Профиль горизонтальной скважины

Профиль горизонтальной скважины состоит из направляющей части и горизонтального участка. Направляющая часть профиля горизонтальной скважины может включать вертикальный участок, участок начального искривления, тангенциальный участок и участок увеличения зенитного угла или состоять только из вертикального участка и участка увеличения зенитного угла.

Горизонтальный участок может быть выполнен в виде восходящей или нисходящей дуги окружности, т.е. быть вогнутым или выпуклым, а также прямолинейным или волнообразным. Горизонтальный участок в зависимости от угла падения продуктивного пласта может быть расположен под любым заданным углом к вертикали, в том числе и под углом 90°.

Направляющая часть профиля горизонтальной скважины и ее горизонтальный участок могут рассчитываться отдельно. Однако они должны быть сопряжены друг с другом.

Назначение направляющей части профиля горизонтальной скважины заключается в выведении ствола под определенным углом в точку продуктивного пласта с заданными координатами. Поэтому при расчете этой части профиля горизонтальной скважины кроме проектной глубины и отклонения ствола скважины от вертикали необходимо задавать значение зенитного угла на проектной глубине. Кроме того, как правило, задается радиус кривизны участка увеличения зенитного угла скважины.

При дальнейшем изложении приняты следующие условные обозначения (рис.5.10).

• Н - проектная глубина направляющей части профиля скважины (глубина начала горизонтального участка);
• А - проектное смещение профиля скважины на проектной глубине;
• θ - зенитный угол на проектной глубине (угол входа ствола скважины в продуктивный пласт);
• Н_в - длина вертикального участка;
• L - длина тангенциального участка направляющей части профиля;
• Н_r - глубина в конце горизонтального участка;
• А_r - смещение скважины в конце горизонтального участка;
• θ_r - зенитный угол в конце горизонтального участка;
• L_r - длина горизонтального участка;
• S_п - протяженность горизонтального участка;
• γ₁ - угол охвата первого интервала волнообразного горизонтального участка;
• Т - предельное смещение горизонтального участка в поперечном направлении;
• T₁, T₂ - предельное смещение двухинтервального горизонтального участка в поперечном направлении вверх и вниз соответственно;
• θ_i - зенитный угол в конце i-гo участка профиля;
• R_r - радиус кривизны горизонтального участка.
• R_r1, R_r2 - радиус кривизны первого и второго интервалов волнообразного горизонтального участка соответственно.

Рис. 5.10. Профили горизонтальных скважин

Методика расчета направляющей части профиля горизонтальной скважины основана на решении системы уравнений проекций участков профиля на вертикальную и горизонтальную оси. При этом расчет профиля горизонтальной скважины сводится к определению длины вертикального участка и радиуса кривизны одного из участков или длины тангенциального участка, если он имеется, при заданных остальных параметрах профиля (см. рис. 5.10).

Профиль типа 1. Исходные данные для расчета: Н, А, θ:

                (5.19)

                  (5.20)

Профиль типа 2. Исходные данные для расчета: Н, А, θ, θ₁, R₁:

Н_в=Н-R₁ sinθ-R₂ (sinθ-sinθ₁)     (5.21)

где

                (5.22)

Профиль типа 3. Исходные данные для расчета: Н, А, θ, θ₁, R₃:

Н_в=Н-R₁sinθ₁-R₃W₁-Lcosθ₁       (5.23)

                (5.24)

где W₁ = sinθ -sinθ₁; V₁=cosθ₁-cosθ

Профиль типа 4. Исходные данные для расчета Н, А, θ, θ₁, R₃, θ₃:

Н_в=Н-R₁ sinθ₁-R₃W₂-R₄W₃         (5.25)

где W₂=sinθ₃-sinθ₁; W₃=sinθ-sinθ₃

         (5.26)

V₂ = cosθ₁-cosθ₃; V₃ = cosθ₃ - cosθ

Профиль типа 5. Исходные данные для расчета: Н, А, θ, θ₁, R₁, R₂, θ₂:

Нв=Н-R1 sinθ1₁-R₂W₄-R₃W₅             (5.27)

где W₄ = sinθ₂ - sinθ₁; W₅ = sinθ — sinθ₂.

