Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Основные элементы пространственного поло­жения скважины следующие:

зенитный угол оси скважины в данной точке; азимутальный угол направления трассы скважины в дан­ной точке;

горизонтальная проекция трассы скважины; проекция трассы скважины на плоскость вертикального разреза (профиль скважины).

Кроме того, для облегчения геометрических построений и расчетов в качестве характеристики пространственного по­ложения трассы скважины выделяется так называемая апси — дальная плоскость — вертикальная плоскость, проходящая че­рез касательную к пространственной кривой оси трассы скважины в точке измерения зенитного и азимутального угла.

Зенитный и азимутальный углы — основные параметры, измеряемые при инклинометрических исследованиях в ходе контроля положения скважины, задаваемые при их заложе­нии и используемые в проектных расчетах.

Зенитным углом 0 называется угол в вертикальной плоско­сти между осью скважины (касательно прямой к оси скважи­ны в точке замера) и вертикалью.

Азимутальным углом а, или азимутом, называется угол, измеряемый в горизонтальной плоскости от северного на­правления истинного или магнитного меридиана (истинный или магнитный азимут) по ходу часовой стрелки до горизон­тальной проекции касательной прямой к оси скважины в точ­ке замера. Основные элементы пространственного положения скважины представлены на схеме (рис. 21.1).

При сложнопространственном искривлении скважины, ко­гда с увеличением глубины одновременно меняются и зенит­ный, и азимутальный утлы скважины, величина общего изме­нения направления оси скважины оценивается полным углом искривления р. Угол Р представляет собой угол между каса­тельными к вертикальным проекциям оси скважины в двух точках наблюдений. Величина угла Р определяется на основе инклинометрических измерений в скважине по формуле Вуд — са-Лубинского:

Р = 2arcsin^sin2 + sin2 0ср sin2 2, (21.1)

где А0, Да — приращения зенитного и азимутального углов в интервале между замерами; 0ср = (0! + 02)/2 — среднее зна­чение зенитного угла в точках замера в начале (0i) и в конце (02) интервала

Степень и характер искривления скважины в процессе бу­рения оцениваются параметрами интенсивности искривле­ния. На практике, как правило, отдельно оценивают интен­сивность зенитного искривления (величина изменения значе-

ния зенитного угла 0 на единицу длины ствола скважины) и интенсивность азимутального искривления — приращения азимута а на единицу длины ствола.

Интенсивность зенитного искривления (градус/м) рассчи­тывается по формуле

/9 = Д0/ДІ, (21.2)

где А0 — приращение зенитного угла; AI — интервал оценки интенсивности искривления.

Интенсивность азимутального искривления (градус/м) рас­считывается аналогично:

1а = Аа/А I, (21.3)

где Да — приращение азимута.

Определение интенсивности полного искривления имеет практическое значение с точки зрения оценки технологиче­ской безопасности кривизны скважины, поскольку опыт го­ворит о возможности аварий, обусловленных чрезмерной кривизной ствола скважин

!р = Др/Д1, (21.4)

где др — приращение полного угла искривления в интервале оценки.

В качестве вспомогательной характеристики искривления скважины используется радиус кривизны R:

Re = 57,3/ie, (21.5)

Ra = 57,3/іа, (21.6)

Ru = 57,3/z’p, (21.7)

где i? e, Ra, Re — соответственно радиусы кривизны кривых, выражающих собой вертикальную и горизонтальную проек­ции трассы скважины и радиус искривления трассы скважи­ны в пространстве.

В зависимости от величины и характера изменения зенит­ных и азимутальных углов скважины делятся на вертикальные

(0 = 0±5°), горизонтальные (0 = 90±5°) и наклонные, зани­мающие промежуточное положение между скважинами перво­го и второго типов. Часто забуренная вертикальной с некото­рой глубины скважина занимает наклонное положение, а в от­дельных случаях (при бурении вдоль нефтегазоносного пласта) переходит в горизонтальное положение. Из подземных выра­боток могут буриться и восстающие скважины.

По мере проходки скважины ее траектория (положение трассы в пространстве) может становиться более пологой (0 возрастает и говорят, что трасса выполаживается) или более крутой (0 уменьшается и говорят о выкручивании скважины).

Положение скважины в пространстве определяется по­средством инклинометрических’ измерений. Инклинометрия и является одним из методов геофизических исследований скважин, реализуемых с помощью специальных приборов — инклинометров, которые фиксируют направление векторов напряженности магнитного или гравитационного поля Земли, имеющих стабильное положение в пространстве.

Чувствительными элементами инклинометров, фиксирую­щих направление силы тяжести относительно оси скважины и регистрирующих зенитный угол 0 могут служить механиче­ский отвес, шарик, свободно перемещающийся по кольцево­му желобу или сферической поверхности, уровень жидкости или пузырек воздуха в сферическом или кольцевом жидкост­ном уровне.

Направление вектора магнитного поля фиксируется инк­линометрами с магнитной стрелкой. В ферромагнитных сре­дах, искажающих направление вектора магнитного поля (при разведке магнетитовых железных руд) используются гиро­скопические приборы.

