Прогнозирование
Цели
После изучения данного раздела обучающийся должен уметь следующее:
| 1. | Объяснить важность анализа текущих тенденций поведения инструмента при наклонно-направленном бурении для прогнозирования траектории скважины. |
| 2. | Выполнять простые расчеты вручную для прогнозирования траектории скважины в двух измерениях: вертикальной или горизонтальной плоскости. |
| 3. | Выполнять простые проекционные измерения на плане скважины с использованием транспортира и нити. |
| 4. | Выполнять простые измерения для проецирования траектории скважины по дуге в вертикальной плоскости. |
Раздел 
Прогнозирование
| Введение | |||
| Одной из основных задач при бурении наклонно-направленных скважин является прогнозирование траектории скважины по мере ее выполнения. Иными словами, необходимо не только определять текущее местоположение забоя скважины, но также рассчитывать темп изменения зенитного угла и азимута при использовании каждой компоновки и экстраполировать полученные значения для проверки того, что скважина выбуривается по верной траектории к проектному забою. При отклонении скважины от заданной траектории могут производиться корректирующие рейсы. Для точного прогнозирования траектории скважины в трех измерениях необходимо использовать ЭВМ или программируемый калькулятор. Компьютерные программы прогнозирования траектории скважины, как правило, выполняют расчеты, основанные на модели минимальной кривизны и методах итерации. В ПО EC*TRAKимеется несколько функций прогнозирования. Данные функции описаны в руководствах по ПО EC*TRAK. При отсутствии ЭВМ возможен упрощенный подход к решению данной задачи при условии, что расчеты ограничены вертикальной, либо горизонтальной проекцией скважины. Иными словами, данный подход является, в принципе, двухмерным. Следует отметить, что результаты упрощенных расчетов, описанных ниже в данном разделе, для поворотов ствола в трех измерениях будут иметь очень большую погрешность. | |||
| 10.1 | Прогнозирование горизонтальной проекции скважины | ||
| При использовании данного метода, в первую очередь, необходимо определить текущие координаты и азимут забоя скважины и степень бокового отклонения либо отклонения азимута, свойственную используемой роторной компоновке. Степень отклонения зенитного угла или азимута можно легко рассчитать по следующей формуле: | |||
| Текущая степень отклонения (°/100 футов) = | общее изменение азимута ´ 100 | , | |
| длина пробуренного участка | |||
| где величины общего изменения азимута и длины пробуренного участка должны указываться для используемой в настоящее время компоновки. Понятие «текущая степень отклонения» может быть заменено на понятие «текущее боковое смещение». |
| Рис. 10-1 | |||||||||||||||||||||||||
| Требуемое общее отклонение = 2z, | |||||||||||||||||||||||||
| где Z — угол (в градусах) между текущим направлением и направлением к проектному забою от текущей точки забоя скважины. | |||||||||||||||||||||||||
| Требуемая степень отклонения (°/100 футов) = | требуемое общее отклонение ´ 100 | , | |||||||||||||||||||||||
| ИГ до проектного забоя | |||||||||||||||||||||||||
| Понятие «требуемая степень отклонения» может быть заменено на понятие «требуемое боковое смещение». ИГ представляет собой измеренную глубину (т. е. глубину, измеренную по стволу). ИГ до проектного забоя может быть оценена только приблизительно. ИГ может представлять собой ориентировочное значение глубины до следующей точки установки обсадной колонны или проектного забоя. При выполнении участка набора кривизны можно приближенно рассчитать данное значение путем измерения отхода ствола от вертикали и вертикальной глубины до проектного забоя с последующим определением длины гипотенузы прямоугольного треугольника. | |||||||||||||||||||||||||
