Бурение и освоение нефтяных и газовых скважин Автор: Епихин А.В. асс.каф. бурения скважин Томск-2013 г. Курс лекций Лекция 4

Тема 1 Технологии направленного бурения 2 Лекция 4

Тема 1.1 Определения, основные понятия и термины. 3 Лекция 4

Направленное бурение - это бурение скважин с использованием закономерностей естественного искривления и с помощью технологических приемов и технических средств для вывода скважины в заданную точку. При этом искривление скважины обязательно подвергается контролю и управлению. «Направленное бурение является скорее искусством, чем наукой, поскольку в нем нет жестких формул и номограмм, подтверждающих правильность и однозначность выбора решения. При этом не существует замены человеку, который, ведя направленное бурение, представляет условия, существующие на забое скважины, и знает, каким способом вывести скважину в нужном направлении. Этому искусству или мастерству может быть обучен далеко не каждый. Для этого требуется скорее талантливый, чем образованный человек». (История и современное состояние развития направленного бурения в США, Бурение, 1974, т.35 8) 4 Лекция 4

Отрицательные последствия искривления скважин Повышенный износ инструмента. Увеличение нагрузки на крюке. Повышенный расход мощности на вращение колонны. Дополнительные нагрузки на забойные двигатели, УБТ, бурильные трубы за счет изгиба. Уменьшение устойчивости стенок скважины. Образование желобных выработок в стволе. Удлинение скважины. Дополнительные затраты времени на измерение искривления. 5 Лекция 4

Бурение под море, озера и искусственные сооружения. Бурение с площадок ограниченных размеров по условиям рельефа. Разработка крутопадающих залежей углеводородов. Кустовое бурение. Бурение горизонтальных скважин. Бурение дополнительных стволов из бездействующих скважин. Многозабойное (радиальное) бурение. Бурение с морских буровых платформ и насыпных оснований. Обход мест сложных аварий. Обход зон обвалов, поглощений. Глушение фонтанов. Области применения направленного бурения 6 Лекция 4

Профиль План Длина Глубина по вертикали Отход Зенитный угол Термины и определения Найдите соответствия? Лекция 4

отходазенитного угла техническими нормативно Величина отхода и зенитного угла ограничивается либо техническими возможностями используемого инструмента, либо нормативно. Термины и определения Вертикальная скважина Горизонтальная скважина Восстающая скважина Набор зенитного угла Падение зенитного угла Стабилизация зенитного угла 8 Лекция 4

Азимут скважины α - угол между направлением на север и горизонтальной проекцией оси скважины, или касательной к ней, измеренный по часовой стрелке. Азимут скважины изменяется в пределах от 0 0 до Магнитный азимут измеряется от магнитного меридиана. Истинный азимут измеряется от географического меридиана. Угол между магнитным и географическими меридианом называется склонением. Условный азимут измеряется от направления, принятого условно за северное. α С Термины и определения С αнαн С αкαк αнαн С αкαк С1 2 Искривление вправо по азимуту? Искривление влево по азимуту? 9 Лекция 4

Интенсивность искривления- темп отклонения скважины от ее первоначального направления по зенитному углу i Θ или азимуту i α. Термины и определения Когда интенсивность искривления отрицательна? Когда интенсивность искривления положительна? Когда интенсивность искривления равна 0? 10 Лекция 4

В интервале установки насосного оборудования для эксплуатации скважины интенсивность искривления должна быть не более 3 град/100 м. В интервале искусственного искривления при бурении под кондуктор интенсивность искривления должна быть не более 1,5 град/10 м. Термины и определения ΘкΘк ΘнΘн А С В н к -угол пространственного искривления скважины. 11 Лекция 4

Термины и определения Радиус кривизны скважины? Кривизна скважины? Апсидальная плоскость? Лекция 4

Тема 1.2 Причины искривления скважин. 13 Лекция 4

Основная причина искривления скважин - неравномерное разрушение горной породы на забое, что происходит в результате действия различных сил и опрокидывающих моментов, действующих на породоразрушающий инструмент. Все эти силы и моменты можно привести к одной равнодействующей силе и главному моменту. Механизмы искривления скважин 123 Искривления ствола за счет фрезерования стенки скважины? Искривление за счет асимметричного разрушения породы на забое скважины? Искривление скважин за счет одновременного фрезерования стенки и асимметричного разрушения забоя? 14 Лекция 4

