Введение к работе
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 пласт 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 првдупрезэдает вероятность осложнений. Особенно актуальным для условий Тимано-Печорской провинции при определении угла входа в продуктивный пласт язляатся учэт зависимости от угла наклона продуктивного пласта, так как пластовые залежи в регионе, как правило, расположены под углами от 3 до 10 град к горизонту.
При вскрытии 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
располохтения ствола и ответвлений, должны предупредить вскрытие ВНК (ГВК) и преждевременное обводнение скважины, обеспечить дренирование заэкранированных пропластков 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, таких как мергель франского яруса и глины кыновско-саргаевсксго 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 вре:«! сохранения устойчивости стенок скважины за счет плотности бурового раствора.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Повышение качества выполнения проектной траектории н эксплуатационной надежности, сокращение стоимости строительства на основа развития методик расчета траекторий наклейных скважин с большими отходами, горизонтальных и разветвленных скважин.
ОСНОВНЫЕ ЗДДАЧИ. Статистический анализ работы компоновок низа бурильной колонны (КНБК) и установление вада регрессионной зависимости интенсивности искривления скважины от угла по промысловым данным и разработка методики расчета пространственного профиля с переменным радиусом кривизны, основанная на использовании этих зависимостей.
Разработка методики определения угла входа в продуктивный пласт гори-зопталыгай скважины в зависимости от геометрических перакотро:; плеста и зерак-теристик работы компоновок низа бурильной колонна.
Анализ геологических и эксплуатационных условий залежи, точности проводки 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, о .кованная на интегрировании полученных регрессионных соотношений.
Разработан и защищен авторским свидетельством а.с. N 1653399 способ строительства разветвленной скважины при разработке залежей с подошвенной водой, форма траектории которой обеспечивает селективную изоляцию обводнившихся 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 применена при проектировании профилей 15 горизонтальных и одной многозабойнои екзажин, пробуренных в различных геолого-технлчэсккх условиях на Пашнинском, Лыаельском, Усиискои, Возейскоы нефтяных и Печорогородском ггзоконденсатном месторождениях. Программа расчета профиля скважины на ПЭВМ, использующая методику, передана и эксплуатируется Нкжне-Одесским УБР с 19S0 г.
Варианты вскрытия перко-карбоновой залежи Усннского нефтяного, средне-девонской залежи Лыаельской площади Ярегского и третьего н четвертого эксплуатационных объектов Бовсне.ч.со&ского газоконденсатного месторождений разветвленными 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 Коминефть были разработаны "Рекомендации по предупрежд-гнйю обеаливания неустойчивых пород при бурении горизонтальных скважин при зенитных углах более 45 град.".
Методика расчета азимутального искривления скважины 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 Лыаапьско-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 газоконденсатних месторождений (г. Краснодар, июнь 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 ИАПлетнико-еым, А.К.Плешкоеым, С.Г. Славгородским, А.К. Цехмейстрюком и института Север-нипигаз Ю.М.Гержбергом 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 искренни» благодарность.
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.