Бурение скважин

Приведенная классификация  пород по степени их влияния на отклонение скважин может быть использована для выбора оптимальной компоновки нижней части бурильной колонны  с целью сохранения или изменения  отклоненного ствола скважины.

В соответствии с перечисленными факторами принимаются  меры по предотвращению искривления  скважин. В сложных геологических  условиях применяется особая компоновка низа бурильной колонны, включающая калибраторы и центраторы. Кроме того, необходимо:

• монтаж оборудования проводить в соответствии с техническими условиями;
• тип долота выбирать соответственно типу пород;
• снижать нагрузку на долото и т.д.

                      
 
1.3. Общие закономерности искривления скважин 
Анализ искривления скважин показывает,  что оно подчиняется определенным закономерностям,  но  для разных месторождений они различны и могут существенно отличаться.  Однако можно сформулировать следующие общие закономерности искривления.       
 
1. В большинстве случаев скважины стремятся занять направление, перпендикулярное слоистости горных пород. По мере приближения к этому направлению интенсивность искривления снижается. 
 
2. Уменьшение зазора между стенками скважины и инструментом приводит к уменьшению искривления. 
 
3. Места установки центрирующих элементов и их диаметр весьма существенно влияют на направление и интенсивность зенитного искривления. 
 
4. Увеличение жесткости инструмента уменьшает искривление скважины, поэтому скважины большего диаметра искривляются менее интенсивно, чем скважины малого диаметра. 
 
5. Увеличение осевой нагрузки приводит к увеличению интенсивности искривления, а повышение частоты вращения колонны бурильных труб - к снижению искривления. 
 
6. Направление и интенсивность азимутального искривления зависят от геологических факторов. 
 
7. Абсолютная  величина  интенсивности  азимутального искривления зависит от зенитного угла скважины.  С его увеличением интенсивность азимутального искривления снижается. 
 
  
 
2.  Измерение искривления скважин 
В процессе бурения необходим постоянный контроль за положением оси скважины в пространстве. Только в этом случае можно построить геологический разрез и определить истинные глубины залегания продуктивных пластов, определить положение забоя скважины и обеспечить попадание его в заданную проектом точку.  Для этого необходимо знать зенитные и азимутальные углы скважины и глубины их измерений. Такие замеры производятся с помощью специальных приборов,  называемых инклинометрами.   
 
По способу измерения и передачи информации на поверхность инклинометры подразделяются на забойные,  производящие измерения и передачу информации в процессе бурения,  автономные приборы,  опускаемые внутрь колонны бурильных труб и выдающие информацию только после подъема инструмента, и инклинометры, опускаемые в скважину на кабеле или тросе. 
 
В первом случае информация от забойных датчиков по каналу связи передается на поверхность,  где и расшифровывается.  В настоящее время используются как проводные, так и беспроводные каналы связи. Проводной канал связи широко используется с электробурами, так как в этом случае возможна передача сигнала с забоя по силовому кабелю. На этом принципе работает телесистема  СТЭ.  Существуют  системы с встроенными в каждую бурильную трубу кабелями,  соединяемые разъемами, линии с индукционной связью и линии из цельного сбросового кабеля.  Такие линии связи обеспечивают высокую передающую способность, но они достаточно дороги, осложняют спуско-подъемные операции, имеют низкую стойкость из-за износа кабеля, создают помехи при ликвидации обрывов бурильных труб. 
 
К беспроводным каналам связи относятся гидравлический, электрический, акустический и некоторые другие. В гидравлическом канале информация передается по промывочной жидкости в виде импульсов давления, частота, фаза или амплитуда которых соответствует величине передаваемого параметра.  Беспроводный электрический  канал связи основан на передаче электрического сигнала по породе и колонне бурильных труб. Однако в этом  случае с увеличением глубины скважины происходит значительное затухание и искажение сигнала.  На этом принципе работает система ЗИС-4 и ее модификации. 
 
Другие каналы связи пока не находят широкого применения.

Инклинометр состоит  из защитного кожуха, тросовой головки, чувствительного элемента (ЧЭ), арретирующего механизма, таймера, блока питания.

Защитный  кожух предохраняет инклинометр от механических воздействий и служит для защиты прибора от внешнего гидростатического давления столба жидкости в скважине. Кожух представляет собой трубу диаметром 42 мм из сплава Д16Т. Для увеличения скорости спуска инклинометра в скважине с вязкой промывочной жидкостью к нему присоединяется утяжелитель.

