Проектирование профиля скважины

Проектирование профиля скважины

О скважинах с большим, средним или малым радиусом искривления

Все профили скважин (с большим, средним и малым радиусами искривления) имеют свое назначение. В некоторых случаях преимущество одного из профилей над остальными очевидно. В других случаях можно с успехом воспользоваться не одним, а несколькими профилями. Некоторые буровые подрядчики на отдельных месторождениях пробурили скважины с 6ольшим и средним радиусами искривления, прежде чем решать, какой из них лучше отвечает требованиям проекта. Появилась тенденция применять на одной и той же скважине профиль с комбинацией большого и среднего радиусов искривления.

Настоящий раздел посвящен следующим вопросам:

Описанию параметров, которые следует принимать во внимание при проектировании профиля горизонтальной скважины

Методике выбора профиля и обоснованию приоритета одного профиля над другим

Почему некоторые проектные параметры более важны, чем другие, для конкретного профиля.

Положение точки входа в заданный объект на горизонтальном участке

Положение точки входа в заданный объект на горизонтальном участке относительно положения устья скважины играет ключевую роль в выборе профиля скважины. Большой радиус искривления становится менее подходящим при уменьшении расстояния между точкой входа в заданный объект и устьем скважины. Это происходит просто потому, что, исходя из геометрических размеров, становится невозможным войти в пласт в желательном месте. В конце концов горизонтальное отклонение уменьшается до такого размера, что искривление по большому радиусу становится невыполнимым. В особых случаях, например, при бурении вторых стволов останется единственный выбор - профиль с малым радиусом искривления. Однако профили со средним и большим радиусами искривления могут использоваться в случаях, если:

Положение точки входа в пласт на горизонтальном участке не является решающим критерием или

Горизонтальная проекция между устьем скважины и заданной точкой входа в пласт оказывается (или может быть выполнена) достаточно большой и точка отклонения скважины от вертикали находится на сравнительно небольшой глубине. Например, устье скважины и/или точка отклонения скважины от вертикали могут быть смещены в удобное место.

Приведенные ниже примеры показывают взаимосвязь следующих параметров проектного профиля скважины:

Положение заданной точки входа в пласт

Положение устья скважины (SL)

Минимальная интенсивность набора зенитного угла (BUR_min)

Точка отклонения скважины от вертикали (КОР)

Пример 1

Рассмотрим следующий пример. Положение заданной точки входа в пласт (ТЕР) дано, но положение устья скважины (SL) совершенно произвольно.

Задача: Определить минимально возможную интенсивность набора зенитного угла (ВUR) при следующих допущениях:

1. Точка отклонения скважины от вертикали (КОР) может быть в любом месте.

Для отклонения скважины от вертикали до зенитного угла 90⁰ будет использоваться только один участок набора зенитного угла.

Решение: Наименьшее значение интенсивности набора зенитного угла (ВUR) возможно при самой малой глубине положения точки отклонения скважины от вертикали (КОР), которая в нашем примере соответствует земной поверхности. Так как мы используем постоянную интенсивность набора зенитного угла (ВUR), для того, чтобы попасть в заданную точку входа в пласт при зенитном угле 90⁰ вертикальная проекция участка от точки отклонения скважины от вертикали (КОР) должна быть равна горизонтальному отклонению (Н).

Рисунок 2-1 Определение минимальной интенсивности набора зенитного угла ВUR_min при заданном положении точки входа в пласт (ТЕР) и произвольном положении устья скважины (SL)

Рисунок 2-2 Определение ВUR_minпри заданных ТЕР и SL

Следует отметить, что интенсивность набора зенитного угла (BUR) однозначно связана с радиусом кривизны уравнением:

(180/п*100) 5, 730

R = --------------- = -------, где R - в футах, а BUR в градусах на 100 футов

BUR BUR

Также необходимо отметить, что R=TVD_TEP=H

Объединив эти два уравнения, получаем решение для BUR_min:

5, 730

BUR_min = -----------

TVD_TEP

Случай 1: Дано ТVD_TEP =5, 000 футов Найти ВUR Решение: 5, 730 5, 730 BUR_min = ---------- = --------- =1, 15⁰/100 фут. TVD_TEP5, 000

Случай 2: Дано ТVD_TEP =500 футов Определить ВUR Решение: 5, 730 BUR_min = ----------- = 11, 5⁰/100 ФУТ

Решение: При допусках, сделанных в случае 1, можно использовать профиль или с большим или со средним радиусом искривления. Однако в случае 2 профиль с большим радиусом искривления нельзя использовать из-за малой глубины скважины по вертикали (ТVD) в заданной точке входа в пласт (ТЕР). По общему мнению, допущение о нахождении точки отклонения скважины (КОР) у поверхности или вероятность расположения точки входа в пласт (ТЕР) на глубине 500 футов очень сомнительны. Однако, рассмотрим следующий пример.

