Физиология процесса бурения скважин

При бурении все скважины по различным причинам в той или иной мере отклоняются от первоначально заданного направления. Этот процесс называется искривлением. Непреднамеренное искривление называется естественным, а искривление скважин с помощью различных технологических и технических приемов - искусственным.

 

В процессе бурения направленной скважины необходимо знать положение каждой ее точки в пространстве. Для этого определяются координаты ее устья и параметры трассы, к которым относятся зенитный угол Q, азимут скважины a (рис. 7.1) и ее длина L.

Проекция оси скважины на вертикальную плоскость называется профилем, а на горизонтальную - планом.

При выполаживании скважины происходит увеличение зенитного угла (бурение с подъемом угла), а при выкручивании - уменьшение (бурение с падением угла). При искривлении скважины влево азимут ее уменьшается, а вправо - увеличивается.

Темп отклонения скважины от ее начального направления характеризуется интенсивностью искривления i, которая может быть определена как для зенитного iQ, так и азимутального ia искривления

где Qн и aн - соответственно начальные зенитный и азимутальный углы на определенном интервале скважины, град; Qк и aк - то же для конечных углов интервала, град; L - длина интервала скважины, м.

Если скважина искривляется с постоянной интенсивностью и только в апсидальной плоскости, то ее ось представляет собой дугу окружности радиусом R, величина которого может быть определена по формуле

j = arccos [cos Qн. cos Qк + sin Qн. sin Qк. cos(aк - aн)]

С достаточной степенью точности этот угол может быть определен по формуле М.М. Александрова

j = [DQ2 + (Da. sin Qср)2]0,5,

где DQ и Da - соответственно приращения зенитного и азимутального углов на интервале, град; Qср - средний зенитный угол интервала, град.

Интенсивность пространственного искривления ij определяется по формуле

где L - длина интервала, для которого определен угол пространственного искривления, м.

Величина ij не может быть больше интенсивности искривления для тех или иных средств направленного бурения. определяемых их технической характеристикой.

Кроме указанных величин направленные скважины характеризуются величиной отхода (смещения) S и глубиной по вертикали h. Отход - длина горизонтальной проекции прямой, соединяющей устье и забой скважины. Глубина по вертикали - длина вертикали, соединяющей устье с горизонтальной плоскостью, проходящей через забой скважины (рис. 7.1).

Отклонение скважин от проектного положения может происходить вследствие неправильного заложения оси скважины при забуривании или искривления в процессе бурения. В первом случае имеют место причины субъективного характера, которые могут быть легко устранены. Для этого необходимо обеспечить соосность фонаря вышки, проходного отверстия ротора и оси скважины; горизонтальность стола ротора, прямолинейности ведущей трубы, бурильных труб и УБТ согласно техническим условиям.

Во втором случае действуют объективные причины, связанные с неравномерным разрушением породы на забое скважины. Каждая из этих причин проявляется в виде сил и опрокидывающих моментов, действующих на породоразрушающий инструмент. Все эти силы и моменты могут быть приведены к одной равнодействующей и главному моменту. При этом возможны четыре случая.

Возникновение вышеуказанных сил и моментов, действующих на породоразрушающий инструмент, происходит из-за множества причин, не все из которых известны. Все они условно могут быть подразделены на три группы - геологические, технологические и технические.

7.1. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН

Анализ искривления скважин показывает, что оно подчиняется определенным закономерностям, но для разных месторождений они различны и могут существенно отличаться. Однако можно сформулировать следующие общие закономерности искривления.

1. В большинстве случаев скважины стремятся занять направление, перпендикулярное слоистости горных пород. По мере приближения к этому направлению интенсивность искривления снижается (рис. 7.4).

2. Уменьшение зазора между стенками скважины и инструментом приводит к уменьшению искривления.

3. Места установки центрирующих элементов и их диаметр весьма существенно влияют на направление и интенсивность зенитного искривления.

4. Увеличение жесткости инструмента уменьшает искривление скважины, поэтому скважины большего диаметра искривляются менее интенсивно, чем скважины малого диаметра.

5. Увеличение осевой нагрузки приводит к увеличению интенсивности искривления, а повышение частоты вращения колонны бурильных труб - к снижению искривления.

6. Направление и интенсивность азимутального искривления зависят от геологических факторов.

7. Абсолютная величина интенсивности азимутального искривления зависит от зенитного угла скважины. С его увеличением интенсивность азимутального искривления снижается.

7.2. ИЗМЕРЕНИЕ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН

В процессе бурения необходим постоянный контроль за положением оси скважины в пространстве. Только в этом случае можно построить геологический разрез и определить истинные глубины залегания продуктивных пластов, определить положение забоя скважины и обеспечить попадание его в заданную проектом точку. Для этого необходимо знать зенитные и азимутальные углы скважины и глубины их измерений. Такие замеры производятся с помощью специальных приборов, называемых инклинометрами.

