Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Из разнообразных причин, вызывающих искривление сква жии, необходимо выделять основные и второстепенные (слу­чайные).

Основными причинами, вызывающими закономерное искрив­ление скважин, считают: 1) неравномерное разрушение породы на забое скважины; 2) наличие ориентированного перекоса ра­бочего набора (забойной компоновки) бурового инструмента в призабойной части скважины.

Перекос бурового инструмента в скважине характеризуется углом перекоса 6 (угол между осью бурового снаряда и осыо скважины в призабойной части).

Перекос компоновки бурового инструмента в скважине при бурении возникает всегда. Он происходит вследствие продоль­ного изгиба колонны бурильных труб пли колонкового набора, внешний диаметр которых всегда меньше фактического диа­метра скважины. При встрече скважиной пустот, трещин, зон интенсивного каверпообразовапия эта разность диаметров еще больше возрастает. Соответственно будет увеличиваться и пе­рекос компоновки бурового инструмента в скважине. Однако сам по себе перекос бурового инструмента еще не может при­вести к искривлению скважины. Появление перекоса опреде­ляет возникновение отклоняющей силы, действующей на поро­доразрушающий инструмент в плоскости, перпендикулярной к осп его вращения. Под действием отклоняющего усилия ось породрразрушаюшего инструмента стремится сдвинуться в сто­рону относительно осп скважины. По вектор отклоняющей силы за одни оборот компоновки бурового инструмента при ее вра­щении вокруг оси скважины также пзмепяст свое направление

па 300°, поскольку перекос пе ориентирован. При таком воз­действии отклоняющей силы может произойти только равно­мерная круговая обработка породы в стенке призабойной части скважины, т. е. расширение ствола на некотором его участке.

Естественно, это справедливо только тогда, когда реакция забоя одинакова по всей площади торца породоразрушающего инструмента. Такой процесс характерен для бурения в изотроп­ных породах, в которых искривление скважин пе происходит или отличается малой интенсивностью.

Если перекос компоновки бурового инструмента окажется в силу каких-либо причин фиксированным в определенном на­правлении, то это приведет к направленной подработке породы на стенке призабойной части скважины, т. с. вызовет искривле­ние последней. Такое явление происходит при неравномерном разрушении породы на забое.

Неравномерность разрушения породы иа забое скважины, прежде всего, определяется ее анизотропными свойствами. По­роду называют анизотропной; если ее физические характери­стики (пористость, твердость, прочность и др.) в различных на­правлениях неодинаковы, что обусловлено влиянием таких фак­торов, как: 1) определенная ориентация зерен одного и того же минерала (флюидальность); 2) линейная укладка зерен опре­деленного минерала по размерам (осадочная слоистость); 3) четкая линейная укладка различных минералов в породе (слоистость); 4) выдержанная пространственная ориентация пор, трещин, плоскостей скольжения и других неоднородностей.

Количественно анизотропные свойства слоистых пород в гор­ном деле оцениваются коэффициентом анизотропии Ка = хі/лгг,

где дгі и Хг — значения параметра по напластованию и перпен­

дикулярно к нему соответственно.

При бурении скважин было установлено, что максимальная скорость бурения достигается при пересечении скважиной пород, перпендикулярных к напластованию, а минимальная — по на­пластованию. При бурении но другим направлениям скорость бурения находится в пределах Утт<^< ^тах* С уЧеТОМ ЭТОГО были введены понятия: коэффициент буровой анизотропии /С;,п и индекс буровой анизотропии Л;ібі соответственно равные

^"аб = ^тІї/Цпах 0 1*1)

II

— 1 (11.2)

V V

Значения К»с, и Лиг. изменяются в следующих диапазонах: /С;,г,= = 0,44-1,0; ЛаЯ = 0,002-^0,2.

Анизотропные’свойстра пороц проявляются наиболее сильно нрн алмазном бурении и, и меньшей степени, при бурении шаро­шечными долотами.

В зависимости от степени анизотропии пород их разделяют па: 1) однородные (изотропные); 2) мопотопио-анизотропные (сланцеватые); 3) перемежающиеся.

