла, которые описываются линейным уравнением или квадратным трехчленом. Проекции участков определяются затем интегрированием регрессионных зависимостей, что повышает точность расчета проекций на каждом участке на 10-15 %. Коэффициент корреляции и коэффициенты регрессии получены с учетом таких геолого-технических особенностей бурения, как угол наклона пластов, равновесный угол, коэффициент анизотропии и угол встречи долота и направление его вращения при встрече с плоскостью напластования пород.

В случае, когда зависимость интенсивности от величины зенитного угла описывается уравнением линейной регрессии вида:

\*=к + Ьа (2)

где 1« - интенсивность зенитного искривления;^ - зенитный угол; К, Ь - опытные коэффициенты, длина по стволу I. на участке и величины горизонтальной А и вертикальной Н проекций определяются интегрированием, в результате которого получены следующие аналитические выражения:

; я

А=^со5—(я'а: - эта,) --^¿^(аа^ -ста,); (4)

ЬЬ Ь

Н=-5т^(оа, - ш,) - |ав(яа, - л а,), (5)

Ь о а

где 81 а и с! а - интегральные синус и косинус соответственно; «ид- зенитный угол в конце и начале участка.

Расчет проекций на участках с переменным радиусом кривизны в случае нелинейной зависимости производится интегрированием интенсивности в пределах изменения зенитного угла по формулам :

. _ г ¿а „ _г<хха*Ла . . гпла'Лг .д.

~'<(а)' ¿(а) ' /(а) '

где 1(а) - вид регрессионной зависимости интенсивности от угла.

На основании этой методики для ПЭВМ была создана программа расчета траектории наклонной скважины или трассы горизонтальной скважины до точки входа в продуктивный пласт. При расчете по программе закладывается последовательность спускаемых КН5К, количество которых определяет число проектируемых участков, а расчет проекций на участках с переменным радиусом производится интегрированием с учетом искривления по азимуту.

При отсутствии выборки достаточного объёма, что имеет место при бурении горизонтальных скважин, была использована более гибкая идеология расчета траектории. На основе собранной промысловой информации сформирована общая по Тимано-Печорской провинции база исходных данных, которая по мера поязлания новой информации дополнялась и обрабатывалась. При расчете траектории средняя интенсивность зенитного и азимутального искривления для некоторого заданного небольшого по величине интервала по вертикали 1.к выбирается обращением к базе по следующим параметрам: состав КНБК; работа компоновки в данном стратиграфическом подразделении; изменение зенитного угла в пределах ± 2,5 град, от среднего на участке.

Расчет проекций в вертикальной плоскости производится по формулам

Нк= -там); 1.* = а——

А*=./?(«(сс-со5а()

(7)

Искривление скважины в пространстве учитывается следующим образом. Азимутальные углы, соответствующие концу каждого участка, определяются по формуле:

В формулах (7) и (8) приняты следующие обозначения: <, - интенсивность зенитного и азимутального искривления соответственно; Я», Ац, Ц -радиус, горизонтальная проекция и длина на интервале; - азимут в конце и в начале

интервала; о^и и а* зенитный угол в начале и в конце интервала. Начальный азимут равен проеетному. Величины проекций на ось ОУ (по азимуту) и ОХ (перпендикулярно ему) в горизонтальной плоскости определяются по формулам:

Траектория скважины в целом получается суммированием проекций и длин интервалов, а величина зенитного угла последовательной иттерацией по проектному горизонтальному смещению.

Исходными данными для расчета траектории являются: проектная глубина скважины; проектноэ смещение; составы компоновок и глубина их спуска по интервалам; стратиграфический разрез скважины.

Замена интегрирования поинтервальным суммированием позволила использовать разработанный по методике пакет программ не только для тех месторождений, где имеется большой фонд пробуренных наклонных скважин, но и там, где такое бурение ведется впервые.

Приведеные примеры расчетов траекторий горизонтальных скважин и их сопоставление с фактической трассой показывают, что отклонение от проектной траектории находится в пределах коридора круга допуска.

Пакет программ включает также определение следующих параметров: расчет нагрузки на крюке при спуске и подъеме инструмента; определение азимута

<Рк 1

(8)

х» = + 1%-,Ук = Ак *со5((р, + / 2)

(9)

установки откпонителя при забуривании наклонного участка с учетом угла упреждения и угла закручивания бурильной колонны от реактивного момента турбобура; расчет проекций участков с шагом равным шагу инклинометрии скважины для контроля за выполнением траектории; контроль за проводкой скважины в процессе бурения, который производится аналитически и графически: выдается сообщение попадает или не попадает прогнозируемый конечный забой в круг допуска, выводятся графики горизонтальной и вертикальной проекций фактической и проектной траекторий, на которых можно наблюдать положение прогнозируемого забоя по отношению к кругу допуска.

