В последние годы в отечественной и зарубежной практике разработки нефтяных и газовых месторождений широкое применение получило строительство горизонтальных скважин (ГС). Однако, как известно, бурение ГС требует использования специальной техники и технологии. Кроме того, до настоящего времени ряд проблем строительства ГС не получил достаточно полного решения. Это проблемы крепления, проведения геофизических исследований, вторичного вскрытия продуктивного пласта и капитального ремонта, а также предотвращения и ликвидация аварий и осложнений в процессе бурения.

Все это в значительной степени отрицательно влияет на технико-экономические показатели, качественные показатели строительства и результаты эксплуатации скважин. В связи с изложенным предлагается более широкое внедрение в производство метода строительства так называемых пологих скважин (ПС), ствол которых вскрывает продуктивный пласт (ПП) под постоянным зенитным углом (45-70°). В данном исследовании зенитный угол  в пласте принят равным 60-70°. Это значение  обусловлено двумя обстоятельствами.

Во-первых, при вскрытии ПП под углом  = 60-70° обеспечивается увеличение длины ствола в пласте в 2,0-2,92 раза по сравнению с длиной в вертикальной скважине, вследствие чего увеличивается площадь фильтрации, а следовательно и дебит скважины.

Во-вторых, при указанных значениях  представляется возможность осуществлять строительство наклонных скважин с использованием стандартной техники и технологии бурения.

Отличительной особенностью проектирования профиля пологой скважины является то, что здесь предварительно, в зависимости от толщины продуктивного пласта  и требуемых значений длины ствола  (или проекции ствола на горизонталь ), задается зенитный угол , под постоянным значением которого полностью вскрывается ПП. В табл. 12 и на рис. 15 приведены расчетные данные по  и , вычисленные для  = 60-70° при различных значениях . Пологие скважины могут быть пробурены по различной форме профиля в зависимости от горно-геологических условий бурения, требований эксплуатации скважины, обеспечения нормальной работы внутрискважинного оборудования. Ниже приводится методика расчета пятиинтервального профиля пологой скважины, как профиля более общего типа, из которого путем исключения одного-двух интервалов получаются четырех- и трехинтервальные профили.

Таблица 12

Расчетные данные параметров пологой скважины

Рис.15 Расчетная схема

Принятый пятиинтервальный профиль (рис.16) характеризуется: вертикальным участком, двумя участками набора , двумя участками стабилизации кривизны.

Рис. 16 Проектный профиль и конструкция пологой скважины по пятиинтервальному профилю

Зенитный угол  и радиус искривления  принимают в зависимости от условий бурения, параметров конструкции скважины - диаметра и глубины спуска кондуктора (промежуточной колонны) с целью обеспечения условий нормального спуска и крепления обсадной колонны. Кроме того,  остается постоянным на всей длине 1-го участка стабилизации кривизны с учетом требований установки внутрискважинного оборудования в интервале стабильной кривизны скважины.

При принятых значениях a и , в зависимости от параметров (эффективности работы) ориентируемой отклоняющей компоновки низа бурильной колонны (КНБК) определяется радиус искривления ствола скважины на 2-м участке набора . Заметим также, что проектное отклонение ствола от вертикали , как правило, устанавливается по глубине кровли продуктивного пласта по вертикали . Таким образом, , а общее отклонение  включает также отклонение ствола от вертикали в продуктивном пласте

Параметры профиля пологой скважины в пределах ПП определяются по формулам (табл. 12 и рис. 15)

Для расчета параметров проектного профиля пологой скважины предварительно определяется глубина точки зарезки  первоначального искривления скважины в проектном азимуте:

где

Подставляя величины согласно (81) - (89) в формулу (80), получим:

Если принять , то получается формула для определения  для 3-интервального профиля, состоящего из участков - вертикального, набора  до  и участка стабилизации кривизны в продуктивном пласте:

Параметры профиля на соответствующих участках  находятся по формулам (81) - (89).