По способу измерения и передачи информации на поверхность инклинометры подразделяются на забойные, производящие измерения и передачу информации в процессе бурения. автономные приборы, опускаемые внутрь колонны бурильных труб и выдающие информацию только после подъема инструмента, и инклинометры, опускаемые в скважину на кабеле или тросе.

Другие каналы связи пока не находят широкого применения.

Автономные инклинометры опускаются (бросаются) внутрь колонны бурильных труб и производят измерение зенитного угла и азимута в процессе бурения. но информация на поверхность не передается, а хранится в памяти прибора и считывается из нее после подъема колонны бурильных труб. Разрешающим сигналом для замера является, как правило, остановка процесса бурения. а при бурении инклинометр отключается. За один спуск инструмента может быть произведено до 50 замеров в зависимости от типа инклинометра.

Проектирование профилей наклонно направленных скважин заключается, во-первых, в выборе типа профиля, во-вторых, в определении интенсивности искривления на отдельных участках ствола, и, в-третьих, в расчете профиля, включающем расчет длин, глубин по вертикали и отходов по горизонтали для каждого интервала ствола и скважины в целом.

7.3. ТИПЫ ПРОФИЛЕЙ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ВЫБОРУ

Профиль наклонно направленной скважины выбирается так, чтобы при минимальных затратах средств и времени на ее проходку было обеспечено попадание скважины в заданную точку продуктивного пласта при допустимом отклонении.

Профили скважин классифицируют по количеству интервалов ствола. За интервал принимается участок скважины с неизменной интенсивностью искривления. По указанному признаку профили наклонно направленных скважин подразделяются на двух, трех, четырех, пяти и более интервальные. Кроме того, профили подразделяются на плоские - расположенные в одной вертикальной плоскости, и пространственные, представляющие собой пространственную кривую линию. Далее рассматриваются только плоские профили.

Редко применяемая на практике разновидность четырехинтервального профиля включает в себя четвертый интервал с малоинтенсивным увеличением зенитного угла (рис. 7.5, д), что обеспечивается применением специальных КНБК. Такая разновидность профиля дает достаточно большой отход скважины и вскрытие продуктивного пласта с зенитным углом скважины при входе в него равным 40-60О. Это позволяет увеличить приток нефти в скважину, однако реализация такого профиля технически затруднена.

При большой глубине скважины в четырехинтервальном типе профиля первой разновидности в конце четвертого интервала зенитный угол может уменьшиться до 0О, что при дальнейшем углублении скважины ведет к появлению пятого вертикального интервала (рис. 7.5, е).

В последнее время все большее распространение получает бурение скважин с горизонтальным участком ствола, что позволяет существенно повысить дебит скважин и нефтеотдачу пластов. В практике буровых работ США такие скважины по типу профиля делятся на четыре категории в зависимости от величины радиуса кривизны при переходе от вертикального участка к горизонтальному (большой, средний, малый и сверхмалый радиусы).

Интенсивность искривления при бурении со средним радиусом кривизны составляет от 2 до 6 град/10 м. Западными фирмами по такому типу профиля бурится подавляющее большинство скважин с горизонтальным участком ствола. Это обусловлено следующим:

- многие зоны осложнений могут быть разбурены вертикальным стволом и обсажены;

- точка забуривания искривленного ствола располагается ближе к точке вскрытия продуктивного горизонта, что повышает точность попадания в заданный круг допуска.

Однако проходка таких скважин требует специального инструмента, вписывающегося в принятый радиус кривизны.

Для получения сверхмалых радиусов кривизны (от нескольких сантиметров до 0,6 м) используются высоконапорные струи воды, с помощью которых создаются стволы диаметром 40 - 70 мм. Этот метод пока применяют только в экспериментальных целях.

Скважины с горизонтальным участком ствола, сооружаемые в Западной Сибири, имеют комбинированный профиль. До кровли продуктивного пласта скважина буриться с интенсивностью искривления до 2 град/10 м (большой радиус кривизны по американской классификации). Зенитный угол скважины доводится при этом до 60-65О. В продуктивном пласте интенсивность искривления ствола составляет 8-10 град/10 м, и зенитный угол доводится до 90О, а далее продолжается бурение горизонтального интервала длиной до 1000 м. Имеется опыт бурения таких скважин при радиусах кривизны 250-460 м.

7.4. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

Интенсивность искривления скважины при применении кривых переводников зависит от угла перекоса резьб, геометрических, жесткостных и весовых характеристик компоновки, режима бурения. фрезерующей способности долота, физико-механических свойств горных пород, зенитного угла скважины. Поэтому она колеблется в широких пределах от 1 д 6 град/10 м.