В ТРЕТЬЕМ РАЗДЕЛЕ исследован вопрос выбора формы траектории скважины при вскрытии залежей с подошвенной водой и места расположения основного ствола по отношению к продуктивному пласту. Проведен обзор исследований теоретической целесообразности и практической эффективности вскрытия продуктивных пластов разветвленными и горизонтальными скважинами, а также форм их траекторий для различных условий. Показано, что оптимальные формы профилей скважин и разветвлений стволов разрабатываются на основе анализа геологической характеристики реальных газо- нефтеносных горизонтов и фактического положения разработки залежей.

При разбуривании залежей нефти и газа с подошвенной водой, в том числе и многопластовых залежей, нами предложен способ строительства скважины по A.c. 1653399, обеспечивающий повышение нефте- и газоотдачи пласта за счет регулирования процесса обводнения и увеличения дренирующей поверхности.

Способ включает проводку основного ствола, выполненного горизонтально или наклонно, из которого бурятся забои ответвлений на различные уровни пласта по восходящей линии, причем забой самого удаленного от вертикального ствола ответвления располагают на максимальной глубине пласта, а ближайшего - на минимальной глубине, при этом в процессе отбора углеводорода при перемещении

линии нефте- или газоводяного контакта и обводнении ответвлений производят изоляцию ответвлений последовательно от удаленного к ближайшему.

Бурение ответвлений осуществляется путем безориентированной ггрезки и проходки 1« с применением КНБК на принципе отвеса или маятника. Попадание хвостсзикоз для обсаживания ответвлений обеспечивается за счет проходки ответвлений диаметром меньшим, чем диаметр основного ствола, и их последовательным бурением и обсаживанием начиная от самого удаленного.

При выборе глубины проводки и направления основного ствола разветвленной скважины необходимо учесть соотношение между техническими возможностями бурения и погрешностью навигационного контроля за расположением основного ствола ДЬ и мощностью пласта И, а также анизотропию и трещиноватостъ пород. С учетом всех факторов предложены следующие условия проектирования основного ствола: если ДЬ больше мощности пласта Ь, ствол проектируется над продуктивным пластом; если АЬ =< И, ствол размещается в кровле продуктивного пласта, в случае многопластовой залежи основной ствол располагают в верхнем продуктивном объекте; при значительной мощности пласта Ь > 5...10* ДЬ основной ствол проектируют под углом 55-60 град., что обеспечивает использование традиционного геофизического комплекса без принудительной подачи приборов на забой.

Ствол, таким образом, может быть горизонтальным или наклонно направленным. Благодаря наклонному расположению ствола и ответвлений по отношению к пласту с наличием непроницаемых пропластков и анизотропными породами, обеспечивается фильтрация флюида по напластованию и перпендикулярно ему.

Варианты разветвленных скважин для вскрытия нефтяных залежей Ярег-ского (Лыаельская площадь) и Усинского месторождений и Бованенковского га-зоконденсатного месторождения заложены в технологические регламенты на бурение скважин.

В ЧЕТВЕРТОМ РАЗДЕЛЕ исследуется характер изменения минимально допустимой плотности бурового раствора от величины зенитного угла и с течением

времени.. На примере скважины ОГС-1483 Возей отделяется время сохранения устойчивости стенок скважины при различных зенитных углах и приводится пример расчета траектории скважины с величиной зенитного угла в зонах неустойчивости, который позволяет обеспечить устойчивость в течении максимально возможного промежутка времени за счет плотности бурового раствора.

Нарушение устойчивости стенок скважины как отечественные, так и зарубежные исследователи связывают с формированием в околоствольной зоне некоторой предельной области, в которой горные породы могут претерпевать все виды неупругих деформаций - от хрупкого разрушения до вязкогшастического течения, что может приводить к возникновению таких осложнений, как сужение ствола, каверно-образование прихват бурильных колонн и смятие обсадных труб.

Исследованиями доказано, что при определении размеров предельной области учет таких нелинейных эффектов, как наличие умеренно хрупкой деформации с продолжением деформационной кривой после достижения пика, анизотропии пород, их сцементированности, пути нагруженияТ образование фильтрационной корки и кольматация стенок скважины, дают более оптимистические прогнозы по возможности обеспечения устойчивости стенок скважины, чем предсказывает линейная упругая модель. Эти выводы подтверждены лабораторными исследованиями и практическими достижениями бурения горизонтальных скважин.

