Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Интенсивность и характер искривления скважин зависят от действия ряда факторов, которые в зависимости от их природы обычно делят па технические, технологические и геологические. Технические факторы, в свою очередь, подразделяются на две группы: а) факторы, определяющие начальное отклонение сква­жины от заданного направления; б) факторы, влияющие на нскрнвлепне скважины в процессе ее бурения.

Начальное отклонение может произойти вследствие: непра­вильной установки бурового станка (шпинделя) или направляю
щей обсадной трубы; применения изогнутых выше допустимых пределов бурильных и колонковых труб; несоосности резьбовых соединений. Эти причины искривления скважин легко устранимы.

Ко второй группе технических факторов относятся конструк­тивные особенности забойных компоновок бурового инструмента, определяющие их жесткость. Они играют важную роль в про­цессе искривления скважины, поскольку от них зависит вели­чина перекоса забойной компоновки под действием продольного изгиба и опрокидывающего момента. На интенсивность искрив­ления скважин значительное влияние оказывает устойчивость колонковых труб по отношению к изгибу, которая снижается при увеличении их длины и уменьшении диаметра. Как указывает Е. Л. Лиманов, ось колонкового набора, изогнутого под дей­ствием осевой нагрузки и опрокидывающего момента, можно представить в виде упругой линии, описываемой уравнением

(11.3)

где Р—осевая нагрузка; I — длина полуволны продольного из­гиба колонкового набора; х — текущая координата; й = уР/£7; Е — модуль упругости материала колонковой трубы; I — осевой момент инерции трубы.

Величина опрокидывающего момента, как видно из формулы

(11.3) , оказывает значительное влияние на прогиб колонкового набора н угол перекоса торца породоразрушающего инструмента относительно оси скважины, что приводит к росту интенсивности ее искривления. Интенсивность искривления увеличивается также при снижении жесткости (£/) колонкового набора, чему способствуют разносгенпость труб, их овальность и местные де­фекты, связанные с изготовлением и неправильной эксплуата­цией.

Технические факторы второй группы используются для уп­равлении интенсивностью искривления скважин.

В некоторых случаях путем увеличения жесткости забойных компоновок стремятся уменьшить действие всех технических ус­ловий, способствующих искривлению скважин, например, при бурении вертикальных скважин; в других случаях их действие усиливают, вызывая интенсивное искривление скважины.

Влияние технологических факторов, в первую очередь, свя­зано со способом бурения. Опыт показывает, что меньшая сте­пень интенсивности искривления присуща ударному, в не­сколько большей мере ударно-вращательному и наибольшая — вращательному способам. Объясняется это тем, что в двух пер­вых случаях снижается действие основных факторов искривле­ния: перекоса компоновки инструмента и неравномерного раз­рушения породы нм забое скважины.

При вращательном бурении влияние технологических фактн — ров проявляется в зависимости интенсивности искривления от

параметров режима бурения. Наиболее сильное влияние на ин­тенсивность искривления скважин оказывает осевая нагрузка. При тех значениях нагрузки, которые необходимы для эффек­тивного разрушения породы на забое скважины, практически во всех случаях происходит продольный изгиб колонны бурильных труб в ее нижней части, а также колонковых труб, что приводит к перекосу забойной компоновки бурового инструмента относи­тельно оси скважины. С увеличением осевой нагрузки увеличи­вается угол перекоса и возрастает величина отклоняющего уси­лия, что в условиях. неравномерного разрушения породы па забое вызывает рост интенсивности искривления скважины. Од­нако вместе с тем растет и механическая скорость бурения, что приводит к сокращению времени действия отклоняющего усилия н, таким образом, сдерживает рост интенсивности искривления. Под действием осевой нагрузки изменяется и форма динамиче­ского равновесия изогнутой колонны бурильных труб и колонко­вого набора, что непосредственно влияет на ориентацию откло­няющего усилия. Изогнутая в спираль под действием продоль­ных усилий и крутящего момента бурильная колонна может реализовать при своем вращении в скважине две основных формы устойчивого динамического равновесия: вращение вокруг оси скважины и вращение вокруг собственной оси. Как пока­зали Г. Вудс и А. Лубянский, наиболее вероятным является тот вид движения, который отличается наименьшей энергоемкостью. Специальные исследования этого вопроса, проведенные в Уфим­ском нефтяном институте, позволили установить количественные критерии, характеризующие ту или иную форму динамического равновесия бурильной колонны и условия их реализации. Они показали, в частности, что вероятность вращения бурильной колонны вокруг собственной оси с ориентированным перекосом се нижней части возрастает с увеличением осевой нагрузки, ча­стоты вращения и диаметра скважины. Однако увеличение жест­кости бурильных труб оказывает противоположный эффект. Та­ким образом, рациональное сочетание технологических и техни­ческих факторов открывает возможность управления процессом искривления скважины. Применение утяжеленных бурильных труб, стабилизаторов и центраторов в составе забойных компо­новок позволяет снизить интенсивность искривления скважин, обеспечивая в то же время достаточную для эффективного раз­рушения породы осевую нагрузку и высокие механические ско­рости бурения.