| Ожидаемое общее отклонение (в градусах) | = | текущая степень отклонения ´ ИГ до проектного забоя | |||||||||||||||||||||||
| Величина ожидаемого общего отклонения должна сравниваться с величиной требуемого общего отклонения для принятия решения о продолжении бурения с той же компоновкой или необходимости ее замены. Если существует вероятность того, что скважина не достигнет цели, необходимо принять решение о выполнении корректирующего рейса. При использовании управляемой системы достаточно будет просто выполнить интервал в режиме направленного бурения. При бурении скважины с использованием традиционной компоновки потребуется выполнить корректирующий рейс с применением двигателя и кривого переводника. Нижеприведенная формула используется для приблизительного расчета угла поворота (изменение азимута), который необходимо обеспечить при корректирующем рейсе при условии, что длина корректирующего рейса мала по сравнению с расстоянием до проектного забоя. | |||||||||||||||||||||||||
| Требуемый угол поворота компоновки (в градусах) = Z ± | ожидаемое отклонение | , | |||||||||||||||||||||||
| где Z — угол (в градусах) между текущим направлением и направлением к проектному забою от текущей точки забоя скважины. Если ожидаемое отклонение соответствует направлению требуемого поворота (т. е. вправо или влево), то член уравнения «ожидаемое отклонение/2» отнимается от Z. Но если ожидаемое отклонение не соответствует направлению требуемого поворота, то данные члены складываются. | |||||||||||||||||||||||||
| Пример | |||||||||||||||||||||||||
| Интервал с глубины 2 475 футов ИГ до 4 255 футов ИГ выполнен стабилизированной компоновкой. На данном интервале азимут изменился с 62° до 68°. Угол от текущего забоя до направления к проектному забою составляет 56°. Согласно вертикальной проекции при выдерживании данного угла отклонения скважина достигнет проектного забоя. Ориентировочная глубина проектного забоя составляет 9 000 футов ИГ. Необходимо рассчитать: a. текущую степень отклонения; b. требуемое общее отклонение для достижения проектного забоя; c. требуемую степень отклонения; d. ожидаемое отклонение при использовании стабилизированной компоновки; e. требуемый угол поворота при выполнении корректирующего рейса. | |||||||||||||||||||||||||
| a. Текущая степень отклонения = | общее изменение азимута ´ 100 | , | |||||||||||||||||||||||
| длина пробуренного участка | |||||||||||||||||||||||||
| \ Текущая степень отклонения = | (68° – 62°) ´ 100 | ||||||||||||||||||||||||
| 4 255 футов – 2 475 футов | |||||||||||||||||||||||||
| = 0,34°/100 футов вправо | |||||||||||||||||||||||||
| b. Требуемое общее отклонение для достижения проектного забоя = 2Z \ требуемое общее отклонение = 2 ´ (68° – 56°) = 24° влево | |||||||||||||||||||||||||
| c. Требуемая степень отклонения = | требуемое общее отклонение ´ 100 | ||||||||||||||||||||||||
| ИГ до проектного забоя | |||||||||||||||||||||||||
| \ Требуемая степень отклонения = | 24° ´ 100 | ||||||||||||||||||||||||
| 9 000 футов – 4 255 футов | |||||||||||||||||||||||||
| = 0,51°/100 футов влево | |||||||||||||||||||||||||
| d. Ожидаемое отклонение = | текущая степень отклонения ´ ИГ до проектного забоя | ||||||||||||||||||||||||
| \ Ожидаемое отклонение = | 0,34° ´(9 000 футов – 4 255 футов) | ||||||||||||||||||||||||
| = 16° вправо | |||||||||||||||||||||||||
| e. Требуемый угол поворота при выполнении корректирующего рейса = Z + | ожидаемое отклонение | ||||||||||||||||||||||||
| \ Требуемый угол поворота = 12° + | 16° | ||||||||||||||||||||||||
