Кейн С.А. , Буслаев В.Ф. Проектирование профилей наклонно-направленных скважин обычного типа
Подождите немного. Документ загружается.
зарезку наклонного ствола на глубине до 1000 метров.
.
4. ВЫБОР КОНФИГУРАЦИИ ПРОФИЛЕЙ НАКЛОННО
НАПРАВЛЕННОЙ СКВАЖИНЫ
Местоположение отдельных участков профиля и их протяженность во
многом зависит то конструкции скважины. Обычно исходят из следующих
положений.
Первый вертикальный участок располагают в верхней части скважины,
его протяженность несколько больше глубины спуска кондуктора. Длина
первого вертикального участка должна быть, как правило, не меньше 40–50 м,
его окончание следует приурочить к устойчивым породам.
Участок набора зенитного угла следует располагать в том интервале
геологического разреза, где при бурении с отклонителем обеспечивается
наибольший набор зенитного угла за один рейс (породы средней твердости).
Прямолинейно–наклонный участок (участок стабилизации зенитного
угла) является продолжением от участка набора зенитного угла до проектного
горизонта, либо связующим звеном между участками набора и снижения
зенитного угла.
Участок уменьшения зенитного угла является, как правило, конечным,
при этом ствол скважины вскрывает продуктивный горизонт под небольшим
углом, либо обеспечивается выход на последний, приближенный к вертикали,
участок.
5. РАСЧЕТ ПРОФИЛЕЙ ОБЫЧНОГО ТИПА
Расчет профилей обычного типа сводится к определению максимального
зенитного угла скважины, длины горизонтальной и вертикальной проекций
участков, входящих в состав данного профиля, а также общей длины ствола
скважины и общего отхода от вертикали.
Профиль рассчитывают по участкам сверху вниз (рис. 4).
11
Рис. 4. Профиль скважины
Исходными данные для расчета профиля в общем случае являются:
H – проектная глубина скважин, м;
h – глубина зарезки наклонного участка, м;
А – проектное смещение от вертикали, м;
i
1
, R
1
– интенсивность и радиус на участке набора зенитного угла с
отклонителем;
i
2
, R
2
– интенсивность и радиус на участке неориентируемого набора;
i
3
, R
3
– интенсивность и радиус на участке уменьшения зенитного угла;
о
–
угол набора с отклонителем, град;
12
h
в
– глубина второго вертикального участка.
к
–
угол в конце участка уменьшения зенитного угла, град.
Расчет профиля заключается в определении проекций участков на
вертикальную и горизонтальную оси и длины участка по стволу:
a
1
,h
1
,l
1
– горизонтальное смещение, вертикальная проекция и длина по
стволу на участке набора угла с отклонителем;
a
2
,h
2
,l
2
– горизонтальное смещение, вертикальная проекция и длина по
стволу на участке неориентируемого набора угла;
a
3
,h
3
,l
3
– горизонтальное смещение, вертикальная проекция и длина по
стволу на участке стабилизации зенитного угла;
а
4
,h
4
,l
4
– горизонтальное смещение, вертикальная проекция и длина по
стволу на участке уменьшения угла.
Основным расчетным параметром профиля скважины является угол в
конце участка зарезки наклонного ствола или в конце участка
неориентируемого набора угла, если он включен в профиль скважины. Таким
образом – максимальный зенитный угол ствола скважины. Величина этого
угла во многом определяет смещение конечного забоя от вертикали.
Для трехинтервального профиля угол в конце участка зарезки
наклонного ствола, при котором обеспечивается проектное смещение
скважины, может быть рассчитан по формуле
arccos
( )
( )
R R A H H A AR
R A H
1 2 0 0
2 2
1
1
2
0
2
2
, (3)
где
H H h
0
;
R
1
и
R
2
– радиусы искривления на участках ориентируемого и
неориентируемого набора угла
Если в профиль скважины включен участок набора угла с
неориентируемыми компоновками, то угол в конце участка рассчитывается
по формуле
0
2 2
2 2
2
2
2 2
2
arccos
( )
( )
R R T M M T TR
R T M
, (4)
13
где
T A B ( ) cos
0
;
B R H H R tg
z
1 0 1 0 0
1( cos ) ( sin )
;
M
H H R
A B
B
1 0
0
0
sin
cos
( ) sin
.
где
0
– угол в конце участка зарезки наклонного ствола
При проектировании скважины должно выполняться условие
A a
1
+a
2
+a
3
+a
4
=
a
i
(5)
Существующие формулы для расчета угла , основанные на
геометрических построениях, не позволяют разработать алгоритм расчета,
пригодный для любого типа профиля, поэтому в программе величина угла
находится подбором, т. е. изменением значений угола добиваются
выполнения условия (5).
Основные расчетные формулы для определения проекций участков
приведены в таблице2.