Глубина скважины по вертикали  равна:

а длина ствола составит:

Результаты расчета параметров четырех- и пятиинтервального профиля пологой скважины и для сравнения параметров четырехинтервального профиля, применяемого в настоящее время при бурении обычной наклонно направленной скважины на месторождении Матросовское АО «Татнефть», представлены в табл. 13. Расчет профилей произведен при следующих исходных данных: глубина кровли продуктивного пласта по вертикали ; толщина пласта . Проектное отклонение ствола от вертикали на глубине кровли продуктивного пласта . Радиусы искривления на 1-м и 2-м участках набора кривизны , хотя они могут быть различными (интенсивность искривления ). Расчетный зенитный угол на глубине кровли ПП принят равным , что обеспечивает увеличение длины ствола скважины в пласте  в 2,36 раза, а горизонтальной проекции  - в 2,14 раза по сравнению с . В профилях пологих скважин расчеты выполнены для значений R₁ = 238 м (i = 1,5°/10 м) и R₁ = 573 м (i < 1,0°/10 м).

Анализ данных табл. 13 показывает, что в пологих скважинах за счет больших значений  глубина скважины несколько больше, чем в обычных наклонных скважинах. В тоже время в пятиинтервальном профиле глубина скважины меньше, чем в четырехинтервальном, при этом, чем больше R₁, тем больше глубина скважины.

Однако при применении четырехинтервального профиля увеличивается глубина точки зарезки, что является предпочтительным для улучшения производства электрометрических работ и увеличения скорости бурения скважины. Расчеты показали, что при одном и том же типе профиля с увеличением  увеличивается глубина  и несколько увеличивается . Однако по мере увеличения  разница между глубинами скважин по разным вариантам профилей уменьшается; при А > 1800 м пологая скважина с принятыми исходными данными оказывается оптимально пробуренной только по четырехинтервальному профилю. Таким образом, выбор типа профиля пологой скважины зависит от конкретных геологических и технологических условий бурения скважин на данном месторождении. В табл. 13 приведены также результаты расчета параметров четырехинтервального профиля пологой скважины с Акр = 1200, 1800, 2400 м. По полученным значениям глубины скважины по длине ствола определены параметры конструкций этих скважин (табл. 14).

Таблица 13

Продолжение табл. 13

Продолжение табл. 13

Известно, что конструкция скважины выбирается в соответствии с требованиями «Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности». При бурении наклонных скважин помимо обеспечения этих требований параметры конструкции определяются во взаимосвязи с параметрами проектного профиля скважины. Так, кондуктор, как правило, спускается в вертикальный ствол. При больших значениях отклонения ствола от вертикали (А = 1800 м) глубина первоначального искривления скважины H может оказаться в интервале спуска кондуктора. В определенных условиях в зависимости от жесткости обсадной колонны необходимо ограничить зенитный угол и интенсивность искривления. Например, для кондуктора диаметром 426 мм, i < 1,2°/10 м. В интервалах установки внутрискважинного оборудования (ШГН, ЭЦН) ствол скважины должен иметь практически стабильную кривизну. Типовая конструкция обычной наклонной скважины на Матросовском месторождении, конструкция пологой скважины, проектируемой по пятиинтервальному профилю, а также конструкции пологих скважин с Акр = 1200, 1800, 2400 м представлены в табл. 14, из которой видно, что при Акр = 600 м конструкции обычной и пологой скважины почти не отличаются.

В пологих скважинах с Акр > 1800 м в конструкцию включается дополнительная промежуточная колонна. Это обусловлено необходимостью сокращения длины открытого ствола между обсадными колоннами с целью предупреждения осложнений в процессе бурения и крепления скважины.

Строительство пологих скважин, естественно, вносит определенную сложность в технологический процесс бурения, особенно при наборе и стабилизации кривизны, в управление траекторией ствола. Однако, как показывает опыт бурения горизонтальных скважин, эти проблемы легко решаются. Тем более, что в последние годы в отечественной промышленности освоен выпуск высокоэффективных винтовых двигателей - отклонителей, стабилизирующих устройств, телесистем, другой геофизической аппаратуры, а применение импортных управляемых КНБК в сочетании с телесистемами типа MWD (LWD) и высококачественных буровых растворов позволит еще больше повысить эффективность широкого внедрения метода строительства пологих скважин при разработке нефтегазовых месторождений.

Таблица 14

Параметры конструкций скважин