Пример 2

Даны положение точки входа в пласт (ТЕР) и предполагаемое (SL) положение устья скважины.

Задача: Определить минимально возможную интенсивность на6ора зенитного угла (ВUR) при тех же условиях, что и в примере 1.

Решение: Чтобы достичь точки входа в пласт (ТЕР) при угле в 90 град., вертикальная проекция участка от КОР до ТЕР должна быть равна горизонтальному отклонению от КОР до ТЕР. При этом КОР фиксируется в положении, показанном на рис. 2-2.

Таким образом, мы видим, что: R = Н = (ТVD_TEP - TVD_KOR)

Теперь определим минимальную величину ВUR аналогично тому, как это делалось в примере 1.

5, 730 5, 730

BUR_min = ----------- = ---------------------------

R (TVD_TEP-TVD_KOR)

Рисунок 2-3 Точка входа в пласт

Рисунок 2-4 Точка отклонения скважины от вертикали на глубине (ТVD) 3, 000 фут.

Случай 1: Дано: ТVD_TEP = 5, 000 фут. Н = 2, 000 фут Решение: Чтобы подойти к ТЕР под углом в 90 град., расстояние от КОР до ТVD_TEP, должно равняться H Следовательно, КОР находится на глубине 3, 000 фут. по вертикали (ТVD). Таким образом, необходимая интенсивность ВUR составляет: 5, 730 5, 730 BUR =---------- = ---------- = 2, 87⁰/100фут R 2, 000 Так как скважина с большим радиусом искривления имеет максимальную интенсивность набора зенитного угла 6⁰ /100 фут., это решение допускает проектирование горизонтальной скважины с большим радиусом искривления. Следует отметить, что средний радиус искривления может быть запроектирован, если увеличить глубину КОР.

Случай 2: Дано: ТVD_TEP = 5, 000 фут. H=500 фут. Решение: R=H=500 фут. 5, 730 5, 730 BUR = --------- = ---------- = 11, 5⁰/100 фут R 500 Так как такая величина интенсивности набора зенитного угла (ВUR) превышает 6⁰/100 фут., в этом случае имеем дело с проектированием скважины со средним радиусом искривления. Следует отметить, что профиль с 6ольшим радиусом искривления невозможен. За помощью при этих расчетах следует обратиться к рис. 2-5 - 2-8.

Например, рис. 2-5 можно использовать, чтобы определить, что минимально возможное горизонтальное отклонение для профиля с одним участком искривления по большому радиусу составляет 955 фут., который соответствует интенсивности набора зенитного угла 6⁰/100 фут. Следовательно, в случае 2, описанном выше, чтобы обеспечить большой радиус искривления, устье скважины должно быть сдвинуто от точки входа в пласт (ТЕР) по крайней мере на 455 фут. (по вертикальной проекции).

Рисунок 2-5 Зависимость интенсивности набора зенитного угла от горизонтального отклонения для горизонтальных скважин с одним криволинейным участком (м).

Рисунок 2-6 Зависимость интенсивности набора зенитного угла от горизонтального отклонения для горизонтальных скважин с одним криволинейным участком искривления (м).

Рисунок 2-7 Зависимость интенсивности набора зенитного угла от горизонтального отклонения для горизонтальных скважин с одним криволинейным участком искривления (фут).

Рисунок 2-8 Зависимость интенсивности набора зенитного угла от горизонтального отклонения для горизонтальных скважин с одним криволинейным участком искривления (фут).

Пример 3.

Дано: Точка входа в пласт.

Ожидаемая минимально достижимая интенсивность набора зенитного угла

(BUR_ACH)

Найти: глубину точки отклонения скважины от вертикали и положение устья скважины.