Ω = 57,3(2l1 - l2)(D - d)/ 2l12,

Величина l1 может быть определена из выражения

l1 = 23,9 [(D - d)/ i10]0,5,

где i10 - желаемая интенсивность искривления скважины, град/10 м.

Предельное значение величины l2, при которой не происходит прогиба турбобура, определяется по формуле

sin j = (d + 2h - D)/ 2.l1

7.5. БУРЕНИЕ СКВАЖИН С КУСТОВЫХ ПЛОЩАДОК

Однако широкое развитие кустового способа бурения потребовало разработки новых технологий направленного бурения. новых технических средств и оборудования.

7.8.1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И БУРЕНИЯ СКВАЖИН С КУСТОВЫХ ПЛОЩАДОК

Во вторую очередь - скважины, горизонтальные проекции которых образуют с НДС угол, равный 60-120О и 240-300О (II сектор), и вертикальные скважины. В последнюю очередь бурятся скважины, для которых указанный угол ограничен секторами 0-60О и 300-360О (III сектор), причем сначала скважины с меньшими зенитными углами.

Глубина зарезки наклонного ствола при бурении скважин I и II секторов для первой скважины принимается минимальной, а для последующих - увеличивается. Во II секторе допускается для последующих скважин глубину зарезки наклонного ствола уменьшать только в том случае, если разность в азимутах забуривания соседних скважин составляет 90О и более. Для скважин III сектора глубина зарезки наклонного ствола для очередной скважины принимается меньшей, чем для предыдущей.

Расстояние по вертикали между точками забуривания наклонного ствола для двух соседних скважин, согласно действующей инструкции [4], должно быть не менее 30 м, если разность в проектных азимутах стволов составляет менее 10О; не менее 20 м, если разность азимутов 10-20О; и не менее 10 м во всех остальных случаях.

Непосредственно в процессе бурения для предотвращения пересечения стволов необходимо обеспечить вертикальность верхней части ствола. Даже небольшое искривление в 1-2О на этом участке, особенно в направлении движения станка, может привести к пересечению стволов. Для предотвращения искривления необходимо проверить центровку буровой вышки, горизонтальность стола ротора, прямолинейность всех элементов КНБК, соосность резьб.

В процессе бурения на план куста необходимо наносить горизонтальные проекции всех скважин. Однако истинное положение ствола может отличаться от расчетного. Это объясняется погрешностями при измерениях параметров искривления и ошибками графических построений. Поэтому зона вокруг ствола скважины с некоторым радиусом r, равным среднеквадратической ошибке в определении положения забоя, считается опасной с точки зрения пересечения стволов. Величина этого радиуса с достаточной степенью точности может быть принята равной 1,5 % текущей глубины скважины за вычетом вертикального участка, но не менее 1,5 м. Если в процессе бурения соприкасаются опасные зоны двух скважин, то необходимо замеры параметров искривления производить через 25 м проходки двумя инклинометрами и применять лопастные долота, что снижает вероятность повреждения обсадной колонны в ранее пробуренной скважине. Чаще же, как показывает практика, пересечение стволов возникает из-за неточностей в ориентировании и несвоевременных замерах параметров искривления.

 

Случайные материалы категории Бурение скважин

Копка траншеи и ямы для колодца с бурением под дорогой

Копка траншеи и ямы для колодца с бурением под дорогой

Физически трудоёмкая и тяжёлая работа – это копка глубокой траншеи и ямы под колодец. Копка для мелкозаглубленного фундамента гораздо легче, т.к. грунт мягкий по сравнению с запрессованной глиной, которую ещё необходимо выкинуть из глубокой траншеи, где к тому же не развернуться толком. На копку траншеи от основного колодца до дороги на...

Подробнее

Что такое абиссинская скважина. Технология бурения абиссинских скважин

Что такое абиссинская скважина. Технология бурения абиссинских скважин

На данный момент есть несколько видов подачи воды на участке: - центральная труба подачи воды (городское водоснабжение). Все они имеют свои технические характеристики и могут применяться не на всех участках. Все зависит от типа грунта и от уровня расположения подземного колодца. Самой популярной на данный момент считается абиссинская игла-скважина.

Подробнее

Бурильные установки

Бурильные установки

Под буровой установкой понимают комплекс наземного оборудования, который необходим для выполнения по проводке скважины операций. В составе буровой установки находятся: буровая вышка, оборудования для операций по спуску (подъему), подвышечное основание, основной двигатель, противовыбросовое оборудование, буровой насос.Буровая вышка – прочная, высокая конструкция над скважиной для подъема (спуска) забойных двигателей, бурового инструмента...

Подробнее

Как сделать буровую установку своими руками

Как сделать буровую установку своими руками

Почти перед каждым владельцем загородного дома рано или поздно станет вопрос о водоснабжении. И самодельная буровая установка сейчас вполне реальный и даже выгодный альтернативный вариант услуг профессионалов. На данный момент стоимость работ по бурению (варьируется в зависимости от сложности грунта) может составлять до 200$ за метр, и если вам необходима скважина...