Тем не менее, для осложненных геологических структур Тимано-Печорской провинции вопрос об обеспечении устойчивости стенок наклонных и горизонтальных скважин в таких породах, как мергель франского яруса и глины кыновско-саргаееского горизонта, остается открытым.

Решение задачи об устойчивости горных пород в скважине в зависимости от величины зенитного угла получено Рабиновичем Н.Р., который рассмотрел случай, когда скважина пройдена в изотропном горном массиве под углом а к поверхности. Начальное нзпряжешое состояние горного массива определяется гравитационной силой Рг » рг»д*Н, пороЕЫМ давлзннем Рп, порода характеризуется коэффициентом

Пуассона V. Сложно-напряженное состояние упруго деформированных горных пород описывается обобщенным законом Гука, а компоненты тензора напряжений нетронутого горного массива должны удовлетворять условию равновесия и соотношениям Кош п. Система уравнений дополнена условием устойчивости Мора.

Полученное при таких услсгиях решение применено нами к исследованию вопроса обеспечения устойчивости стенок при проводке горизонтальных скважин на месторождениях Тимгно-Печорской провинции. Характер изменения плотности бурового раствора со временем в зависимости от величины зенитного угла был установлен для Возейско - Усинской группы месторождений. Результаты представлены в виде графиков зависимости минимально допустимой плотности от величины утла и изменения плотности со временем при различных зенитных углах.

Рис. 3. Определение дапговреыенности устойчивости стенок сквахшны при различных зенитных углах

На рис. 3 приведен график по определению времени сохранения устойчивости стенок скважины для мергеля франского яруса в разрезе скв. ОГС-1483 Возей. Из графика следует, что чем меньший угол на участке трассы в зоне неустойчивых пород будет запроектирован, тем более длительное время скважина может находится с открытым стволом и сохранять устойчивость пород. На основании этих выводов, нами предлагается менее опасный с точки зрения осложнений профиль с участком безориентированного набора угла в зоне мергеля и кыновских глин.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана методика расчета пространственного профиля горизонтальных скважин, включающая определение угла входа в продуктивный пласт, расположенный под некоторым углом к горизонту и расчет наклонных участков до точки входа в продуктивный пласт. Получена аналитическая зависимость величины угла входа в продуктивный пласт, на основании которой построена номограмма, позволяющая определить угол в зависимости от мощности пласта, угла его наклона в плоскости прохождения горизонтального участка и радиуса кривизны. Расчет траектории до кровли продуктивного пласта с конечным углом, равным углу входа в продуктивный пласт, производится по методике, прогнозирующей пространственное искривление траектории скважины, а проекции участков определяются численным интегрированием регрессионных зависимостей.

2. Для различных геолого-технических условий Тимано-Печо рекой провинции собрана база данных и получены регресбионные зависимости интенсивности зенитного икреивления от величины зенитного угла для КНБК безориентированного набора, стабилизации и уменьшения угла. Установлены средние интенсивности зенитного и азимутального искривления турбинных (с углами перекоса 2.0-3.5 град.) и винтовых отклонителей для высокоинтенсианого набора угла.

3. На основе предложенной методики разработан пакет программ на ПЭВМ расчета проектной траектории горизонтальной или наклонной скважины . Пахет программ, кроме расчета траектории, включает расчет нагрузки на крюке при спуске

и подъеме инструмента, азимут установки отклонителя с учетом азимутального искривления сквзгамы и реактивного момента турбобура, контроль за проводкой сквожкны к прогноз сз трассы из промежуточной точки до конечного забоя, что повышает качество выполнения проектной траектории. Программа с 1990 года эксплуатируется Нижне-Одесским УБР.

4. Паетт программ нашел практическое применение при прозодкэ 15 горизонтальных скважин в Тимано-Печорской провинции, Сравнительный анализ проектных и фастичгскж трзекгсрий, показывает, что применение методик расчета обеспечило проводку траекторий внутри коридора круга допуска.

5. При вскрытии залежей с подошвенной водой для обеспечения дренирования пласта и селективной изоляции водопритока предложена форма траектории (а.с. N 1653399), включающая проводку основного ствола, выполненного горизонтально или наклонно, из которого бурятся ззбои отсетвлен/й на различные урсспи пласта по восходящей линии, причем забой самого удаленного от вертикального ствола ответеленкя располагают на максимальной глубине пласта, а ближайшего - на минимальной глубине, при этом в процессе отбора углеводорода при перемещении линии мефте- или газозодяного контакта и обводнении ответвлений производят изоляцию ответвлений последовательно от удаленного к блгахайшеглу.