Случай 1: Дано: TVD_TEP = 5000 фут. ВUR_ACH = 2⁰/100 фут Решение: Во-первых, находим ВUR, которая определяется дугой окружности от устья скважины до TEP. 5, 730 5, 730 BUR_min = ----------- = ----------- = TVD_TEP 5, 000 1, 15⁰/100фут Это минимально возможная постоянная интенсивность (ВUR), которая может быть получена. Нижняя граница для ВUR больше следующих величин: BUR_min=1, 5⁰/100фут и BUR_ACH=2, 0⁰/100фут Таким образом, нижняя граница составляет 2⁰ /100 футов. Во-вторых, определяем КОР, соответствующий нижней границе ВUR. Используем следующее уравнение (см. Пример 2) 5, 730 5, 730 BUR_min = --------- = --------------------------- R (TVD_TEP -TVD_KOP) И находим КОР следующим образом: КОР = ТVD_TEP-5, 730/BUR В данном случае, КОР = 5, 000-5, 730/2, 0 Следовательно, КОР = 2, 135 фут. = 5, 000 – 2, 865 В-третьих, устье скважины (SL) находится в том же самом месте на плане, что и КОР, и на 2 135 фут, выше КОР.

Случай 2: Дано: ТVD_TEP = 2000 фут. ВUR_ACH = 2⁰/100 фут. Решение: Во-первых, находим ВUR, которая определяется дугой окружности, начиная от устья, находящегося в точке отклонения скважины от вертикали (КОР) 5, 730 5, 730 BUR_min = ----------- = -------- = 2, 87⁰/100 фут TVD_TEP 2, 000 И снова, нижняя граница для ВUR больше, чем: BUR_min =2, 87⁰/100 фут и ВUR_ACH= 2, 0⁰/100 фут Таким образом, нижняя граница – 2, 87⁰/100 фут. ПРИМЕЧАНИЕ: КОР для ВUR, равной 2, 87⁰/100 фут. находится на поверхности. На практике КОР будет находиться глубже, что дает большее значение нижнего предела для ВUR, как показано в примере 4.

Пример 4

Дано:

Точка входа в пласт

Глубина точки отклонения скважины от вертикали (КОР)

Положение устья

Найти:

ВUR

Случай 1: Дано: ТVD_TEP= 5000 фут. КOP=4000 фут. Устье скважины расположено над КОР Решение: 5, 730 5, 730 BUR= --------- = --------------------- = R TVD_TEP-KOP 5, 730 5, 730 ----------------= ----------- = 5, 73⁰/100фут (5, 000-4, 000) 1, 000

Cлучай 2: Дано: ТVD_TEP= 2000 фут. КOP=500 фут. Устье скважины расположено над КОР Решение: 5, 730 5, 730 BUR= --------- = ------------------- = R TVD_TEP-KOP 5, 730 5, 730 --------------- = ---------- = 3, 82⁰/100фут (2, 000-500) 1, 500

В горных породах, в которых получают (или можно ожидать, что получат) постоянные и прогнозируемые значения интенсивности зенитного угла (например, в изученных разрезах) следует проектировать плановые и эапасные участки набора зенитного угла с такими значениями интенсивности. Обычно самые низкие крутящие моменты и силы сопротивления имеют место, когда участки набора зенитного угла при малой глубине расположения точки отклонения скважины от вертикали (КОР) имеют минимально возможную интенсивность набора зенитного угла. Участки набора зенитного угла на большой глубине обычно должны иметь по крайней мере интенсивность 3⁰ /30 метров (100 футов), чтобы уменьшить длину этого участка.

Конструкция скважины

Глубины установки обсадных колонн будут прежде всего определяться конструкцией скважины

(например, исходя из устойчивости стенок скважины или порового давления и требований, связанных с градиентами давления гидроразрыва пластов). Проектный профиль направленной скважины должен быть совместим с диаметрами обсадных колонн и скважины и глубинами установки башмака обсадной колонны. В некоторых случаях, однако, запроектированные предпочтительные диаметры скважины и обсадных колонн и глубины установки башмака обсадной колонны могут быть изменены, чтобы приспособить их к требованиям, предъявляемым профилем скважины. Если можно,

Следует предусматривать в проекте начало набора зенитного угла ниже башмака обсадной колонны не ближе 30 м (100 фут.) по стволу.

Зенитный угол скважины должен быть 3⁰ или больше, так чтобы для искривления скважины можно было использовать поворот плоскости действия отклонителя под действием силы тяжести.