| 2 влево | |||||||||||||||||||||||||
| = 20° влево. | |||||||||||||||||||||||||
| 10.1.1 | Упражнения | ||||||||||||||||||||||||
| В случае выражения глубин в метрах степень отклонения должна быть выражена в °/30 м, а в соответствующей формуле 30 заменяется на 100. 1. Текущая ИГ составляет 7 650 фунтов. Результаты последней инклинометрии составили: зенитный угол 47°, азимут 020,5°. Направление от текущего забоя до проектного забоя: С30°В. Фактическая глубина проектного забоя составляет ориентировочно 13 785 футов ИГ. Оставшуюся часть скважины планируется выполнить с использованием стабилизированной роторной компоновки. Ожидаемая степень отклонения составляет 0,084°/100 футов вправо. Необходимо рассчитать: | |||||||||||||||||||||||||
| Требуемое общее отклонение = | |||||||||||||||||||||||||
| Требуемая степень отклонения = | |||||||||||||||||||||||||
| Ожидаемое отклонение при использовании роторных компоновок = | |||||||||||||||||||||||||
| Требуемый угол поворота при использовании забойного двигателя с кривым переводником = | |||||||||||||||||||||||||
| 2. Скважина выполнена до глубины 2 450 м ИГ, пробуривается участок ствола диаметром 12‑1/4 дюйма. Текущий азимут составляет 124,5°, при этом угол от текущего положения забоя до точки установки обсадной колонны диаметром 9-5/8 дюйма составляет 115°. Планируется использовать компоновку для плавного спада угла отклонения, темп отклонения которой при выполнении предыдущей скважины в данном районе и в такой же породе составлял 0,2°/30 м вправо. Таким образом, для поворота ствола влево необходимо выполнить корректирующий рейс с использованием двигателя с кривым переводником. Ориентировочная глубина точки установки обсадной колонны диаметром 9‑5/8 дюйма составляет 3 250 м ИГ. Необходимо рассчитать: | |||||||||||||||||||||||||
| Требуемое общее отклонение = | |||||||||||||||||||||||||
| Требуемая степень отклонения = | |||||||||||||||||||||||||
| Ожидаемое отклонение при использовании роторной компоновки = | |||||||||||||||||||||||||
| Требуемый угол поворота при использовании забойного двигателя с кривым переводником = | |||||||||||||||||||||||||
| 3. Результаты последней инклинометрии на глубине 5 600 футов ИГ составили: зенитный угол 23,5°, азимут 225,0°. Темп отклонения роторной компоновки составляет 0,5°/100 футов вправо. a. Сколько составит ожидаемое общее отклонение при продолжении бурения скважины с использованием этой же КНБК до глубины 8 200 м ИГ? Угол, измеренный от текущего забоя до направления на проектный забой транспортиром на горизонтальном плане, составляет 239,5°. b. На сколько градусов необходимо выполнить поворот ствола при корректирующем рейсе? | |||||||||||||||||||||||||
| 10.2 | Прогнозирование вертикальной проекции скважины | ||||||||||||||||||||||||
| Прогнозирование траектории скважины может аналогичным образом производиться и в вертикальной плоскости. Данный метод позволяет получить более точные результаты, если в горизонтальной плоскости траектория скважина направлена к проектному забою, а азимут если и меняется, то с малой интенсивностью. Иными словами, данный подход также является двухмерным. Угол отклонения от вертикали (зенитный угол), необходимый для достижения проектного забоя из текущей точки, может быть просто измерен транспортиром на вертикальном плане скважины. При проецировании траектории скважины на вертикальный план следует помнить, что данная плоскость в целом не параллельна вертикальной плоскости скважины на ее любом конкретном участке. Это означает, что для выполнения измерений транспортиром или проецирования траектории скважины на план, угол отклонения от вертикали должен быть, строго говоря, пересчитан по следующей формуле: Зенитный угол на проекции = arctan [tan (фактический угол отклонения) ´ cos (DD)], где DD — угол между азимутом ствола и азимутом вертикального разреза. При разнице азимутов менее 10°, что является типичным случаем, зенитный угол на проекции будет практически соответствовать фактическому зенитному углу. В ином случае зенитный угол, необходимый для достижения проектного забоя, может рассчитываться следующим образом: | |||||||||||||||||||||||||