В организационном отношении выделяют оперативный контроль пространственного положения скважины, выпол­няемый буровой бригадой, и плановые инклинометрические исследования, выполняемые геофизической службой. Прибо­ры для оперативного контроля положения скважины в про­странстве отличаются простотой конструкции и несложной методикой применения. Как правило, это одноточечные при­боры, позволяющие произвести одно измерение за один спуск прибора в скважину.

Положение чувствительного элемента в момент замера в таких приборах фиксируется механическим путем — чаще всего арретиром часового механизма. Типичным прибором такого класса является инклинометр ОК-40У, предназначен­ный для измерения параметров положения оси скважины в пространстве на глубине до 2000 м и при диаметре ствола не менее 46 мм.

Институтом ВИТР создан прибор для многоточечного кон­троля МТ-1, предназначенный специально для использования в направленном бурении. В нем применены фотографический способ регистрации показаний и электронная схема управле­ния, позволяющая использовать прибор в автономном авто-

Рис. 21.2. Упрощен­ная кинематическая схема чувствитель­ного элемента МТ-1

матическом режиме управления с поверхности без электри­ческой связи забоя с поверхностью. Упрощенная кинемати­ческая схема чувствительного элемента прибора МТ-1 пред­ставлена на рис. 21.2.

Для измерения азимутов и зенитных углов скважины инк­линометр снабжен магнитной стрелкой и отвесом, закреплен­ными на эксцентричной апсидальной рамке. Магнитная стрелка 2 вращается на оси 1, жестко связанной с отвесом 4, который установлен на апсидальной рамке 3.

При спуске инклинометра в скважину рамка устанавлива­ется вдоль ее оси 02-С>2, а под действием момента, равного Мр = (Рр + Ро)г^ш0вту (Рр — вес эксцентричного груза рам­ки; Р0 — вес отвеса; гу — плечо результирующей двух сил Рр и Р0; 7 — угол поворота рамки), принимает такое положение, при котором ее плоскость совпадает с апсидальной плоскостью скважины в точке замера.

Магнитная стрелка под действием момента Мс = тНэтср (т — магнитный момент стрелки; Н — горизонтальная состав­ляющая магнитного поля; ф — угол закручивания стрелки) со­вместится с направлением магнитного меридиана. Отвес под действием момента устанавливается по направлению силы тяжести Земли. Отвес и магнитная стрелка снабжены отсчет — ными шкалами.

Рис. 31.3. Схема устройства электромеханических инклиметров типа МИ-30 (УМИ-25) и МИР-36

В автоматическом режиме фотографирование шкал маг­нитной стрелки и отвеса производится через 2,5 мин, в ре­жиме управления — при остановке спуска инклинометра в скважину продолжительностью не менее 1 мин. Режим дви­жения (остановок продолжительностью менее 1 мин) являет­ся «запрещающим» для срабатывания фоторегистратора. Все измерительные узлы прибора МТ-1 размещены в цилиндри­ческом корпусе, заполненном кремнеорганической жидко­стью ФПМС-5, демпфирующей механические помехи и обла­дающей способностью световода.

Приборы для полного изменения искривления скважины подразделяются на работающие в немагнитных или слабо­магнитных (диамагнитных) и ферромагнитных средах.

Инклинометры для диамагнитных сред — это электромеха­нические компасы МИ-30 и МИР-36, имеющие аналогичное устройство.

Для оперативного контроля инклинометр МИ-30 спускают внутрь колонны бурильных труб с проходным отверстием не

I менее 34 мм и проводят измерения в немагнитных трубах,

| которые входят в комплекты ССК и КССК.

Кинематическая схема чувствительного элемента инкли­нометров данного типа представлена на рис. 21.3, а.

Датчик инклинометра размещен в свободно вращающейся

рамке, ось которой совмещена с осью прибора. Центр тяже­сти рамки не совпадает с осью ее вращения вследствие нали­чия дебаланса 7, благодаря которому рамка и датчик всегда занимают в наклонной скважине устойчивое положение, фиксирующее апсидальную плоскость скважины.

Угол между осью рамки и линией отвеса будет зенитным углом. Отвес магнитной стрелки компаса 5 располагает маг­нитную стрелку в горизонтальной плоскости. При этом 0-180° шкалы отсчета совмещены с плоскостью искривления. Угол между 0 шкалы компаса и северным концом стрелки будет магнитным азимутом в точке измерения. При подаче сигнала через коллектор 2 арретиры 1 и 4 фиксируют положение магнитной стрелки и отвеса 6. Чувствительный элемент угла ориентации отклонителя 3 (при спуске отклонителя заранее совмещенный с его плоскостью) показывает значение угла, лежащего в плоскости, перпендикулярной к оси прибора, ме­жду плоскостью искривления и плоскостью симметрии от­клонителя. Электрическая схема инклинометра данного типа представлена на рис. 21.3, б.

В ферромагнитных средах применяются гироскопические инклинометры ИГ-36, чувствительным элементом которых является гирокомпас. Принцип действия гирокомпаса основан на регистрации направления вектора кореолисова ускорения, возникающего вследствие ориентированного в пространстве вращения Земли. Быстровращающийся маховик, помещенный в рамку с двумя степенями свободы всегда устанавливает плоскость своего вращения в плоскости географического ме­ридиана, т. е. работает по тому же принципу, что и известный в физике маятник Фуко. Других принципиальных особенно­стей устройство гироскопических инклинометров не содер­жит.

Комментарии запрещены.