Самопроизвольное искривление ствола скважины. Лекция 9

1. Самопроизвольное искривление ствола скважины

2. Основные понятия искривления скважин

R
Проекции оси скважины
на вертикальную и
горизонтальную
плоскости
Профиль скважины – проекция оси скважины на
вертикальную плоскость.
План скважины - проекция оси скважины на
горизонтальную плоскость.
Зенитный угол θ - угол меду осью скважины или
касательной к ней и вертикалью.
Азимут α - угол между направлением на север и
горизонтальной проекцией оси скважины или
касательной к ней, измеренный по часовой
стрелке.
Длина скважины L - расстояние между устьем и
забоем, измеренное по оси.
Отход S - длина горизонтальной проекции прямой,
соединяющей устье и забой скважины.
Глубина скважины h - длина вертикали,
соединяющей
устье
с
горизонтальной
плоскостью, проходящей через забой скважины.
Интенсивность искривления i - темп отклонения
скважины от ее первоначального направления по
зенитному углу или азимуту.
Радиус кривизны R - радиус дуги оси скважины,
искривленной с постоянной интенсивностью i.
Круг допуска - область вокруг точки проектного
забоя скважины.

3. Бурение вертикальных скважин

Вертикальной считается скважина, у которой устье и
центр круга допуска лежат на вертикальной прямой,
являющейся проектным профилем скважины, а
отклонение ствола от вертикали не превышает
радиус круга допуска.
Проводка строго вертикальных скважин представляет собой
сложный процесс, т.к. при бурении часто возникает
самопроизвольное искривление ствола, которое затрудняет
проводку и последующую эксплуатацию скважины, а также
приводит к увеличению стоимости бурения. Наиболее важное
значение обеспечение вертикальности ствола имеет для
глубоких и сверхглубоких скважин.

4. Определение

Искривлением ствола скважины называется нарушение его
прямолинейности.
Ось любой скважины, в том числе и забуренной строго
вертикально, в той или иной степени отклоняется от
прямой линии.
Самопроизвольное (естественное) искривление –
нежелательное явление, и поэтому его стараются
предупредить или уменьшить различными способами.
Главные причины искривления скважины:
• перекос наддолотной части бурильной колонны в стволе;
• неоднородность свойств разбуриваемых пород.

5. Причины естественного искривления скважин:

Причины искривления
Геологические
Анизотропия
горных пород
Слоистость,
сланцеватость
Перемежаемость
пород по твердости
Трещиноватость,
пористость,
наличие включений
Технологические
Осевая нагрузка
Частота вращения
Вид и качество
промывочной
жидкости
Технические
Состав КНБК:
диаметры отдельных элементов, толщина
стенки, длина элементов, места
установки центраторов,
калибраторов
Тип и конструктивные
особенности
породоразрушающего инструмента: форма
торца, тип вооружения,
фрезерующая способность

6. Общие закономерности искривления скважин

В
Изменение направления скважины в
крест слоистости горных пород
большинстве случаев скважины
стремятся занять направление,
перпендикулярное слоистости горных пород
или вдоль напластования пород.
Уменьшение зазора между стенками
скважины и бурильным инструментом
приводит к уменьшению искривления.
Установка в КНБК опорно-центрирующих
элементов существенно снижает
интенсивность искривления.
Увеличение жесткости бурильного
инструмента уменьшает темп искривления
скважины.
Увеличение осевой нагрузки приводит к
увеличению интенсивности искривления, а
повышение частоты вращения бурильной
колонны - к снижению искривления.
Величина интенсивности азимутального
искривления зависит от зенитного угла
скважины: чем он больше, тем меньше
интенсивность азимутального искривления
скважины.

7. Силы, действующие на наддолотную часть КНБК

• осевая составляющая сила от всех вышележащих сжатых УБТ;
• изгибающий момент, передаваемый от вышележащих изогнутых
УБТ и приложенный к верхнему концу наддолотной компоновки;
• собственный распределенный вес наддолотной компоновки;
• боковые силы (силы реакции стенки скважины на компоновку в
местах контакта);
• изгибающий момент в нижней части компоновки, возникающий на
долоте вследствие асимметричного разрушения горной породы на
забое;
• реакция забоя скважины, которую в общем случае можно
представить в виде двух сил: осевой составляющей и боковой силы;
• крутящий момент, передаваемый на долото;
• центробежная сила.