Таблица 2 – Основные формулы для расчета проекций участков
Название расчетной величины, ед. изм. Формула
Длина ствола искривленного участка, м l = (
кон
–
нач
) / i
Горизонтальная проекция искривленного участка, м a = R
.
(cos
нач
– cos
кон
)
Вертикальная проекция искривленного участка, м h = R
.
(sin
кон
– sin
нач
)
Длина прямолинейно–наклонного участка, м l = h / cos ; l = h / sin
Связь вертикальной и горизонтальной проекций
прямолинейно–наклонного участка, м
a = h
.
tg
Угол в конце участка набора угла, град
кон
= arc sin (1 – h/R)
Алгоритм расчета трехинтервального профиля с прямолинейно
наклонным участком – профиль первого типа (см. рис. 1).
Исходными данными для расчета являются Н, h, A,
o
, i
1
(R
1
), i
2
(R
2
).
1. Определяют проекции на первом вертикальном участке. Так как
участок вертикальный, его горизонтальное смещение и зенитный угол равны 0,
а вертикальная проекция и глубина по стволу равны глубине зарезки h.
14
2. Определяют проекции на участке 2а – участке набора угла с
отклонителем.
Вертикальная проекция h
1
определяется по формуле: h
1
= R
1
.
sin
o
.
Горизонтальная проекция a
1
определяется по формуле: а
1
=R
1
.
(1 – cos
o
).
Длина по стволу l
1
определяется по формуле: l
1
=
o
/i
1.
.
3. Определяют проекции на участке 2б – участке набора угла
неориентируемой компоновкой:
h
2
= R
2
.
(sin – sin
о
); a
2
= R
2
.
(cos
о
– cos ); l
2
= ( –
о
) / i
2 .
4. Определяют проекции на прямолинейно–наклонном участке 3 – участке
стабилизации.
Вертикальная проекция определяется как разность между проектной
глубиной скважины и суммой проекций на участках набора угла и глубиной
зарезки, т.е.
h
3
= H – h – h
1
– h
2
;
Затем определяется горизонтальная проекция и длина по стволу:
a
3
= h
3
.
tg ; l
3
= h
3
/ cos .
5. Результаты расчетов представляют в виде табицы.3.
Таблица 3 – Геометрические характеристики трехинтервального профиля
Участок Интервал по
вертикали,
м
Длина интер–
вала по вер–
тикали, м
Зенитный
угол, град
Горизонтальное
смещение, м
Длина по
стволу,
м
от до в на–
чале
в
кон–
нце
интер
–вала
общее Интер
вала
общее
1.Вертикаль–
ный
0 h h 0 0 0 0 h h
2.Набор угла
отклонителем
h h+h
1
h
1
0
o
a
1
a
1
l
1
l
1
+h
3.Неориенти–
руемый набор
угла
h+h
1
h+h
1
+
h
2
h
2
o
a
2
a
1
+a
2
l
2
l
2
+l
1
+h
4.Стабилиза–
ции
h+h
1
+h
2
h+h
1+
h
2
+h
3
h
3
a
3
a
1
+a
2
+a
3
l
3
l
3
+l
2
+l
1
+h
Примечание: 1. В таблицу должны быть занесены численные значения проекций
15
6. Проверяют условие А = а
1
+ а
2
+ а
3
. Если оно не выполняется,
изменяют угол и пересчитывают проекции участков 2б и 3, процедуру
выполняют до тех пор, пока не будет выполнено условие а
i
= А 10.
Алгоритм расчета четырехинтервального профиля. Исходными данными
для расчета являются (см рис. 2) H, h, A,
o,
i
1
(R
1
), i
2
(R
2
), i
3
(R
3
),
k
1. Определяют проекции вертикального участка аналогично тому, как мы
это делали для трехинтервального профиля.
2. Определяют проекции участка 2а – набора зенитного угла с
отклонителем по формулам:
h
1
= R
1
.
sin
o
;
а
1
= R
1
.
(1 – cos
o
);
l
1
=
o
/i
1.
.
3. Определяют проекции участка 2б – набора зенитного угла
неориентируемой компоновкой:
a
2
= R
2
.
(cos
о
– cos );
h
2
= R
2
.
(sin – sin
о
);
l
2
= ( –
о
) / i
2 .
4. Определяют проекции участка 4 – уменьшения зенитного угла:
a
4
= R
3
.
(cos
к
– cos );
h
4
= R
3
.
(sin – sin
к
);
l
4
= ( –
к
) / i
3 .
5. Определяют проекции участка 3 – прямолинейно–наклонного участка.
Вертикальная проекция определяется как разность между проектной
глубиной скважины и суммой проекций на участках ориентированного и
неориентированного набора угла, уменьшения угла и глубиной зарезки, т.е.
h
3
= H – h – h
1
– h
2
–h
4
;
Затем определяем горизонтальную проекцию и длину по стволу:
a
3
= h
3
.
tg ;
l
3
= h
3
/ cos .
16
6. Проверяют выполнение условия А = а
1
+ а
2
+ а
3
+a
4
, если оно не
выполняется , изменяют угол и пересчитывают проекции участков 2б, 4 и 3.
Процедуру выполняют до тех пор, пока не будет выполнено условие
а
i
= А 10.
7. Результаты расчетов представляют в виде таблицы 4.
Таблица 4 – Геометрические характеристики четырехинтервального профиля
Участок Интервал
по
вертикали,
м
Длина
интервала
по
вертикали,
м
Зенитный
угол, град
Горизонталь–
ное
смещение, м
Длина по
стволу,
м
от до в на–
чале
в
кон–
це
интер–
вала
об–
щее
интер–
вала
общее
1.Вертикаль–
ный 0 h h 0 0 0 0 h h
2.Набор угла с
отклонителем h h+h
1
h
1
0
o
a
1
a
1
l
1
l
1
+h
3.Неориентиру
–емый набор
угла
h+h
1
h+h
1
+h
2
h
2
o
a
2
a
1
+a
2
l
2
l
2
+l
1
+h
4.Стабилиза–
ции
h+
h
1
+h
2
h+h
1
+h
2
+
h
3
h
3
a
3
a
1
+a
2
+a
3
l
3
l
3
+l
2
+
l
1
+h
5.Уменьщения
угла
h+
h
1
+h
2
+h
3
h+h
1
+h
2
+
h
3
+h
4
h
4
k
a
4
a
1
+a
2
+a
3
+
a
4
l
4
l
4
+l
3
+
l
2
+l
1
+h
Алгоритм расчета пятиинтервального профиля. Исходными данными для
расчета являются (см рис. 3) H, h, A,
o,
i
1
(R
1
), i
2
(R
2
), i
3
(R
3
),
k
,h
В
Алгоритм полностью совпадает с расчетом четырехинтервального
профиля с единственным дополнением в пункте 5:
Вертикальная проекция прямолинейно–наклонного участка определяется
как разность между проектной глубиной скважины и проекциями на участках
ориентированного и неориентированного набора угла, уменьшения угла,
глубиной зарезки и глубиной второго вертикального участка, т.е.h
3
= H – h – h
1
– h
2
–h
4
– h
В
17
Результаты расчетов заносятся в табл. 5
Таблица 5 – Геометрические характеристики пятиинтервального профиля
Участок Интервал по
вертикали, м
Длина
интервала
Зенитный
угол, град
Горизонтальное
смещение, м
Длина по
стволу, м
от до по верти –
кали, м
в на–
чале
в ко–
нце
Интер
вала
об–щее Интер
вала
об–
щее
1.Вертикаль–
ный
0 h h 0 0 0 0 h h
2.Набор угла
отклонителем
h h+h
1
h
1
0
o
a
1
a
1
l
1
l
1
+h
3.Неориенти–
руемый набор
угла
h+h
1
h+h
1
+h
2
h
2
o
a
2
a
1
+a
2
l
2
l
2
+l
1
+h
4.Стабилиза–
ции
h+h
1
+h
2
h+h
1
+h
2
+h
3
h
3
a
3
a
1
+a
2
+
a
3
l
3
l
3
+l
2
+
l
1
+h
5.Уменьщения
угла
h+h
1
+h
2
+
h
3
h+h
1
+h
2
+h
3
+h
4
h
4
k
a
4
a
1
+a
2
+
a
3
+a
4
l
4
l
4
+l
3
+
l
2
+l
1
+h
6.Второй
вертика–
льный
h+h
1
+h
2
+
h
3
+h
4
h+h
1
+h
2
+h
3
+h
4
+
h
в
h
в
k
k
a
5
a
1
+a
2
+a
3
+a
4
+a
5
h
в
h
в+
l
4
+
l
3
+l
2
+
l
1
+h
18
19
6. ПРИМЕРНЫЕ ВАРИАНТЫ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТОВ
Глубина, м Глубина
зарезки,
м
Отход,
м
Угол в конце
участка
зарезки, град
Угол в конце
участка
уменьшения
угла, град
Второй
вертикальный
участок, м
Трехинтервальный
1800 750 300 10 – –
1600 500 350 11 – –
1650 600 350 10 – –
1780 690 375 12 – –
1870 820 530 12 – –
1900 800 500 10 – –
1700 580 300 12 – –
2100 950 650 10 – –
1970 770 470 11 – –
1840 760 510 12 – –
Четырехинтервальный
2600 650 400 10 4 –
2670 660 450 12 3 –
2580 980 570 15 3 –
2830 670 480 8 4 –
2420 590 460 14 2 –
Пятиинтервальный профиль
3400 1200 650 15 2 400
3500 1050 530 12 3 200
3200 980 460 10 0 200
3670 1630 590 18 0 250
3330 920 490 12 1 300
Интенсивности искривления на участках изменения зенитного угла приведены в
табл.1.