Это требование возникает прежде всего в связи с магнитной интерференцией обсадных труб и использованием магнитных труб в системе измерений в процессе бурения при инклинометрии скважины. Участки набора зенитного угла должны к тому же проектироваться так, чтобы заканчиваться у места установки башмака колонны обсадных труб (или несколько раньше), учитывая наличие зумпфа ниже башмака. Это уменьшает количество диаметров стволов скважины, в которых

происходит искривление скважины. В результате этого:

Оптимизируется конструкция забойного двигателя компоновки низа бурильной колонны

Сводится до минимума количество рейсов для смены компоновок низа бурильной колонны (ВНА)

Снижается стоимость оборудования

Уменьшаются осложнения, которые могут возникнуть при спуско-подъеме оборудования (например, бурильная колонна или пакеры), которое может зависать на башмаке обсадной колонны, уставленном в криволинейном участке скважины

И геологических реперов

С точки зрения вскрытия намеченного объекта, самое главное различие между бурением вертикальной и горизонтальной скважин состоит во влиянии ошибок измерений на глубину по вертикали (ТVD). Для вертикальных скважин ошибки в определении глубины по вертикали (ТVD) для вскрытия намеченного объекта менее важны, чем для горизонтальных скважин. Если вскрытие пласта вертикальной скважиной на ожидаемой глубине не происходит, тогда бурение просто продолжается до попадания в намеченный объект. Для горизонтальных скважин ошибки в определении глубины по вертикали (ТVD) являются решающими при определении положения горизонтального участка. Например, если горизонтальный участок проходит выше продуктивного пласта, тогда намеченный объект разработки полностью пропускается. Следовательно, неточность в определении глубины по вертикали (ТVD) сильно влияет на выбор профиля скважины.

Одним из обычных путей снижения неточности в определении глубины по вертикали (ТVD) точки входа в пласт является использование геологических или стратиграфических реперов, которые известны на характерных для ТVD глубинах выше намеченного объекта. Геологическими реперами могут быть:

Кровли пластов горных пород

Характерные аномалии на каротажных диаграммах системы измерений в процессе бурения (МWD) (например, отвечающие глинистым сланцам с высоким сопротивлением).

Нефтяной контакт

Эти реперы обычно определяются путем анализа графиков каротажа с помощью системы оценки пород и измерений в процессе бурения (FEMWD) или газового каротажа бурового раствора. При прохождении известного геологического репера накопленные ошибки определения глубины по вертикали (ТVD) (например, от неточной инклинометрии) значительно уменьшаются. Это позволяет в процессе бурения точно управлять траекторией горизонтального участка.

Подход горизонтального участка к продуктивному пласту полезно сравнить с посадкой самолета на взлетно-посадочную полосу. Будем рассматривать взлетно-посадочную полосу как намеченный объект на заданной глубине, путь самолета как траекторию скважины, высоту, с которой самолет начинает снижение, как устье скважины, точку соприкосновения с землей как место входа скважины в намеченный объект, пилота как персонал буровой (руководимый представителем фирмы по направленному бурению), принимающий решения в режиме реального времени, а самолетные элероны, закрылки и руль как элементы управления компоновкой низа бурильной колонны (ВНА). Высота самолета в тот момент, когда пилот решает начать посадку, для него очень важна. Точно также ожидаемая глубина по вертикали (ТVD) намеченного объекта полезна бурильщику для составления проекта размещения горизонтального участка скважины в залежи. Однако, пилоту в конце концов для успешной посадки самолета необходима способность измерять, интерпретировать, решать и реагировать соответственно изменению высоты самолета относительно взлетно-посадочной полосы. Аналогичным образом для проводящего работы по направленному бурению необходима способность измерять, интерпретировать, решать и реагировать в соответствии с изменениями профиля скважины относительно глубины по вертикали (ТVD) намеченного объекта. Иначе накопленные ошибки определения глубины по вертикали (ТVD), полученные при суммировании ошибок при геофизических замерах, часто оказываются слишком большими по сравнению с толщиной намеченного к вскрытию объекта.

Представим себе, что пилот начал снижение с высоты 30000фут. относительно взлетно-посадочной полосы с ошибкой в 10 фут., которую он не исправил. Это аналогично тому, что бурильщик пытается провести горизонтальную скважину при глубине продуктивного пласта (TVD) 10000фут., ориентируясь только на поверхность и имея ошибки геофизических измерений глубины, которые больше маломощного нефтяного пласта.

Низкие значения интенсивности набора зенитного угла обычно более удобны для подвода горизонтального участка к залежи. Геологический репер идеально подходит, если он расположен над заданным объектом на расстоянии 100-300 фут. по вертикали, в зависимости от интенсивности набора угла. В этом случае низкая проектная интенсивность набора угла дает больше пространства (и времени) правильно изменить направление скважины, аналогично тому, как пилот делает частые небольшие корректировки курса самолета вместо большого и резкого изменения его курса.