6. Выбор и расчет места проводки основного ствола по отношению к продуктивного/ пласту осуществляют проанализировав соотношение между точностью проводки ствопа и нагигациенного контроля ДЪ и мощностью пласта Ь: если сбсо-таэлкэт погрешность £Л больше ?*сщности пласта й, ствол проекткрузтеп над про-дустисным пластом; если погрешность Дй=< Л, основной стзол размещается в кровле продуктивного пласта, в случае многопластовой залежи основной ствол располагают в верхнем продуктивном объекте; при мощности пласта Ь >5...10«Д И основной ствол проектируют под углом 55-60 град.

7. Исследован характер изменения минимально допустимой плотности бурового раствора от угла наклона ствола скважины и со временем. Для Усинсксь

Возейской группы месторождений построены графики изменения плотности бурового раствора со временем и в зависимости от угла наклона ствола, позволяющие определить время, в течение которого сохраняется устойчивость стенок скважины.

8. При проектировании траекторий скважин, содержащих участки большой протяженности с большими зенитными углами в неустойчивых зонах, предложено включать участок безориентированного набора угла, что обеспечит минимальный угол наклона ствола в этих зонах и, тем самым, увеличит'время сохранения устойчивости стенок скважины за счет плотности бурового раствора.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Буслаев В.Ф., Кейн С.А., Плетников И.А. и др. Учет закономерностей естественного искривления при расчете траектории ствола наклонно направленной скважины // ЭИ /ВНИИОЭНП.СерТехника и технология бурения; Вып.4-1988. - С. 8-11.

2. Плетников И.А., Кейн С.А., Бакаушина Н.С., Славгородский С.Г. О возможности бурения горизонтальных скважин на месторождениях ПО Коммкефть II Сб. научн. тр. Теория и практика месторождений аномальных нефтей Тимано-Печорской провинции. - М.: ВНИИОЭНГ. - 1988. - С. 11-13.

3. Буслаев В.Ф., Бакаушина Н.С., Кейн С.А., Димова Т.М., Саттаров М.М. Выбор оптимального числа горизонтальных скважин в кусте II Нефтяное хозяйстео -1990.-N8.- С.14-16.

4. Буслаев В.Ф., Кейн С.А., Плетников И.А. и др. Технико-технологические решения в области строительства скважин, обеспечивающие сокращение вовлекаемых в хозяйственное освоение территорий И Сб. науч. трудов Печорн.чпинефти: Инженерные методы защиты окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов Тимано-Печорской провинции. - Ухта. - 1990. - С. 18-21.

5. Буслаев В.Ф., Кейн С.А., Плетников И.А., Назаров A.B. Оценка целесообразности разработки газоконденсатных месторождений с применением горизонтальных и горизонтально-разветвленных скважин. // Тез. докл. Международной конф.: Разработка газоконденсатных месторождений. - Краснодар, 1992.

6. Кейн С.А., Плешков К.Ф., Плетников И.А., Епифанова Н.В. Программная система по оперативному контролю и управлению проводкой наклонно направленных скважин // Сб. НТИ/ Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности,- 1992 - С. 9-11.

7. Буслаев В.Ф., Кейн CA Исследование величины угла входа в продуктивный пласт при бурении горизонтальных скважин // Нефтяное хозяйство - 1993. - N3,-С23-27.

8. Никитин Б.А., Буслаев В.Ф., Кейн С.А., Назаров A.B. и др. Разработка га-зоконденсатных месторождений горизонтальными и горизонтально-разветвленными скважинами //Газовая промышленность. - 1993. - N 12. - С.30-31.

9. Плетников И.А., Кейн С.А., Тихонов A.B. Экспериментально-исследовательские работы Печорнипинефти в области создания новой техники и технологий для бурения / Нефтяник. -1994 - N6.-C.11-13.

10. Кейн С.А. Развитие методик расчета траекторий направленных и горизонтальных скважин (на примере Тимано-Печорской провинции) // Тез. докл. научно-технической конференции. - Ухта, 1995.

11. А.с.1435744. Устройство для безориентированного бурения / И.А.Плет-ников, САКейн, С.Г.Славгородский и др. - N 4170834; Заявлено 31.12.86.

12. А.с.1478705. Способ бурения скважин / В.Ф.Буслаев, С.А.Кейн, И АПлетников и др. - N 4246955; Заявлено 07.04.87.

13. А.с.1613559. Способ направленного бурения I В.Ф.Буслаев, И.А.Плет-ников, С.А.Кейн.- N 4287885, Заявлено 21.07.87.

14. A.c. 1653399. Способ разработки горизонтально разветвленными скважинами нефтяных месторождений с подошвенной водой / В.Ф.Буслаев, С.А. Кейн, Л.М.Рузин и др. - N 4627359; Заявлено 27.12.1988

Соискатель

САКейн