В изотропных породах искривление скважин, как уже отме­чалось ранее, проявляется слабо. Возможные искривления но­сят случайный характер и возникают при пересечении скважиной трещин, твердых включений н т. д. Для скважин, пробуренных в этих породах, характерна усиленная разработка их стволов. Если угол зенитного ИСКОИВЛСПИЯ в этих породах менее 10°, то индекс буровой анизотропии по данным бурения на нефть н газ может быть принят равным /гап = 0,002.

Неравномерность разрушения породы на забое скважины проявляется Лри бурении по монотонно-анизотропным породам, причем тем сильнее, чем больше значение зенитного угла. Так, например, при 0=1].—20° /|„п=0,075, а при 0 = 21° йа6 = 0,2.

Изучением влияния анизотропии горных пород на искривле­ние скважин занимались С. С. Сулакшин, Ю. Л. Боярко, Ю. Т. Морозов и др. Они показали, что при пересечении сква­жиной таких пород под каким-либо острым углом к направле­нию их наименьшего сопротивления ствол скважины (ее сечение) принимает овальную форму. Развитие овальной формы сечения скважины является следствием асимметричного разрушения по­роды, более интенсивного в направлении панменьшей твердости. Этим создаются условия для ориентирования перекоса бурового инструмента в призабойной зоне скважины вдоль длинной оси сечения ствола и соответственно интенсивного искривления сква­жины. Этн данные нашли подтверждение при вскрытии ранее пробуренных скважин горными выработками. В скважинах с овальным сечением ствола изменяется и форма динамического равновесия изогнутой части бурового инструмента в призабой­ном интервале скважины. Вместо вращения вокруг оси сква­жины буровой инструмент начинает вращаться вокруг собствен­ной изогнутой оси, не совпадающей с осыо скважины, причем угол перекоса в плоскости длинной оси сечения ствола будет наибольшим. Это способствует росту интенсивности искривления скважины.

При бурении в анизотропных и перемежающихся породах большое значение имеет угол встречи скважиной плоскости на­пластования пород у. В зависимости от величины этого угла скважина может изменить свое направление, например, пойти но контакту мягкой и твердой породы вниз по падению пласта. Это происходит в тех случаях когда угол встречи у не превосхо­дит но величине некоторое критическое значение у, ф. Величина у|(1, в зависимости от свойств пород н типа породоразрушающего инструмента изменяется в пределах 10 30°.

Если скважина искривляется н сторону восстания

пород, т. е. стремится запять направление, перпендикулярное к плоскости напластования, которое представляет собой направ —

лепие наименьшего сопротивления породы разрушению. Рас­смотрим этот случаи встречи вертикальной скважиной пласта твердой породы.

При переходе коронки из мягкой породы в твердую распре­деление реакции забоя по площади ее торца будет неравномер­ным (рис. 11.1). Линия пересечения плоскости напластования с плоскостью забоя будет перемещаться по оси абсцисс от —Я до R. В результате неравномерного нагружения торца коронки и

различной скорости разрушения по­роды на коронке появится опроки­дывающий момент М, под воздей­ствием которого увеличится изгиб колонковой трубы и произойдет по­порот плоскости торца коронки в сторону более равномерного рас­пределения реакции забоя. Оче­видно, что реакция забоя полно­стью выравнится в тот момент, когда коронка займет перпендику­лярное к плоскости напластования пород направление. По этой при­чине скважина будет выполажи- ваться в сторону восстания пород на некотором интервале, пока не займет устойчивого направления. Искривление скважины на этом ин­тервале прекратится.

При переходе коронки из твер­дой в мягкую породу направление опрокидывающего момента будет противоположи ы м. При этом момент будет действовать, начи­ная с внедрения коронки на половину диаметра н кончая пол­

ным переходом в мягкую породу. Объясняется это тем, что вначале коронка опирается на твердую породу и действие

опрокидывающего момента минимально. Ясно, что в этом слу­чае скважина будет выполаживаться в сторону падения пород.

Комментарии запрещены.