способ бурения вертикальных и естественно искривляющихся скважин

Формула изобретения

СПОСОБ БУРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И ЕСТЕСТВЕННО ИСКРИВЛЯЮЩИХСЯ СКВАЖИН, включающий поинтервальное их углубление с постоянной нагрузкой на долото, измерение диаметра центраторов и их замену по мере износа, определение величины отклонения скважины и мгновенного приращения величины зенитного угла, отличающийся тем, что, с целью снижения стоимости строительства вертикальных и естественно искривляющихся скважин и повышение точности их проводки, определяют коэффициент влияния типа долота на искревление ствола скважины путем перемножения индексов анизотропии пород, полученных при бурении лопастным долотом ствола скважины до появления его искревления, и последующего бурения ствола скважины до появления его искревления долотом с минимальным вылетом зубьев, а определение мгновенного приращения величины зернистого угла осуществляют в соответствии с зависимостью

= {+f[(-)+(-)]} ,

где - мгновенное приращение кривизны зенитного угла с глубиной при бурении скважины компоновкой данного типа, град/м;

l - расстояние от долота до первой точки касания УБТ, корпуса турбобура или центратора (в зависимости от вида бурения) со стенками скважины, м;

- текущий занитный угол буровой скважины, град.;

- угол наклона долота к оси скважины, град.;

f - коэффициент влияния типа долота на кривизну;

- угол наклона к вертикали в каждый момент времени вектора мгновенного направления результирующей силы на долоте при бурении в анизотропных породах (с учетом влияния геологических факторов), град.;

- тот же угол наклона вектора результирующей силы, который имел бы место при учете влияния на кривизну только лишь технических факторов (при бурении в изотропных породах), град.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к бурению вертикальных и естественно искривляющихся скважин, проводящихся в осложненных геологических условиях, способствующих естественному искривлению.

Известен способ прогнозирования и контроля траектории при бурении наклонных скважин, проводящихся в условиях, где геология не влияет на кривизну скважин [1].

Недостатком этого способа является то, что расчет траектории ведется с учетом направления поперечной силы, действующей на долото, к верхней или нижней стенке скважины, эта сила имеет тенденцию к уменьшению по мере бурения вплоть до нуля. Поэтому способ расчета траектории правильнее было бы назвать расчетом поперечных сил, а не расчетом траектории.

Известен способ бурения вертикальных и естественно искривляющихся скважин [2] , который включает поинтервальное их углубление с постоянной нагрузкой на долото, измерение диаметра центраторов и их замену по мере износа и определение величины мгновенного приращения зенитного угла скважины по выражению

= K - , где - темп приращения величины зенитного угла скважины с ростом ее глубины при безориентированном бурении скважин в районах естественного искривления, град,/м;

- зенитный угол скважины в точке расчета, град.;

_ст - угол стабилизации, к которому скважина стремится где-то в пределе, если бурить ее неограниченно долго без изменения геологии и начальных данных расчета, град.;

l_cт, l_o, l - расстояния от долота до 1-й точки касания низа бурильного инструмента со стенками скважины в стволе скважины под нагрузкой, если ствол скважины наклонен:

а) на угол стабилизации,

б) не имеет наклона к вертикали,

в) имеет наклон на какой-то промежуточный угол по сравнению с упомянутыми пограничными значениями.

Недостатком этого способа является то, что в нем при определении формы траектории скважины учитывается только индекс буровой анизотропии, но не учитывается коэффициент влияния типа долота на приращение величины зенитного угла скважины с ростом глубины.

Целью изобретения является снижение стоимости строительства вертикальных и естественно искривляющихся скважин и повышение точности их проводки.

Для этого в способе бурения вертикальных и естественно искривляющихся скважин, включающем поинтервальное их углубление с постоянной нагрузкой на долото, изменение диаметра центраторов и их замену по мере износа и определение величины мгновенного приращения зенитного угла с ростом глубины, определяют коэффициент влияния типа долот на искривление скважины, путем перемножения индексов буровой анизотропии при бурении пород лопастным долотом до появления искривления с последующим бурением ствола до появления искривления долотом с минимальным вылетом зубьев, величина приращения зенитного угла с ростом глубины между этими пограничными значениями определяется по выражению

= {+f[(-)+(-)]}, (1) где - угол наклона оси долота к оси скважины;

- мгновенное приращение величины зенитного угла с ростом глубины при бурении скважины компоновкой данного типа, град./м;

l - расстояние от долота до 1-й точки касания низа бурильного инструмента со стенками скважины в стволе скважины под нагрузкой, м;

- текущий зенитный угол ствола скважины, м;

f - коэффициент влияния типа долота на кривизну (безразм.);

- угол наклона к вертикали в каждый момент времени вектора мгновенного направления результирующей силы на долоте при бурении в анизотропных породах (с учетом влияния геологических факторов), град.;

- то же, но при бурении в изотропных породах, т.е. когда влияние геологии не учитывается, град.

П р и м е р. При бурении Сураханской свиты скважины N 153/156 лопастными и шарошечными долотами было установлено, что индекс анизотропии при бурении лопастными долотами отражал сильное влияние пород на приращение величины зенитного угла с ростом глубины скважины и был равен 0,0954, а при бурении шарошечными долотами - среднее влияние и был равен 0,035 безразмерных единиц. При перемножении указанных величин определяется коэффициент влияния типа долот на приращение величины зенитного угла с ростом глубины скважины, равный 0,00334. Этот коэффициент f проставляется в формулу для расчета траектории (профиля) вероятного естественного искривления скважины.