Подробнее

Как пробурить скважину своими руками? Обзор трех способов бурения

Как пробурить скважину своими руками? Обзор трех способов бурения

Как пробурить скважину своими руками? Если вы приняли обдуманное решение обеспечить свой загородный участок водой, то лучше всего использовать скважины. Скважины можно бурить своими силами и, если вы намерены сделать это, то вам пригодится эта статья. Но лучше установку системы водоснабжения стоит доверить специалистам, ведь она требует немалого опыта и знаний.

Подробнее

Построить колодец своими руками

Построить колодец своими руками

Как поступить, если вам достался участок, находящийся вдалеке от водопровода, к которому можно было бы подключиться? Или вас поставили перед другой ситуацией: водопровод есть, но воду в него подают раз в неделю и этого недостаточно даже для полива, не то, что для питья или стирки. Не спешите продавать или каким-то...

Подробнее

Как определить уровень грунтовых вод на участке

Как определить уровень грунтовых вод на участке

Грунтовые воды — одна из разновидностей подземных вод. Они находятся в первом от поверхности земли слое грунта, способного пропускать поверхностную воду и накапливать её в порах между частицами почвы. О грунтовых водах более подробно можно прочитать в публикации Колодцы и скважины: какие бывают водоносные слои.

Подробнее

Бурение скважин весной

Бурение скважин весной

Вот и наступила весна, сугробы растаяли и набухли почки. Нужно готовиться к огородному сезону. Но ведь огурцы и помидоры не вырастить без воды, а значит, требуется бурение скважины. А можно ли заниматься такой работой весной? Какие у этого могут быть преимущества, а какие недостатки?  

Подробнее

Скважина на участке

Скважина на участке

Скважина на участке для многих владельцев загородных домов является одним из оптимальных способов обеспечения потребностей своей семьи в питьевой воде. Но, решая сделать скважину на своем участке, необходимо понимать, что скважина это не просто труба с водой, это довольно сложное техническое сооружение, которое требует привлечение специалистов для создания скважины, которая...

Подробнее

Технология бурения скважины на песок своими руками

Технология бурения скважины на песок своими руками

Ничто так не осложняет жизнь дачника, как отсутствие большого количества воды. В теплое время года, во время дачного ажиотажа, особенно чувствуется ее дефицит: она необходима для душа и бассейна, для полива огорода и сада, просто для того, чтобы приготовить обед или постирать. Привычный колодец, а еще лучше — глубокая скважина...

Подробнее

Подбор скважинного насоса для водоснабжения частного дома и дачи

Подбор скважинного насоса для водоснабжения частного дома и дачи

Какой насос лучше для скважины при организации водоснабжения частного дома? Главный параметр скважинного насоса — его расходо-напорные характеристики. Расход характеризует количество перекачиваемой воды, напор определяет высоту, на которую он поднимет воду. Тип и мощность насоса выбирается в зависимости от значения динамического и статического уровней, дебита скважины и необходимого заказчику количества...

Подробнее

Бурение скважин. Часто задаваемые вопросы

Бурение скважин. Часто задаваемые вопросы

Наши специалисты возьмут на себя решение всего комплекса задач: геофизические исследования, определение наилучшего места для закладки скважины. буровые работы, прокладка труб. Наша компания осуществляет бурение скважин на воду в Москве и Московской области при любых погодных условиях, в сжатые сроки, БЕЗ ВЫХОДНЫХ.

Подробнее

Бурение скважин для ручного насоса

Бурение скважин для ручного насоса

На большинстве загородных участков отсутствует центральное водоснабжение, поэтому, чтобы обеспечить себя водой для питья и хозяйственных нужд, нужно сооружать колодец или бурить скважину. После решения этой проблемы возникает другой вопрос: как поднять воду из глубины сооружения? С колодцем все более или менее понятно – в крайнем случае можно достать воду...

Подробнее

Физиология процесса бурения скважин

Физиология процесса бурения скважин

При бурении все скважины по различным причинам в той или иной мере отклоняются от первоначально заданного направления. Этот процесс называется искривлением. Непреднамеренное искривление называется естественным, а искривление скважин с помощью различных технологических и технических приемов - искусственным.

Подробнее

Выбор технологии бурения скважины

Выбор технологии бурения скважины

В виду отсутствия на участке централизованного водоснабжения, индивидуальная скважина – это наиболее эффективный и надежный способ получения качественной воды для различных нужд, в том числе и для питья. Если перед вами стоит необходимость бурения скважины, прежде всего вы должны решить: какой технологией бурения воспользоваться. Наша компания осуществляет не только качественное бурение...

Подробнее

Подбор проектов

Цена
Этажей