Борьба с искривлением вертикальных скважин

В процессе бурения возможны следующие направления ствола скважины (рис. 8.1):

строго вертикальное (см. рис. 8.1, я);

наклонное к вертикали (см. рис. 8.1, б)',

плавно искривленное в одной плоскости (см. рис. 8.1, в).

имеющее ряд пространственных изгибов (см. рис. 8.1, г).

В первом случае скважину принято называть прямой или верты-: калъыой, в остальных — наклонной.

Скважины бурят вертикальные и наклонные. В первом случае [предпринимают меры для предупреждения искривления сква­жины, а во втором - - целенаправленно бурят скважину с на­клонным положением ее оси.

В процессе бурения ствол скважины по различным причинам самопроизвольно искривляется. Искривление скважины происхо­дит из-за воздействия как природных, так и технико-технологи­ческих факторов.

К природным факторам относятся следущие: наклонное за­легание горных пород, чередование пород различной твердо­сти, их слоистость, трещиноватость, наличие каверн, плоско­стей сдвигов, а также анизотропность пород, которая заключа­ющаяся в том, что их свойства вдоль и поперек напластования не одинаковы.

К технико-технологическим факторам относятся: потеря пря­молинейности нижней части бурильной колонны при создании осевой нагрузки на долото, его вращение, использование изогну­тых труб, нерациональных компоновок низа бурильной колонны (КНБК).

Негоризонтальность стола ротора и нецентрированность выш­ки приводят к отклонению скважины от вертикали в начальный период ее бурения.

Искривление ствола скважины в любой точке характеризуется двумя элементами:

углом искривления — зенитным углом а, который показывает отклонение оси скважины от вертикали;

азимутальным углом <р (азимутом скважины). Это угол между вертикаль­ной плоскостью, в которой лежит ось искривленной скважины, и вертикаль­ной плоскостью, проходящей через се­верный конец магнитной стрелки.

При постоянном азимуте скважина искривляется в одной плоскости, при переменном - - происходит простран­ственное искривление ствола скважи­ны. Кривизной скважины называется при­ращение угла искривления на опреде­ленном криволинейном участке.

Отсутствие контроля и профилак­тических мероприятий часто приводит к искривлению скважины, значитель­ному смещению забоя от устья. В ис­кривленной скважине, особенно при резком изменении направления кривиз­ны, затруднено нормальное выполне­ние буровых работ, происходит поломка инструмента, значитель­но затруднены ловильные работы. Спустить колонну обсадных труб в такую скважину не всегда возможно в связи с большим трением труб о стенки, что приводит к образованию сальников на колонне и недоброкачественному цементированию.

Кривизна скважин нарушает правильную эксплуатацию нефтя­ного месторождения в результате смещения забоев, затрудняет гео­логические наблюдения, искажает представление о действитель­ной мощности пластов, может быть причиной ошибки при назна­чении глубины остановки колонны и т. п.

Вертикальной считается скважина, у которой устье и центр круга допуска лежат на вертикальной прямой, являющейся ее проект­ным профилем, а отклонение ствола скважины от вертикали не превышает радиус круга допуска при расстоянии между скважи­нами II > 2000 м:

Эксплуатацион­
ные скважины
глубиной, м......... до 2000 2200...2500 2500...3000 свыше 3000

Радиус круга
допуска, м........... 10% V 12% и 15 % и 20 % Ц

Для разведочных скважин радиус круга допуска составляет 10 % с/.

Борьба с искривлением скважины начинается еще во время под­готовительных работ к бурению. Необходимо проверить горизон­тальность установки ротора, центрирование вышки, тщательно