Проводятся некоторые подготовительные расчеты по известным формулам для формулирования исходных данных, приведения их в вид, удобный для обсуждаемого расчета:

1). По предложенным начальным условиям определяется масштабный коэффициент для перевода размерных данных в безразмерные

m = 19,5, m = ;

2). Нагрузка на долото в безразмерных единицах:

P^б_д^.е.= = = 10 б.е., где р - вес одного погонного метра нижней части бурильной колонны;

3). Поперечный зазор r

r = = 0.018 м;

4). Отношение масштабного коэффициента к зазору

= = 1083;

5). Определяются значения характеристических показателей для разных величин углов наклона скважины к вертикали с определенным шагом, например, через 1^о. В частности, для начального угла наклона скважины (угол на начало расчета) равен 4^о

= = 75.

Расчет траектории вероятного естественного искривления ствола скважины, когда износ ребер центратора допускается до основания (бурение без центраторов), начинается при следующих начальных данных:

1). D_д = 314 мм; 2). D_УБТ = 178 мм, роторное бурение;

3). Нагрузка на долото (оптимальная) по проекту Р_д^эфф. = 200 кН;

4). Угол падения пластов (в среднем на интервале расчета) _пл = 20^о;

5). Индекс буровой анизотропии, полученный в результате бурения сначала лопастным, а потом шарошечным долотом, средний h = 0,065;

6). Длина интервала, влияющего на естественное увеличение величины зенитного угла с ростом глубины скважины Н_контр = =1000 м;

7). Глубина начала расчета, начиная с которой начинается заметное приращение величины зенитного угла с ростом глубины скважины Н_скв ^нач = 1480 м;

8). Зенитный угол скважины на глубине 1480 м. На начало расчета _скв^нач = 4^о;

9). Общая (конечная) глубина скважины (глубина окончания расчета) 2800 м;

10) Радиус круга допуска по отходу от вертикали на глубине 2800 м, R_д = 85 м;

11). Проверяли расчетом допустимость планирования бурения данной скважины без центратора и устанавливали не выведет ли при этом естественное искривление забоя скважины на контрольной глубине, т..е. после проходки 1000 м с начала расчета за пределы круга допуска по отходу от вертикали (85 м), для чего вначале задавались первой величиной зенитного угла (4^о) и для него находили знаменатель формулы (1), т.е. l - расстояние от долота до 1-й точки касания в рассматриваемых условиях;

12). Находили отношение при рассматриваемых начальных условиях и отсюда определяли , т. к. = 4^о был известен на начало расчета, для того чтобы определить следующий элемент ф-лы (1), а именно разницы (-) ₌₄o , которая в данном случае равна 3,92^о - 4^о = - 0,08 или, умножив на 0,01744, получим в радианах (-) ₌₄o = -0,0014 рад.;

13). Определялся для названных начальных условий и угол . Более точно он может быть определен и по формуле

= ;

14). Находили первую разницу (-) ₌₄o = -0,0338 рад.;

15). На этом подготовительные работы заканчивались и начинался сам расчет;

16). Подставляли все значения для первого шага расчета по формуле (1)

= ,

= = =0,000075 или разделив на 0,01744 получим 0,0043 град,/м, т.к. здесь знаменатель был переведен из безразмерных величин в метры, определяли по ф-ле

= = = 0.00292 рад..

Этот угол из-за малости своей величины может быть заменен своей радиантной мерой;

17). Определяли для первого шага расчета сколько метров надо пройти для того, чтобы в условиях рассматриваемой задачи зенитный угол на обсуждаемой скважине возрос бы от начальной величины 4 до 5^о;

18). Для того чтобы осуществить расчет по п.17, повторяли весь расчет по предыдущим пунктам, приняв в начальных условиях зенитный угол не 4, а 5^о;

19). Полученный темп приращения кривизны до 5^о сравнивали с темпом приращения кривизны для 4^о и определяли среднее арифметическое, которое в условиях рассматриваемой задачи равнялось

=0.0062 град/м.

20). Определяли сколько метров надо пройти для того, чтобы зенитный угол на рассматриваемой скважине возрос бы от 4 до 5^о по формуле

s= = = 161.92 м;

21). Расчет по пп.1-21 повторяли для следующей пары зенитных углов, а именно 5 и 6^о, находили средний темп приращения величины зенитных углов с ростом глубины скважины в данном случае;

22). Пристраивали к участку одноплоскостного профиля (траектории) скважины, полученному по пп. 1-20, второй участок профиля при увеличении зенитного угла от 5 до 6^о и т.д.);

23). Путем повторения расчета по приведенной схеме выстраивали весь профиль естественно искривляющейся скважины вплоть до выхода его на угол стабилизации _ст, когда =, или до достижения глубины контрольного для расчета интервала Н_контр. = 1000 м, или, наконец, расчет останавливали раньше, если отход скважины от вертикали превышал допустимую величину R_д = 85 м.

24). В последнем случае возвращались снова к началу указанного расчета и принимали в начальных условиях ограничения по зазору r, т.е. вводили компоновку с центраторами.

Использование способа бурения вертикальных и естественно искривляющихся скважин позволяет повышать точность проходки, гарантируя от выхода за пределы круга допуска тем, что расчет ведется по формуле, в которой действие перемежаемости пород по крепости на искривление скважины при бурении без отклонителя и функции влияния типа долота на искривление скважины разделены за счет введения в формулу совершенно нового элемента, а именно коэффициента влияния типа долот на приращение величины зенитного угла с ростом глубины ствола скважины.