| Требуемый зенитный угол = arctan | 
| расстояние до проектного забоя в горизонтальной проекции | 
| ||||||||||||||||||||||
| DФВГ | |||||||||||||||||||||||||
| Расстояние до проектного забоя в горизонтальной проекции = | |||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||
| DФВГ = ФВГ проектного забоя – текущая ФВГ. | |||||||||||||||||||||||||
Требуемый темп набора/спада кривизны = 2 (I2 – l1)
| Рис. 10-2 | |||||||||||||||||||||||||||
| 06/92 | |||||||||||||||||||||||||||
| Текущий темп набора/спада кривизны= | изменение зенитного угла ´ 100 | , | |||||||||||||||||||||||||
| длина пробуренного участка | |||||||||||||||||||||||||||
| (°/l00 футов) Примечание: Отрицательная величина указывает на спад кривизны. | |||||||||||||||||||||||||||
| Требуемый темп набора/спада кривизны = | 2 (I2 – l1) ´ 100 | ||||||||||||||||||||||||||
| ИГ до проектного забоя | |||||||||||||||||||||||||||
| (°/100 футов) Угол отклонения (зенитный угол) на проектном забое = I1 + 2 (I2 – I1), где I1 — текущий зенитный угол, а I2 — зенитный угол к проектному забою в текущей точке. | |||||||||||||||||||||||||||
| Ожидаемый темп набора/спада кривизны | = | текущий темп набора/спада кривизны ´ ИГ до проектного забоя | |||||||||||||||||||||||||
| (в градусах) | |||||||||||||||||||||||||||
| Пример Результаты последней инклинометрии на глубине 7 340 футов ИГ составили: зенитный угол 44,5°, азимут 137,3°. Траектория скважины в горизонтальной проекции направлена к проектному забою, но зенитный угол к проектному забою в текущей точке составляет 36,5°. При бурении последнего интервала длиной 800 футов ИГ зенитный угол был уменьшен с 46,5° до 44,5°. Ориентировочная глубина проектного забоя составляет 9 500 футов ИГ. | |||||||||||||||||||||||||||
| Текущий темп спада зенитного угла = | изменение зенитного угла ´ 100 | ||||||||||||||||||||||||||
| длина пробуренного участка | |||||||||||||||||||||||||||
| \ Текущий темп спада зенитного угла = | 2,0° ´ 100 футов | ||||||||||||||||||||||||||
| = 0,25°/100 футов | |||||||||||||||||||||||||||
| Ожидаемый общий спад зенитного угла = | текущий темп спада зенитного угла ´ ИГ до проектного забоя | ||||||||||||||||||||||||||
| \ Ожидаемый спад = | 0,25° ´ (9 500 – 7 340) | ||||||||||||||||||||||||||
| = 5,4° | |||||||||||||||||||||||||||
| Требуемый общий спад = 2 ´ (44,5° – 36,5°) = 16° | |||||||||||||||||||||||||||
| Требуемая степень спада зенитного угла (°/l00 футов) = | требуемый общий спад ´ 100 | ||||||||||||||||||||||||||
| ИГ до проектного забоя | |||||||||||||||||||||||||||
| \ Требуемый темп спада = | 16° ´ 100 | ||||||||||||||||||||||||||
| 9 500 футов – 7 340 футов | |||||||||||||||||||||||||||
| = 0,74°/100 футов | |||||||||||||||||||||||||||
Таким образом, потребуется сменить КНБК на компоновку, обеспечиваемую темп спада зенитного угла около 3/4°/100 футов. В ином случае, при использовании управляемой компоновки в режиме роторного бурения необходимо выполнить короткий интервал с траекторией спада зенитного угла.
Требуемый спад угла в режиме направленного бурения = (I2 – I1) —  ,
где I1 — текущий зенитный угол, I2 — зенитный угол к проектному забою.