8. Действие отклоняющей силы на долото

Опорный эффект
Эффект маятника
Жесткая КНБК

9. Отрицательные последствия самопроизвольного искривления скважины

повышенный износ бурильных труб;
увеличение затрат времени на спускоподъемные операции и повышение
опасности прихватов;
значительные трудности при спуске обсадной колонны в скважину, а
иногда и невозможность спустить ее до намеченной глубины;
повышение опасности смятия обсадных колонн в интервалах резкого
перегиба оси ствола скважины;
формирование жёлобов;
сложность проведения ловильных работ (например, соединение с
оборванной частью бурильной колонны);
увеличение протяженности скважины по сравнению с прямолинейной,
пробуренной на ту же глубину;
необходимость проведения дополнительных работ (выправление ствола,
перебуривание отдельных интервалов, проведение контрольных замеров
кривизны и т.д.);
ошибки в определении позиции залежи, измерении мощности пласта, в
подсчете запасов;
повышение затрат на бурение скважины.

10. КНБК для предотвращения естественного искривления скважины

Жесткие КНБК – минимальная интенсивность искривления
скважины достигается за счет применения в составе компоновки
УБТ максимально возможного наружного диаметра и жесткости
и рационального размещения двух-трех (и более) опорноцентрирующих элементов, ограничивающих поперечное
смещение.
Отвесные (маятниковые) КНБК – минимальная
интенсивность искривления достигается за счет создания
эффекта маятника, который увеличивается с ростом зенитного
угла скважины. Эффект маятника может быть создан при
размещении в составе компоновки опорно-центрирующего
элемента на определенном расстоянии от долота.
Параметры КНБК для предотвращения естественного искривления
скважины определяются в результате специальных расчетов.

11. Опорно-центрирующие элементы КНБК

• Калибраторы - предназначены для калибровки по
диаметру ствола скважины и улучшения работы долот.
• Центраторы - предназначены для центрирования
бурильной колонны в месте их установки.
• Стабилизаторы - предназначены для центрирования
бурильной колонны на участке длины стабилизации для
стабилизация зенитного угла.
• Маховики - короткие УБТ, служат для уравновешивания
вращающейся массы вала ГЗД, устанавливается под валом
ГЗД.
• Расширители - предназначены для расширения ствола
скважины.

12.

13. Центраторы, стабилизаторы

14. Технические средства направленного бурения

На участках изменения кривизны ствола
скважины основным средством направленного
бурения является ГЗД-отклонитель, в конструкции
которого предусмотрен искривленный переводник,
установленный между корпусами шпиндельной и
рабочей секций или между корпусом ГЗД и УБТ.
Искривленный переводник представляет собой
обычный переводник, присоединительные резьбы
которого выполнены под углом друг к другу.
Угол искривления переводника определяется
расчетным путем в зависимости от необходимого
темпа искривления скважины: чем больше угол, тем
больше интенсивность искривления.
На участках стабилизации направленной
скважины используются «прямые» ГЗД с опорноцентрирующими элементами, установленными на
корпусе забойного двигателя. Угол искривления
переводника в этом случае равен 0.

15.

16.

Винтовые забойные двигатели для бурения
направленных скважин
прямой
отклонитель

17. ПОЛОЖЕНИЕ ВЗД -ОТКЛОНИТЕЛЯ В СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ

18. Переводник искривленный регулируемый

1 – переводник верхний; 2 – переводник нижний; 3 – палец;
4 – труба эластичная; 5, 6 – кольца; 7 – гайка.

19. Турбинные КНБК для бурения вертикальных скважин

20. Буры РТБ : слева – роторно-турбинный бур; cправа – реактивно-турбинный бур

1 – переводник;
2 – траверса;
3 – ниппель;
4 – переводник предохранительный;
5 – переводник глухой;
6 – турбобур;
7 – хомут верхний;
8 – груз-утяжелитель верхний;
9 – груз-утяжелитель средний;
10 – груз-утяжелитель нижний;
11 – плита;
12 – переводник вала;
13 – долото.