Этапы проектирования профиля скважин

Точка отклонения скважины от вертикали (КОР).
Совместимость положения точки с горными породами.
Интенсивность набора зенитного угла.
Конструкция скважины.
Износ обсадных колонн и разрушение стенок ствола.
Участок стабилизации эенитного угла (если есть).
Горизонтальное отклонение скважины от вертикали.
Наличие неопределенности глубины залегания продуктивного пласта и геологических реперов.
Наличие неопределенности характеристики траектории скважины.
Требования к заканчиванию скважины.
Неопределенность глубины залегания продуктивного пласта и геологических реперов
Пилотные (проходимые предварительно) стволы.
Неопределенности в положении водонефтяного и газонефтяного контактов по глубине.
В следующих разделах детально обсуждается каждый из этих этапов проектирования профиля скважины.
Точка отклонения скважины от вертикали
Обычно скважина должна быть отклонена на максимально возможной глубине с учетом следующих условий.

  1.  Интенсивность набора зенитного угла (или радиус искривления криволинейного участка) должна соответствовать горным породам и ограничениям, которые накладываются скважинным оборудованием (например, оборудование для заканчивания, аппаратура по программе оценки горных пород, бурильная колонна и обсадная колонна).
  2.  Следует выбирать участок набора зенитного угла и участки стабилизации зенитного угла (если они есть) так, чтобы:
    -обеспечить достаточное горизонтальное отклонение для достижения заданной точки входа в пласт;
    – предусмотреть изменения глубины скважины по вертикали (ТVD) в связи с неопределенностями в геологических условиях.
  3. Иметь допуск на отклонение фактических характеристик траектории от ожидаемых:
    – предусмотреть прямолинейный ствол на глубине установки башмаков обсадных колонн (см. ниже) и оборудования для заканчивания (например, погружных насосов).
  4.  Взять по возможности все полезное от стратиграфических реперов (разрез горных пород, контакты флюидов, каротажные кривые и т. д,), чтобы сделать:
    -поправки в процессе бурения;
    -последнего участка набора зенитного угла.
  5.  Принимать меры против встреч с другими скважинами (например, пробуренных с той же платформы).
  6.  В случае эабурки вторых стволов может потребоваться провести заново инклинометрические замеры, прежде чем окончательно выбрать точку отклонения ствола с учетом повышенной точности современных приборов.

Следует провести соответствующие проверочные расчеты чтобы гарантировать допустимые пределы механических нагрузок на бурильную колонну при кручении, натяжении, продольном изгибе, износе обсадной колонны и т. д. Следует также убедиться, что буровая установка имеет достаточную грузоподъемность для бурения и (при необходимости) эаканчивания скважины.

По возможности следует избегать любых больших (более 90 град.) изменений азимута, и скважину следует проектировать в одной вертикальной плоскости. Большие изменения азимута нежелательны, так как они вызывают увеличение:
– затрат времени на управление траекторией;
– cуммарной интенсивности искривления при интенсивности набора зенитного угла, заданной в вертикальной плоскости, в которой находятся точка отклонения скважины от вертикали и точка входа в пласт.

В некоторых случаях, однако, приоритет будут иметь другие соображения, например, предупреждение пересечения с другой скважиной или желательность изменения азимута в горизонтальном участке скважины

Интенсивность набора зенитного угла

В качестве первого шага определения интенсивности(ей) набора зенитного угла необходимо установить ее верхний и нижний пределы. Как обсуждалось выше, верхняя граница (т. е. максимально возможная интенсивность набора зенитного угла) может быть определена следующими факторами:
– требованиями исследований горных пород;
– требованиями заканчивания скважины;
– соседними скважинами, буровым подрядчиком, опытом использования эабойных двигателей/оборудования;
– механическими нагрузками, действующими на бурильную колонну (скручивание/натяжение, силы сопротивления, усталость металла) или обсадную колонну (скручивание/натяжение, силы сопротивления, износ, уменьшение прочности на растяжение в связи с изгибом в участках с резкими перегибами);
– пределами грузоподъемности буровой установки.

Нижняя граница (т. е. минимально допустимая интенсивность набора зенитного угла) будет определяться большей из следующих величин:

Интенсивность набора зенитного угла будет определяться дугой на участке от точки отклонения скважины от вертикали (КОР) до точки входа в пласт (ВURmin)

Самая низкая интенсивность набора зенитного угла, которая может быть (или можно ожидать, что будет) доступна (ВURACH) в горных породах, находящихся на выбранном участке набора зенитного угла скважины при проектируемом оборудовании для направленного бурения и обслуживающем его персонале и системе бурового раствора.

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.

Интенсивности набора зенитного угла в составных профилях

Бурение по дуге окружности производится обычно не на всем протяжении от вертикали до горизонтали. Бурение по дуге окружности, как правило, осуществляется только в тех случаях, когда глубина точки входа в пласт (ТVD) и характеристика траектории ствола хорошо известны (например, в Остин Чок). Вместо профиля с дугами окружности часто проектируют "составной" профиль. При этом используется более одного проектного участка набора зенитного угла и один или больше участков стабилизации эенитного угла.