Технические Причины искривления Геологические Технологические Причины искривления скважин Перемежаемость слоев по твердости Слоистость Анизотропия горных пород Наличие включений Сланцеватость Пористость Трещиноватость 15 Лекция 4

Геологические причины искривления скважин Изотропные Анизотропные Анизотропия Слоистость Перемежаемость по твердости 16 Лекция 4

Частота вращения инструмента Осевая нагрузка Вид бурового раствора Качество бурового раствора Расход бурового раствора Причины искривления скважин Технические Причины искривления Геологические Технологические 17 Лекция 4

Увеличение осевой нагрузки на долото приводит к увеличению интенсивности искривления ствола, так как увеличивается прогиб всех элементов КНБК; возрастает отклоняющая сила на породоразрушающем инструменте; первая точка касания КНБК со стенкой скважины приближается к забою, следовательно увеличивается перекос инструмента; увеличивается разработка ствола скважины. Технологические причины искривления скважин Малая Средняя Большая Влияние частоты вращения инструмента 18 Лекция 4

интенсивность искривления Увеличение расхода бурового раствора в мягких породах приводит к размыву стенок скважины, в результате увеличивается угол перекоса инструмента, а следовательно, и интенсивность искривления. Введение в буровой раствор смазывающих добавок изменению интенсивности искривления Введение в буровой раствор смазывающих добавок меняет кинематику перемещения инструмента в скважине, что приводит к изменению интенсивности искривления. Технологические причины искривления скважин 19 Лекция 4

Причины искривления скважин Технические Причины искривления Геологические Технологические Состав КНБК диаметр отдельных элементов места и количество установленных центраторов количество и места установки калибратор ов форма торца тип вооружения фрезерующая способность Особенности породоразрушающего инструмента толщина стенки труб длина отдельных элементов 20 Лекция 4

Влияние диаметра долота на искривление скважины 1 - долото диаметром 393,7 мм 2 - долото диаметром 295,3 мм Технические причины искривления скважин Влияние типа долота и зенитного угла на искривление скважины 1 - долото МЗ-ГВ 2 - долото С-ГН Зависимость интенсивности искривления от величины зенитного угла при бурении долотами 215,9 мм и турбобуром ЗТСШ-195ТЛ Влияние диаметра и длины забойного двигателя на искривление скважины Влияние жесткости инструмента на искривление Влияние формы торца породоразрушающего инструмента на искривление скважины 21 Лекция 4

Тема 1.3 Закономерности искривления скважин. 22 Лекция 4

перпендикулярное слоистостиВ большинстве случаев скважины стремятся занять направление, перпендикулярное слоистости горных пород. По мере приближения к этому направлению интенсивность искривления снижается. Уменьшение зазора уменьшению искривленияУменьшение зазора между стенками скважины и инструментом приводит к уменьшению искривления. Место установки центрирующих элементовМесто установки центрирующих элементов и их диаметр весьма существенно влияют на направление и интенсивность зенитного искривления. Увеличение жесткости уменьшает искривлениеУвеличение жесткости инструмента уменьшает искривление скважины, поэтому скважины большого диаметра искривляются менее интенсивно, чем скважины малого диаметра. Увеличение осевой нагрузки увеличению интенсивностиУвеличение осевой нагрузки приводит к увеличению интенсивности искривления, а повышение частоты вращения колонны бурильных труб - к снижению искривления. Закономерности искривления скважин 23 Лекция 4

Тема 1.4 Типы профилей наклонно- направленных скважин. Выбор и расчет. 24 Лекция 4

Проектный профиль скважины Проектный профиль скважины должен обеспечивать: выполнение скважиной поставленной задачи при требуемом качестве; вскрытие пласта (геологического объекта) в заданной точке при допустимых отклонениях от нее; максимально высокие дебит скважины и коэффициент извлечения нефти; максимально возможное сохранение коллекторских свойств продуктивного горизонта; оптимальное соотношение затрат средств и времени на сооружение скважины. Требования к профилю скважин 25 Лекция 4