                    (5.28)

V₄=cosθ₁-cosθ₂; V₅=cosθ₂-cosθ

Вертикальную и горизонтальную проекцию, а также длину каждого участка профиля можно рассчитать с использованием известных формул, приведенных в табл. 5.3.

Методика расчета профиля горизонтального участка скважины учитывает прежде всего цель строительства горизонтальной скважины, которая заключается в продольном вскрытии продуктивной части нефтегазосодержащего пласта. Поэтому геометрия горизонтального участка должна соответствовать форме той части пласта, где предполагается расположить горизонтальный участок.

Другими словами, горизонтальный участок должен располагаться вдоль продуктивной части пласта и не выходить за границы его нефтегазасодержащей части.

Таким образом, основные параметры, определяющие геометрию горизонтального участка, следующие:

• θ - зенитный угол в начале горизонтального участка или направляющий угол;
• S_п - протяженность горизонтального участка по пласту, т.е. длина проекции горичонтального участка на касательную к началу горизонтального участка;
• Т₁, Т₂ - предельные отклонения горизонтального участка в поперечном направлении.

Прямолинейный горизонтальный участок (рис.5.11,а):

вертикальная проекция

H_г=s_пcosθ + H;        (5.29)

горизонтальная проекция

А_г = s_пsinθ + А.       (5.30)

Горизонтальный участок в виде дуги окружности (рис.5.11, б,в): радиус горизонтального участка

R_г=(s_п2 + T₂)/2T;       (5.31)

вертикальная проекция

H_г = s_пcosα± Tsinα + Н;             (5.32)

горизонтальная проекция

А_г =s_пsinα ± Tcosα + А;            (5.33)

зенитный угол в конце горизонтального участка

θ_τ= θ ± arcsin(s_π/R_r);            (5.34)

длина горизонтального участка.

        (5.35)

В формулах (5.14)-(5.17) знак «плюс» соответствует вогнутой дуге окружности, а минус - выпуклой.

Волнообразный горизонтальный участок (рис. 5.11, г): радиус кривизны второго интервала горизонтального участка

R_r2=(-M-P)/2T₂²      (5.36)

где

М = ВТ₂-2s²_п(Т₁+T₂);                  (5.37)

                                  (5.38)

В=s²_п-(Т₁+T₂)2+Т₁²-2Т₁R_r1         (5.39)

Q=s²_п(Т₁+T₂)²+В²/4                      (5.40)

Вертикальная проекция

Н_г = s_пcosθ + T₂sinθ + H;               (5.41)

горизонтальная проекция

А_г = s_π sinθ - Т₂ cosθ + А.           (5.42)

Длина проекции первого интервала горизонтального участка на касательную в его начальной точке

                          (5.43)

угол охвата интервала с радиусом R_г1

                        (5.44)

зенитный угол в конце горизонтального

                   (5.45)

Рис. 5.11. Виды горизонтального участка скважины

Зная зенитные углы по концам каждого интервала волнообразного горизонтального участка, а также радиус кривизны, можно по формуле (5.35) рассчитать его длину.

Расчет параметров проектного профиля горизонтальной скважины осуществляется с помощью программы «Горизонт», разработанной во ВНИИБТ.

Программой предусмотрен расчет пяти видов профиля горизонтальной скважины. Горизонтальный участок может быть выполнен в виде восходящей или нисходящей дуги окружности, прямолинейным или волнообразным.

Проектной глубиной горизонтальной скважины является глубина нижней точки направляющей части профиля (рис. 5.12).

Рис.5.12. Направляющая часть профиля горизонтальной скважины