Этапы проектирования профиля скважин

"Составной" профиль

Для скважин, спроектированных с одним участком стабилизации зенитного угла, составной профиль может иметь одну и ту же интенсивность набора зенитного угла в верхнем и нижнем участках набора зенитного угла. В некоторых случаях для верхнего и нижнего участков набора зенитного угла закладывают различные значения интенсивности. Например, в верхнем участке могут применять интенсивность набора 40/30м (100 фут.), а ниже участка стабилизации зенитного угла интенсивность набора может быть 80/30 м (100 фут.). Таким образом, в одной и той же скважине с составным профилем могут использоваться участки с большим и средним радиусами искривления.

В составных профилях значения интенсивностей участков набора зенитного угла, верхнего и нижнего, являются решающими, но по разным причинам. Верхний участок набора зенитного угла обычно находится в более мягких горных породах, которые более склонны к размыву, что ведет к более неустойчивому характеру изменения зенитного угла. Это приводит к извилистости скважины и может значительно увеличить крутящий момент и силы натяжения, действующие на бурильную колонну. Однако соблюдение интенсивности набора зенитного угла на верхнем участке не так важно с точки зрения входа в пласт в заданной точке. В то же время значение интенсивности набора зенитного угла ниже участка стабилизации зенитного угла является решающим, так как остается мало места для исправления скважины перед входом в пласт в заданной точке. Даже если в верхнем участке интенсивность набора зенитного угла не достигает желательного уровня, еще остается время исправить профиль скважины, меняя местоположение точки отклонения скважины (КОР), длину участка стабилизации зенитного угла, интенсивность набора зенитного угла и/или компоновку низ бурильной колонны (ВНА) при бурении нижнего участка набора зенитного угла. Информация по управлению траекторией скважины, полученная при бурении верхнего участка набора зенитного угла, может оказаться полезной при изменении этих параметров в нижнем участке для точного управления траекторией скважины при входе в пласт. На практике эти два участка набора зенитного угла обычно находятся в различных горных породах.

Значение интенсивности набора зенитного угла нижнего участка в проекте принимается ниже ожидаемого значения интенсивности набора при подаче выбранной компоновки низа бурильной колонны (ВНА) без вращения. Как правило, проектная интенсивность набора зенитного угла будет на 2-30/100 фут. меньше ожидаемой в случае подачи бурильной колонны без вращения при большом радиусе искривления и в большинстве скважин со средним радиусом искривления. Если фактическая интенсивность набора угла в процессе подачи колонны без вращения все еще слишком мала, чтобы обеспечить вход в пласт в заданной точке, необходимо поднять компоновку низа бурильной колонны (ВНА) и заменить ее на более эффективную. В случаях, когда фактическая интенсивность набора угла слишком высока, чтобы обеспечить попадание в заданную точку пласта, применялись следующие методы.

Для случая подачи бурильной колонны без вращения, т. е. при слишком высокой интенсивности резких перегибов, не дающей вращать бурильную колонну в связи с высокой вероятностью появления усталости металла из-за значительных напряжений изгиба:

 Меняется ориентация плоскости действия отклонителя (слева направо и наоборот), в результате отклонения траектории скважины от запланированного азимута, снижается интенсивность набора угла в вертикальной плоскости. В настоящее время специалисты считают, что этот метод дает более извилистую скважину и не применим ни при каких обстоятельствах.

Подача промывочной жидкости увеличивается и бурильщик компании по направленному бурению "разрабатывает" ствол (ориентированное расширение), в одном месте пытаясь размыть ствол и снизить интенсивность набора угла. Эта практика вполне приемлема и должна применяться перед подъемом компоновки (ВНА) и заменой ее на компоновку с меньшим отклоняющим действием.

Для случая, когда допускается вращение бурильной колонны, например, при наборе зенитного угла по 6ольшому радиусу.

Бурильная колонна расхаживается с вращением, чтобы уменьшить интенсивность набора угла в вертикальной плоскости до желательного уровня. Желательно заложить в проект компоновку, которая позволяет максимально увеличить время, затрачиваемое на вращение. Это также увеличивает скорость проходки и способствует очистке ствола скважины. На практике необходимо будет подавать бурильную колонну без вращения большую часть времени, если не все время. В начале отклонения от вертикали для достижения требуемой интенсивности ‘набора зенитного угла. Однако, если компоновка (ВНА) правильно сконструирована (например при правильных размере и местоположении) и после набора некоторого номинального значения зенитного угла (например, 10 град.), требуемая интенсивность набора угла может быть достигнута в процессе вращения.

Профили скважин могут проектироваться с комбинацией различных интенсивностей набора зенитного угла, даже если нет участков стабилизации и зенитного угла. Например, в верхней части может применяться менее интенсивный темп набора зенитного угла, так как мягкие горные породы, как правило, не позволяют получать большую интенсивность набора зенитного угла. Когда горные породы становятся более прочными, интенсивность набора угла может быть увеличена (например, чтобы уменьшить длину участка набора).

Неточности в определении глубины продуктивного пласта 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
0

Добавить комментарий

Войти с помощью: