Викривлення свердловин і направлене буріння
При бурінні свердловини проектуються вертикальними або похилими. Похилими вважаються свердловини, відхилення яких від вертикалі становить: понад 2ordm- при колонкового буріння і більш 6ordm- - при глибокому бурінні свердловин.
Зміст
Відхилення свердловини від вертикалі може викликатися природними умовами або штучно.
Природне викривлення обумовлюється рядом причин (геологічних, технічних, технологічних), знаючи які, можна управляти положенням свердловини в просторі.
Під штучним викривленням свердловин розуміють будь-примусове їх викривлення. Похилі свердловини, напрямок яких в процесі буріння строго контролюється, називають похило спрямованими.
Похило спрямовані свердловини поділяють на одно- і багатозабійного. При багатозабійного бурінні з основного, вертикального або похилого стовбура проходиться додатково один або кілька стовбурів.
ПРИЧИНИ природному викривлення свердловин
Вплив геологічних умов в основному зводиться до того, що при бурінні в породах, різних за фізико-механічними властивостями, що визначає їх Бурим, швидкість руйнування пересічних порід в окремих точках забою різна.
Геологічні причини за ступенем прояву та важливості зазвичай розглядають в наступному порядку:
1) вплив перемежаемости різних по твердості порід і кута зустрічі свердловини з пластом;
2) вплив анізотропії порід;
3) вплив геологічних структур;
4) вплив наявності твердих включень в породі, зон дроблення, тріщинуватості і т. Д.
При перетині похило залягають, що перемежовуються і різних по твердості пластів свердловина, як правило, закономірно викривляється при переході з твердої породи в м`яку і з м`якої породи в тверду - в сторону твердої. Закономірність такого відхилення свердловини визначається тим, що при одних і тих же параметрах коронки впровадження різця в м`яку породу завжди більше, ніж в тверду. Цьому ж сприяє руйнування буровим інструментом породи в стінці свердловини, особливо при переході з м`якою в тверду породу.
Інтенсивність цього викривлення значною мірою визначається частотою перемежаемости пластів, мінливістю їх твердості і тривалістю буріння на контакті між пластами.
Помічено, що чим значніше неоднорідність порід, тим більше викривлення свердловини.
У зв`язку з цим найбільшого викривлення свердловин в вертикальній площині спостерігається при бурінні по сланцам, де інтенсивність викривлення може досягати itheta- = 0,07 град / м- найменше - в однорідних монолітних породах, в яких часто itheta- = 0,001 град / м.
При переході свердловини з породи однієї твердості в іншу велике значення має кут зустрічі її з пластом gamma-. Залежно від величини цього кута свердловина може піти: 1) без зміни свого первісного напрямку, що характерно для горизонтально і полого залягають осадових порід-2) викривити в сторону твердої породи, і, рідше,
3) піти по контакту м`якою і твердою порід вниз по падінню пласта. Останнє відбувається при крутому заляганні порід і в тих випадках, коли кут зустрічі gamma- не перевищує за величиною деяке критичне значення gamma-кр.
Величина критичного кута зустрічі змінюється для різних порід в межах від 15 до 20 °. На величину цього кута впливають: 1) тип породоразрушающего інструменту, 2) осьова навантаження, 3) сила тертя, що виникає між породоразрушающим інструментом і породою в процесі буріння і 4) твердість порід.
При зустрічі твердих перемежовуються і абразивних порід рух бурового інструменту по падінню пласта спостерігається при меншому значенні критичного кута зустрічі gamma-кр, ніж при зустрічі твердої породи, але неабразівной.
Зі збільшенням осьового навантаження на породоруйнуючих інструмент кут gamma-кр, при якому свердловина може піти по падінню порід, зростає. Кут зустрічі свердловини з пластом для зниження інтенсивності викривлення вибирають більш 50 °.
Перемежаемость неоднорідних по твердості порід часто є причиною азимутального викривлення свердловин. При цьому свердловина може відхилятися вліво або вправо, якщо дивитися по падінню пласта, в залежності від кута її зустрічі з лінією простягання порід і характеру контакту, а також від співвідношення сил опору, що впливають на породоразрушающий інструмент в твердій і м`якій породах.
При бурінні свердловина відхиляється в одній площині, якщо рівнодіюча цих сил спрямована перпендикулярно простиранию порід. При напрямку рівнодіючої під кутом до простягання порід може статися азимутальное викривлення.Вплив структурних і текстурних особливостей порід на викривлення свердловин в достатній мірі відбивається в їх анізотропних властивості.
Найбільшими анізотропними властивостями володіють різні шаруваті гірські породи. Анізотропного володіють і деякі інші породи, які придбали ці властивості в силу різних зсувних процесів, наприклад: розвитку в породах сланцеватості, кліважа, тріщинуватості і т. П. Тому метаморфизованние, роздроблені і тріщинуваті породи також відносять до порід з високим ступенем анізотропності. У меншій мірі анизотропность проявляється у вивержених порід. Деякі з осадових гірських порід можна віднести до ізотропним. До них умовно відносять крейда, мергель, вапняк і ін. Існує загальна закономірність, за якою породоразрушающий інструмент завжди вибірково зсувається в напрямку найменшого опору породи. Свердловина при цьому прагне розгорнутися в напрямку, перпендикулярному шаруватості.
Вплив геологічних структур на викривлення свердловин. Свердловини, які закладаються в бортах антиклінальних і синклінальних складок, як правило, мають тенденцію відхилятися в процесі буріння в напрямку, перпендикулярному простиранию порід. Азимутально свердловини найчастіше відхиляються в напрямку, перпендикулярному осі антиклинали.
У зв`язку з цим по азимутальної викривлення свердловин можна виробляти уточнення простягання порід. З глибиною свердловин інтенсивність азимутального викривлення частіше залишається незмінною. Розглянуті причини викривлення свердловин носять в основному закономірний характер.
При зустрічі в породах твердих включень, валунів, твердих конкрецій і т. П. Викривлення свердловин можуть відбуватися як у вертикальній, так і в горизонтальній площинах.
Значні викривлення свердловин, особливо похилих, відбуваються в м`яких незцементованих породах, в зонах тектонічних порушень, пустот і т. Д.
До викривлення свердловин можуть привести обвали, осипи порід. Відомі випадки забуріванія кількох нових свердловин в місці завалів, що характерно для глинистих порід. Такі відхилення свердловин найчастіше незакономерного. Вивчення закономірності викривлення дозволяє заздалегідь проектувати так званий типовий профіль свердловин з урахуванням природного її викривлення на кожному конкретному родовищі.
Відео: Технологія горизонтального направленого буріння
Технічні причини впливають на викривлення свердловин як при їх забурке, так і в процесі буріння.
На викривлення свердловин при забурке впливає:
1) неправильна установка верстата на підставі;
2) неправильна установка шпинделя верстата і напрямної труби;
3) ненадійне закріплення вращателя на верхній станини верстата;
4) несправність вращателя - розробка втулок, наявність люфтів, знос направляючих штоків, підшипників кочення і т. Д.
Установка верстата з нахилом у вертикальній площині призводить до збільшення або зменшення зенітного кута.
В процесі буріння технічні причини виявляються в перекосе бурового снаряда, який викликається, як правило, застосуванням: а) вигнутих бурових штанг і колонкових труб, б) Неспіввісність різьбових з`єднань.
При застосуванні короткого колонкового набору вісь його відхиляється тим більше, чим коротше його довжина. При цьому якщо використовуються колонкові труби, мають деякий початковий прогин, відхилення можуть збільшуватися. Однак слід мати на увазі, що на викривлення свердловин сильно впливає поздовжня стійкість колонкових труб, яка знижується при збільшенні їх довжини і зменшення діаметра. Зниженню стійкості бурового снаряда сприяє разностенность труб, їх овальність і місцеві дефекти, пов`язані з виготовленням і експлуатацією.
Викривлення свердловин спостерігається при застосуванні неправильних компоновок бурового снаряда, при переході з більшого діаметру свердловини на менший і при розширенні свердловини. Викривлення свердловин посилюється невідповідністю діаметрів бурильних труб і свердловини, при цьому чим більша різниця, тим інтенсивніше викривлення свердловини.
При роботі завжди прагнуть звести нанівець викривлення свердловин, що викликається технічними причинами.
Технологічні причини, що призводять до викривлення свердловин, в першу чергу пов`язані зі способом і режимом буріння. Досвід буріння показує, що найменший ступінь інтенсивності викривлення властива ударному, в дещо більшою мірою ударно-обертального і найбільша - обертальному способам. При обертальному бурінні свердловина закономірно відхиляється частіше в бік обертання бурового інструменту.
Викривлення свердловин при колонкового буріння визначається видом истирающего матеріалу, конструкцією породоразрушающего інструменту, а також режимними параметрами.
Інтенсивність викривлення багато в чому залежить від ступеня розробки стінок свердловини, в якій висвітлюються перераховані чинники. При цьому чим більше розробка стовбура свердловини, тим інтенсивніше викривлення.
Відео: Буріння горизонтальних свердловин
Найменша ступінь розробки стовбура свердловин спостерігається при алмазному бурінні: вона становить в породах VII-VIII категорій по буримости 1-1,5 мм-в породах X-XII категорій - до 0,5-1 мм. Пояснюється це малим виходом різців за бічні сторони коронки.
За ступенем розробки стовбура свердловини всі види колонкового буріння в залежності від истирающего матеріалу можна розташувати в наступний ряд:
Відео: Горизонтально-направлене буріння ГНБ
діамантове - твердосплавне - дробового буріння.
При застосуванні твердосплавних коронок найбільша ступінь розробки стінок свердловини має місце при бурінні по осадовим породам ребристими коронками. Діаметр свердловин в цих умовах може бути збільшений в процесі буріння в 2-3 рази.
Розбурювання стінок свердловин при бурінні дробом по-різному і залежить від 1) матеріалу, діаметра дробу і коронкі- 2) способу харчування забою дробью- 3) від кількості що подається на забій промивної рідини і т. Д.
Велика чавунна й сталева дріб незалежно від способу харчування викликає більш сильну розробку стінок свердловини, ніж дрібна дріб.
При всіх видах истирающих матеріалів колона бурильних труб під дією поздовжніх стискаючих і поперечних відцентрових сил втрачає прямолінійну форму і, як правило, згинається. Відхилення свердловини може відбуватися з більшою інтенсивністю при малій жорсткості колони бурильних труб і колонкового снаряда і значному зазорі між стінками свердловини і буровим снарядом.
Буріння шарошечні долотами характеризується більшим ступенем розробки стінок свердловини. При цьому чим м`якше порода і більше величина зубів шарошок, тим більше діаметральна разбурівамость стовбурів свердловин. При бурінні шарошечними штирьовими долотами в міцних породах разбуріваемость стінок, а отже, і величина викривлення свердловин значно знижуються.
Підвищуючи величину осьового навантаження, можна добитися значної інтенсивності викривлення, особливо у випадках: 1) буріння затупленими коронкамі- 2) застосування коротких колонкових труб- 3) при застосуванні спеціальних шарнірних пристроїв в складі снаряда.
Зі зменшенням осьового зусилля в цих випадках викривлення свердловин знижується.
Цим користуються при штучному викривленні свердловини, коли буріння ведуть по заздалегідь розрахованим профілів.
Збільшення числа оборотів бурового снаряда розглядається як фактор, що сприяє зниженню інтенсивності викривлення.
При підвищенні числа обертів бурового інструменту зростає механічна швидкість буріння, а тому зменшується час дії сил, що викликають викривлення свердловини.
Застосування високих швидкостей обертання бурового снаряда з використанням антивібраційних мастил і емульсійних промивних розчинів сприяє зниженню інтенсивності викривлення свердловин.
Вплив кількості та якості промивної рідини на інтенсивність викривлення велике при бурінні по легко розмиваються породам. Застосування в цих умовах промивного розчину поганої якості може викликати значний розмив стінок свердловин, а відповідно і більш інтенсивне відхилення осі бурового інструменту від осі свердловини.