выверить центрирование и вертикальность направления, прове­рить прямолинейность бурильных труб и ведущей бурильной трубы. В начальный период бурения необходимо удерживать верхнюю часть ведущей бурильной трубы от наклонов и сильного раскачи­вания. При дальнейшем бурении основными профилактическими I-мерами против самопроизвольного искривления скважины явля­ются: соответствующая компоновка нижней части бурильной коЛонны и регулирование режима бурения в соответствии с характе­ром пород и условиями их залегания. К элементам компоновок нижней части бурильной колонны для предупреждения искривле­ния скважин относятся: калибраторы, центраторы, стабилизато­ры, расширители, короткие УБТ (маховики).В практике буровых работ как в нашей стране, так и за рубежом для предотвращения искривления скважин используют КНБК, основанные на следующих принципах: отвеса (рис. 8.2, а, б)', цен­трирования нижней части колонны бурильных труб (рис. 8.2, в, г); гироскопического эффекта вращающейся массы.Типичная компоновка низа бурильной колонны, в которой использован принцип отвеса, основывается на создании наи-больш^й массы у долота. При этом осевая нагрузка должна быть такой, при которой нижняя часть компоновки не изгибается. Однако такие нагрузки, как правило, не обеспечивают эффек­тивного разрушения пород. Обычно применяют осевые нагруз­ки, под воздействием которых нижняя часть колонны буриль­ных труб принимает форму пространственной спирали. Осевая нагрузка, при которой прямолинейная труба начнет изгибать­ся, называется критической нагрузкой первого порядка. Существуют нагрузки второго и более высоких порядков. В этом случае следу­ет применять КНБК, основанные на центрировании нижней части бурильных труб. Существуют два типа таких компоновок: маятниковые (рис. 8.2, в—д) и жесткие (рис. 8.2, е—к). В маятни­ковых компоновках эффект достигается установкой центрато­ров на некотором расстоянии от долота. Различный эффект дей­ствия компоновки обусловлен установкой центратора на разных расстояниях от долота. Жесткие компоновки используют при бурении скважин с большими осевыми нагрузками. Предупреж­дение изгиба труб достигают установкой центраторов, стабили­заторов и надцолотного стабилизирующего устройства. Такие ком­поновки применяют в основном при бурении скважин ротор­ным способом. При бурении забойными двигателями также ис­пользуют жесткие компоновки, устанавливая центраторы над долотом и двигателем.Гироскопический эффект используют только при бурении с помощью турбобуров. В качестве гироскопа используют отрезок УБТ максимально возможного диаметра. Иногда между долотом и отрезком УБТ помещают калибратор-центратор. До начала буре-

ния скважины буровая бригада должна быть ознакомлена с конст­рукцией КНБК, ее назначением и правилами эксплуатации. Выб­ранная компоновка нижней части бурильной колонны должна обес­печивать возможность бурения на оптимальных режимах с мини­мальной интенсивностью искривления.

Выбор технических средств для предупреждения искривления скважин нужно производить для конкретных геологических усло­вий по интервалам бурения скважины. При этом необходимо учи­тывать следующее:

агрегаты реактивно-турбинного бурения (РТБ диаметром 920 мм и более) и роторно-турбинные буры (РТБ диаметром 760, 640, 590, 490 и 445 мм), сочетающие в себе сниженный центр тяжести, реактивное движение или роторное вращение системы, наиболее эффективны для вертикальной проводки верхних интервалов глу­боких и сверхглубоких скважин больших диаметров (445 мм и бо­лее) в сложных геологических условиях, способствующих естествен­ному искривлению скважин;

компоновку ступенчатого бурения, позволяющую одновремен­но проводить пил от-скважину долотами диаметром 295 мм и рас­ширителями до диаметра 394 мм, необходимо применять для вер­тикальной проводки верхних интервалов глубоких скважин диа­метром 394 мм в геологических разрезах, сложенных устойчивыми крутопадающими перемежающимися породами, способствующи­ми естественному искривлению скважин;

бурение пилот-скважин и последующее расширение до номи­нального диаметра целесообразно в породах, не способствующих естественному искривлению скважин;

компоновки роторного бурения с повышенной жесткостью и сниженным к долоту центром тяжести за счет использования УБТ максимально возможного диаметра с центрирующими элемента­ми или без них необходимо применять в мягких породах с пропла-стками твердых слоев, где отсутствует контакт калибрующих и цен­трирующих элементов со стенками скважины;

жесткие компоновки нижней части бурильной колонны с ка­либраторами, центраторами и стабилизаторами при различных способах бурения эффективны в устойчивых породах, в которых обеспечивается контакт опорных элементов компоновки со стен­ками скважины;

на устойчивость компоновки нижней части бурильной колонны большее влияние оказывает частота вращения, чем осевая нагрузка;

в порядке уменьшения интенсивности искривления скважин существующие долота распределяются следующим образом: лопа­стные о'дношарошечные, алмазные, трехшарошечные, многоша­рошечные.