1. Выбор типа профиля. 2. Определение допустимой интенсивности искривления. 3. Расчет профиля. Общий порядок проектирования и ограничения Максимально допустимый зенитный угол 40 0 в интервале увеличения угла – 40 0 ; 30 0 в интервале установки погружного насоса – 30 0 ; 25 0 при входе в продуктивный пласт – Максимально допустимая интенсивность искривления 1,5град/10м в интервале искусственного искривления скважины – 1,5град/10м; 3град/100м в интервале установки погружного насоса – 3град/100м. 26 Лекция 4

Классификация профилей направленных скважин По количеству интервалов с неизменной интенсивностью По виду профиля По величине радиуса искривления двухинтервальные трехинтервальные четырехинтервальные пятиинтервальные прочие S-образные J-образные с большим радиусом со средним радиусом с малым радиусом со сверхмалым радиусом Какой профиль S-образный, а какой J-образный? Лекция 4

Двухинтервальный профиль Преимущества: Преимущества: максимальный отход скважины. Недостатки: Недостатки: постоянное применений специальных компоновок (отклонителей) на втором интервале. Достоинства и недостатки разных профилей Трехинтервальный профиль с третьим прямолинейным участком Преимущества: Преимущества: минимальное время бурения с отклонителем; сравнительно большая величина отхода. Недостатки: Недостатки: возможность осложнений при бурении третьего интервала, особенно в абразивных породах средней твердости и твердых. 28 Лекция 4

Трехинтервальный профиль с третьим криволинейным участком Преимущества: Преимущества: упрощается проходка третьего интервала. Недостатки: Недостатки: уменьшается отход при прочих равных условиях; увеличивается длина интервала бурения с отклонителем. Достоинства и недостатки разных профилей Четырехинтервальный профиль с четвертым интервалом уменьшения зенитного угла Преимущества: Преимущества: сравнительно большая величина отхода; уменьшение вероятности осложнений в процессе бурения. Недостатки: Недостатки: возрастание сил сопротивления перемещению колонны туб. 29 Лекция 4

Четырехинтервальный профиль с четвертым интервалом увеличения зенитного угла Преимущества: Преимущества: увеличения поверхности фильтрации и зоны дренирования; увеличения дебита скважины; увеличения коэффициента нефтеотдачи пласта. Недостатки: Недостатки: сложность реализации. Достоинства и недостатки разных профилей Пятиинтервальный профиль Пятиинтервальный профиль Преимущества: Преимущества: при эксплуатации скважины возможна установка насосного оборудования в зоне продуктивного горизонта. Недостатки: Недостатки: существенное увеличение нагрузки на крюке за счет сил трения. 30 Лекция 4

Определение допустимой интенсивности искривления LdD К где L-длина спускаемого инструмента; d-его диаметр; D-диаметр скважины или внутренний диаметр обсадной колоны; К-необходимый зазор, К=1,5-3 мм. - из условия предотвращения желобообразования: Pl F доп где P-натяжение колонны при подъеме инструмента; l -расстояние между замками; F доп -допустимая сила прижатия замка к стенке скважины. - из условия предотвращения поломок колонн труб: Е [ ] где Е-модуль упругости; [ ] -допустимое напряжение изгиба. Минимальный радиус кривизны ствола R min определяется по следующим формулам: - из условия проходимости оборудования и инструмента по скважине: 31 Лекция 4

закономерности искривленияПо ранее пробуренным скважинам определяются закономерности искривления и влияние на него различных факторов. глубина скважины по вертикали проектный отходПо схеме кустования или структурной карте и геологическим разрезам определяются проектный азимут скважины, глубина скважины по вертикали и проектный отход (смещение). глубина верхнего вертикального участкаОпределяется конечная глубина верхнего вертикального участка. Выбирается КНБКВыбирается КНБК, обеспечивающая необходимую интенсивность искусственного искривления. расчет профиляПроизводится расчет профиля, т.е. определяются зенитные углы в начале и в конце каждого интервала и величины проекций каждого интервала на горизонтальную и вертикальную плоскости, а также длина каждого интервала по оси скважины. Порядок расчета профиля 32 Лекция 4

Проектирование по номограммам Исходные данные: - Глубина скважины по вертикали; - Отход скважины; - Зенитный угол в конце интервала набора. 33 Лекция 4

Спасибо за внимание!!!