Как упоминалось раньше, решения, принятые во время выхода скважины на горизонтальный участок, требуют сплоченной работы всей бригады, а не только большого индивидуального вклада каждого работника. Значение своевременной и качественной связи переоценить невозможно. Геолог или любой другой специалист, ответственный за попадание скважины в залежь, обязаны бывать на буровой и уполномочены принимать решения на месте.

Ошибки, связанные с методом измерения (по каротажному кабелю, сейсмическими методами или по бурильной колонне) глубины скважины по вертикали до геологического репера, должны быть определены. Они имеют большое значение для удачного проведения горизонтального участка. Ошибки в инклинометрических данных и измерениях глубины, связанные с каротажными замерами на кабеле (или другими методами), независимы друг от друга.

Ошибки в определении глубины скважины по вертикали (ТVD) по данным инклинометрии могут быть оценены с помощью моделей работы инклинометров. Оценки ошибок определения по каротажным измерениям на кабеле могут 6ыть получены у петрофизиков. От них можно перейти к глубине скважины по вертикали (ТVD), учтя зенитный угол во второй степени. Суммарная ошибка определения глубины скважины по вертикали (ТVD) равна квадратному корню суммы квадратов двух независимых ошибок определения глубины скважины по вертикали (ТVD).

Важными моментами при использовании реперов для точной проходки горизонтального участка скважины являются:

Расстояние по вертикали между репером и горизонтальным продуктивным пластом

Неточность в определении привязанной глубины по вертикали (ТVD) относительно истинной толщины продуктивного пласта

Пилотные (предварительно проходимые) стволы

Пилотный (или предварительно проходимый) ствол следует предусматривать в том случае, когда нужно снизить неточность в определении глубины скважины по вертикали (ТVD). Пилотные стволы могут быть очень полезны и в том случае, когда мало известны детали строения залежи. Такими случаями могут быть:

Ненадежность геологических реперов

Относительно малая толщина продуктивного пласта

Скважина должна быть пройдена близко к контакту флюидов

Если ошибки определения глубины скважины по вертикали (ТVD) геофизическими исследованиями, накопленные от поверхности, становятся слишком большими по сравнению с толщиной вскрываемого объекта, следует пробурить пилотный ствол. Проходка пилотного ствола снижает ошибку геофизических измерений глубины скважины по вертикали (ТVD) между пилотным стволом и горизонтальным участком. Это позволяет более точно и уверенно определить положение горизонтального участка. Бурение пилотного ствола снижает неточность в определении глубины скважины по вертикали (ТVD) относительно геологического репера/эалежи/контактов углеводородов.

Пилотный ствол может быть пробурен под любым зенитным углом. Самым дешевым будет вертикапьный ствол, но он даст самую плохую корреляцию с заданной точкой входа в продуктивный пласт для горизонтального участка, так как расстояние по горизонтали между этими точками максимально. Особенности строения залежи являются важными факторами при определении оптимального зенитного угла пилотного ствола. В частности, угол между пилотным стволом (или любой конкретный угол) и горизонтальным участком являются основным фактором в определении относительной разницы глубины залегания продуктивного пласта по вертикали (ТVD) между пилотным стволом и горизонтальным участком. Важным вопросом является то, насколько хорошо известен угол между двумя стволами (например, постоянен ли он? ), а не то, каков он на самом деле.

Не которые представления о строении залежи, включая изменения угла падения пласта горных пород, дают результаты сейсморазведки. Однако, точность определения угла падения пласта по сейсмическим данным будет, вероятно, неадекватна требованиям значительного снижения неточности определения ТVD, если расстояние по горизонтали между пилотным и горизонтальным стволами велико. Другим источником являются данные по соседним скважинам, если они пробурены и если в них спускали наклономер.

Другим соображением, касающимся зенитного угла пилотного ствола, является длина ствола, которая должна быть перебурена чтобы вывести ствол на горизонталь после установки цементного моста. Это может быть главным условием в случае плохой буримости пород.

В заключение следует сказать, что пилотные скважины не панацея от всех бед. Однако они могут предотвратить некоторые дорогостоящие ошибки, если их правильно спроектировать и пройти.

Проектирование профиля скважины

12 3 4 Следующая ⇒