В геолого-техническом наряде на проводку скважины приво­дятся типы применяемых компоновок нижней части бурильной

колонны с указанием их элементов и размеров по интервалам бу­рения, а также режимы бурения в этих интервалах.Компоновку нижней части бурильной колонны применяют не­посредственно из-под кондуктора, башмака промежуточной ко­лонны или с начала бурения долотами, диаметр которых соответ­ствует диаметру компоновки. Необходимо иметь в виду, что при спуске компоновки в участок ствола скважины, пробуренной без ее применения, указанный интервал должен быть тщательно про­работан. Спуск компоновки в такую скважину-без проработки ка­тегорически запрещается во избежание ее заклинивания.При каждом подъеме бурильного инструмента бурильщик дол­жен осмотреть и замерить калибрующие и опорные элементы и результаты записать в буровой журнал. Износ калибраторов и цен­траторов допускается не более 2...3 мм по диаметру. Допустимый износ квадратных УБТ 1,5...2 мм.Компоновки с замененными элементами в необсаженной ча­сти ствола нужно спускать осторожно, не допуская посадок ин­струмента.

\

Рис. 8.2. Компоновка низа бурильной колонны для борьбы с искривлением скважин:

^а, б — компоновки низа с использованием принципа отвеса; в, г, д— с исполь­зованием маятникового эффекта; е— к — жесткие компоновки .

При возникновении даже небольших посадок инструмента сле­дует приподнять его и зауженный интервал ствола проработать с жесткой компоновкой.

В процессе бурения необходимо замерять направление ствола сква­жины через определенные интервалы глубины (но не более 50 м).

Для измерения искривления скважины применяют инклино­метры. После окончания бурения скважины или через определен­ные интервалы проходки каротажная партия измеряет углы а и ф при помощи специальных приборов, называемых инклинометрами. Инклинометр замеряет углы наклона до 45... 50°. Результаты изме­рений инклинометром представляются в виде таблиц углов накло­на а и азимута ф через 25 или 50 м глубины. Результаты измерений изображаются в виде графиков проекций ствола скважины на го­ризонтальную плоскость в различных масштабах (рис. 8.3). Эти гра­фики называются инклинограммами. На них указываются направле­ние магнитного меридиана, горизонтальный масштаб и общее от­клонение. Кроме того, у каждой точки наносятся глубина и углы наклона.

В процессе бурения скважины искривление может иногда дос­тигать такой величины, что дальнейшее углубление скважины ста­новится или технически невозможным, или практически нецеле­сообразным. В этом случае возможны два варианта:

полная ликвидация скважины;

исправление искривленного ствола в той же скважине перебу-риванием.

Исправление ствола скважины можно производить как турбин­ным, так и роторным способом. Чтобы исправить ствол скважи­ны, прежде всего тщательно измеряют кривизну всей скважины

места наибольшего перегиба и выбирают ближайший верти-кальный участок ствола скважины против мягких пород. Ниже вер­тикального участка ставят цементный мост. После того как цемент достаточно затвердеет, спускают бурильную колонну и забурива­ют новый ствол скважины.

Для забуривания рекомендуется подбирать такой интервал, кре­пость пород которого ниже крепости цементного камня. Бурение начинают «с навеса», т.е. дают чрезвычайно медленную подачу, которая равно распределяется в течение нескольких часов и со­ставляет не более 10... 12 см/ч.

В период забуривания необходимо постоянно следить за шла­мом. Как только уступ вырабатывается, т.е. в шламе больше не содержится цемент, долоту следует дать несколько увеличенную подачу (около 20 см/ч), продолжая следить за шламом. Если в шламе цемент не появляется, то осевую нагрузку постепенно увеличива­ют до нормальной. При забуривании ствола гидравлическими за­бойными двигателями используют обычное трехшарошечное до­лото.

Ствол скважины можно исправить и роторным способом. Поря­док забурийания и режим бурения при этом аналогичны описан­ным выше.