НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ СКВАЖИН
|
|
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. 1) и ее длина L.
Зенитный угол — это угол между осью скважины или касательной к ней и вертикалью. Азимут — это угол между направлением на север и горизонтальной проекцией касательной к оси скважины, измеренный по часовой стрелке. Длина скважины — это расстояние между устьем и забоем по оси.
Проекция оси скважины на вертикальную плоскость называется профилем, а на горизонтальную — планом.
Вертикальная плоскость, проходящая через ось скважины, или касательную к ней, называется апсидальной.
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
iQ = (Qк — Qн)/L, (1)
ia = (aк — aн)/L, (2)
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
R = 57,3/i. (3)
Следует отметить, что интенсивность азимутального искривления существенно зависит от зенитного угла скважины и при малых зенитных углах может достигать весьма значительных величин, а это не дает полного представления о положении скважины. Для оценки общего искривления служит угол пространственного искривления j, показанный на рис. 2. В случае, если бы скважина, имеющая в точке А зенитный угол Qн и азимут aн, не искривлялась, то забой ее оказался бы в точке В, но за счет искривления фактически забой оказался в точке С, зенитный угол стал равным Qк, а азимут aк. Угол ВАС и является углом пространственного искривления. Величина его аналитически определяется по формуле
j = arccos [cos Qн. cos Qк + sin Qн. sin Qк. cos(aк — aн)]. (4)
С достаточной степенью точности этот угол может быть определен по формуле М. М. Александрова
j = [DQ2 + (Da. sin Qср)2]0,5, (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
ij = j/L, (6)
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. 1).
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.
Вообще искривление скважин сопровождается осложнениями, к числу которых относятся более интенсивный износ бурильных труб, повышенный расход мощности, затруднения при производстве спуско-подъемных операций, обрушение стенок скважины и др. Однако в ряде случаев искривление скважин позволяет значительно снизить затраты средств и времени при разработке месторождений нефти и газа. Таким образом, если искривление скважины нежелательно, то его стремятся предупредить, а если оно необходимо, то его развивают. Этот процесс называется направленным бурением, которое может быть определено как бурение скважин с использованием закономерностей естественного искривления и с помощью технологических приемов и технических средств для вывода скважины в заданную точку. При этом искривление скважин обязательно подвергается контролю и управлению.