Влияние частоты вращения бурильной колонны па интенсив­ность искривления скважин имеет двойственный характер. С од­ной стороны, при увеличении частоты вращения изогнутой бу­рильной колонны, вращающейся вокруг оси скважины, возра­стают центробежные силы, что приводит к уменьшению длины полуволны продольного изгиба и увеличению перекоса забойной компоновки. Это вызывает усиленную разработку ствола сква — жнны и еще большее увеличение перекоса. В анизотропных и перемещающихся породах это может привести к увеличению ин­тенсивности — искривления скважины. С другой стороны, с увели­чением частоты вращения возрастает механическая скорость бу­рения и сокращается время действия фрезерующего эффекта на стенках скважины. В большинстве случаев это приводит к сни­жению интенсивности искривления с увеличением частоты вра­щения.

Влияние количества н качества промывочной жидкости на интенсивность искривления скважин может проявиться в тех случаях, когда этот параметр режима бурения оказывает воз­действие на степень разработки ствола и процессы кавернообра — зоваиия. Размыв стенок скважины при чрезмерной скорости восходящего потока промывочной жидкости, кавернообразова — иие при обвалах и обрушениях вследствие применения низкока­чественных растворов могут, наряду с другими осложнениями, вызвать интенсивное искривление скважин из-за увеличения пе­рекоса бурового инструмента.

Влияние геологических факторов на интенсивность искривле­ния скважин тесно связано с воздействием неравномерного раз­рушения породы на забое скважин, что является одной из основ­ных причин их искривления! В основе влияния геологических факторов лежит неоднородность свойств горных пород, которая оказывает разнообразное воздействие на направление скважин и характер его изменения.

К геологическим факторам, вызывающим закономерное (про­гнозируемое) изменение направления скважин, относятся текто­нические и литолого-петрографические. особенности геологиче­ского строения участка работ, воздействие которых зависит от расположения и начального направления скважин (наличие и элементы залегания складчатых структур, тектонических нару­шений, плоскостей напластования, сланцеватости, трахитоидпо — сти, контактов изверженных пород и т. п.). К этой же группе факторов следует отнести степень различия твердости (бурнмо — сти) горных пород различного состава и их перемежаемости.

В зависимости ог величины угла встречи искривление сква­жин под воздействием этих факторов будет закономерно изме­няться как но направлению, так и по интенсивности.

На рис. 11.2 представлена схема возможных зенитных искрив­лений скважин алмазного бурения.

1. При у1ц,>у>0о (см. рис. 11.2, а) скважины, заданные по падению пластов, имеют тенденцию к выполаживапшо, незави­симо от свойств пород, в направлении падения последних.

2. При ув>у>Укр (см- Рис — б) скважины, заданные ана­логично первому случаю, в весьма анизотропных породах ха­рактеризуются вначале изменением зенитного угла до 0°, а за­тем новым его ростом в направлении восстания пород. Азимут таких скважнн может быть при этом изменен на 180°. В нзотроп —

пых породах возможно увеличение 0 по падению пород. При задании вертикальных скважин у=Тв>У1ф 15 весьма анизотроп­ных породах скважины выполаживаются в направлении восста­ния пород, и в изотропных породах возможно искривление их в любом направлении.

3. При 90°>7>у„ (см. рис. 11.2, в) и задании скважин на­клонно в направлении восстания пород они получают искривле­

пие в том же направлении независимо от свойств пород. При забуривапии скважин под 90° к напластованию: а) в весьма анизотропных породах они, как правило, не изменяют своего направления; б) в изотропных — возможно незначительное ис­кривление их в направлении восстания пород.

4. При 90°<<180° — (см. рис. 11.2, г) все скважины, заданные наклонно, будут иметь тенденцию к снижению зенит­ного угла до тех пор, пока они не выйдут в положение, перпеп- днкулярпое к напластованию пород. В изотропных породах сква­жины имеют тенденцию ч выполажнвапию в направлении вос­стания пород.

Азимутальные искривления скважин в общем зависят от дей­ствия тех же определяющих факторов. Так, например, в весьма анизотропных породах азимут скважин имеет тенденцию к изме­нению в сторону уменьшения угла между направлением линий падения пород и осыо скважины. При зтом интенсивность ази­мутального искривления будет тем больше, чем меньше этот угол и зенитный угол 0, а также чем больше выражены анизотропные свойства пород.

Во избежание азимутального искривления наклонные сква­жины рекомендуется задавать вкрест простирания пластов.

К геологическим факторам, вызывающим незакономерное (непрогнозируемое) изменение направления скважин, относятся такие особенности геологического строения участка работ, воз­действие которых не зависит от расположения и начального на­правления скважин (неизвестные угловые несогласия между стратиграфическими горизонтами с различными механическими свойствами, зоны окзарцевания, твердых включений, интрузий, резко отличающихся по своим свойствам от вмещающих пород, локальные зоны дробления, выщелачивания, пространственное положение которых заранее неизвестно). Влияние этой группы факторов проявляется в изменении зенитного и азимутального искривления скважин, которое по своему характеру не соответ­ствует действию факторов первой группы. Так, при бурении вер­тикальной скважины в наклонионадающих пластах может про­изойти ее выполаживаиие’чю в сторону восстания, а в сторону падения пластов, если скважиной будет встречена локальная. юна неоднородности, пространственное положение которой за­ранее не было известно. Следует отметить условность отнесения такого искривления скважин к категории незакономерного, точ­нее его следовало бы называть непрогнозируемым.

Комментарии запрещены.