\ Требуемый спад угла в режиме направленного бурения = 
= 5,3°
Результат последнего расчета является ориентировочным и действителен, только если длина интервала, который необходимо выполнить в режиме направленного бурения, мала по сравнению с оставшимся расстоянием до проектного забоя.
| |||||||||||||||||||||||||||
| 10.2.1 | Упражнение | ||||||||||||||||||||||||||
| Ниже представлены результаты последней инклинометрии: | |||||||||||||||||||||||||||
| Результаты инклинометрии | |||||||||||||||||||||||||||
| ИГ | Угол отклонения от вертикали (Зенитный угол) | Азимут | ФВГ | Расстояние на север | Расстояние на восток | ||||||||||||||||||||||
| 10 450 футов | 44,3° | 58,5° | 8 620 футов | 3 780 футов | 4 045 футов | ||||||||||||||||||||||
| Координаты проектного забоя: | |||||||||||||||||||||||||||
| ФВГ | Расстояние на север | Расстояние на восток | |||||||||||||||||||||||||
| 10 000 футов | 4 620 футов | 5 471 футов | |||||||||||||||||||||||||
| Бурение производится с использованием управляемого забойного двигателя NorTrak в роторном режиме. При выполнении последнего интервала с 8 783 футов ИГ до 10 450 футов ИГ зенитный угол был уменьшен с 47,5° до 44,3°. Необходимо рассчитать: a. расстояние до проектного забоя в горизонтальной проекции; b. зенитный угол к проектному забою в текущей точке; c. требуемый общий угол набора или спада кривизны для достижения проектного забоя; d. требуемый темп набора или спада кривизны для достижения проектного забоя; e. угол набора или спада кривизны, который необходимо обеспечить на следующем интервале, выполняемом в режиме направленного бурения. | |||||||||||||||||||||||||||
| 10.3 | Проецирование траектории скважины по дуге в вертикальной плоскости | ||||||||||||||||||||||||||
| При использовании управляемой системы, системы с фиксированным углом набора кривизны или забойного двигателя с кривым переводником для набора или уменьшения угла отклонения в одной вертикальной плоскости (без изменения азимута) для прогнозирования криволинейной траектории могут использоваться следующие формулы. Принимается, что выполняемая кривая соответствует дуге окружности. | |||||||||||||||||||||||||||
| Рис. 10-3 | ||||||||||
Радиус кривизны (в футах) =  Радиус кривизны (в метрах) = 
где BUR — интенсивность набора/спада кривизны, выраженная в °/100 футов или °/30 м ИГ.
Глубина в футах
Глубина в метрах
где I1 и I2 — зенитные углы в градусах.
Следует отметить, вышеприведенные формулы могут быть выражены для определения I2 по DИГ, DФВГ или Dотклонений.
| ||||||||||
| 10.3.1 | Дополнительные упражнения по прогнозированию | |||||||||
| 1. Для бурения интервала с 2 040 м ИГ до 3 440 м ИГ использовалась стабилизированная компоновка. На данном интервале азимут изменился с 126,5° до 131,1°. Результаты инклинометрии на глубине 3 440 м ИГ составили: | ||||||||||
| ИГ | Угол отклонения от вертикали (Зенитный угол) | Азимут | ФВГ | Расстояние на юг | Расстояние на восток | |||||
| 35,0° | 131,1° | |||||||||
| Координаты проектного забоя: | ||||||||||
| ФВГ | Расстояние на юг | Расстояние на восток | ||||||||
| Фактическая глубина составляет ориентировочно 4 790 м. Необходимо рассчитать: a. угол от текущего забоя до направления к проектному забою; b. требуемый зенитный угол для достижения проектного забоя; c. текущее боковое отклонение (т. е. темп отклонения на интервале с 2 040 м до 3 440 м ИГ); d. требуемое общее отклонение инструмента в горизонтальной плоскости для достижения проектного забоя; e. боковое отклонение, т. е. ТЕМП отклонения, необходимый для достижения проектного забоя; f. ОЖИДАЕМОЕ общее отклонение; g. требуемый угол поворота при выполнении корректирующего рейса. | ||||||||||
Дополнительные упражнения по прогнозированию