Тросовая  головка является универсальным узлом, обеспечивающим крепление прибора к тросу лебедки или к колонне бурильных труб. Головка состоит из верхнего наконечника и тросовой муфты.

Магнитно-гравитационный чувствительный элемент инклинометра является датчиком зенитного угла и  азимута и представляет собой  две полусферы, подвешенные в  подвижной рамке (рис. 5).

Нижняя полусфера (отвес) со смещенным вниз центром  тяжести вращается на агатовых подпятниках  в керновых опорах рамки и обеспечивает индикацию зенитного угла. В отвесе, перпендикулярно плоскости среза  полусферы, установлен подпружиненный керн, на котором свободно вращается  на агатовом подпятнике верхняя полусфера (картушка), являющаяся датчиком азимута, так как вклеенные внутри ее два  постоянных магнита ориентируют  картушку в направлении магнитного меридиана Земли. Рамка с полусферами  вращается вокруг оси инклинометра на бронзовых подшипниках и, благодаря  эксцентрично расположенному центру тяжести, всегда самоустанавливается в апсидальной плоскости скважины [5].

Рис. 5. Сферический чувствительный элемент автономного одноточечного  инклинометра ИОК-42 ВИТРа.

1 – магниты; 2 – картушка компосная (азимутов); 3, 4 – керн, подпятник; 5 – отвес со шкалой зенитных углов; 6 – пружина; 7 – втулка; 8 – керн картушки; 9 – рамка апсидальная; 10 – стакан из оргстекла; 11 – основание (дно) картушки; 12 – подпятник

По взаимному  расположению сферы отвеса и указателя, закрепленного на рамке, определяют зенитный угол, по расположению осей магнитов относительно апсидальной плоскости, нанесенной на нижней полусфере (отвесе) – азимут.

Арретирующий механизм фиксирует установившееся в точке замера состояние чувствительного элемента и обеспечивает неизменность взаиморасположения полусфер и рамки при подъеме инклинометра из скважины и при отсчете показаний. 

 
Забойные инклинометрические системы позволяют постоянно контролировать положение скважины в пространстве,  что является их бесспорным преимуществом. Кроме замеров зенитного угла и азимута с помощью таких систем одновременно измеряются непосредственно на забое скважины и другие параметры процесса бурения,  а также характеристики проходимых пород. Однако применение телеметрических систем существенно увеличивает себестоимость работ. 
 
Автономные инклинометры опускаются (бросаются) внутрь колонны бурильных труб и производят измерение зенитного угла и азимута в процессе бурения,  но информация на поверхность не передается,  а хранится в памяти прибора и считывается  из нее после подъема колонны бурильных труб. Разрешающим сигналом для замера является, как правило, остановка процесса бурения, а при бурении инклинометр отключается. За один спуск инструмента может быть произведено до 50 замеров в зависимости от типа инклинометра.  
 
Наибольшее распространение в  настоящее время у нас в стране получили инклинометры, опускаемые в скважину на кабеле. При их применении на замеры  параметров искривления требуется дополнительное время, но такие инклинометры просты по конструкции и имеют низкую стоимость. По способу измерения азимута их можно подразделить на приборы для измерения в немагнитной среде,  в которых азимут измеряется с помощью магнитной стрелки, и приборы для измерения в магнитной среде. 
 
Из первых наиболее известен инклинометр типа КИТ.  В его комплект входят глубинный прибор и панель управления. Глубинный прибор включает в себя измерительную часть и переключающее устройство,  помещенные в немагнитный корпус, заполненный демпфирующей жидкостью. К головке корпуса крепится одножильный кабель,  на котором глубинный прибор опускается в скважину.

 
Измерительная часть,  показанная на рис. 6, состоит из рамки, ось вращения которой совпадает с осью прибора.  Рамка может вращаться вокруг оси в подшипниках 11 и 12. В наклонной скважине рамка под действием эксцентричного  груза 1 устанавливается так,  что плоскость качания маятника 2 совпадает с апсидальной плоскостью скважины.  Связанная с маятником 2 стрелка 3 занимает относительно реохорда 4 положение,  зависящее от зенитного угла скважины Q. Магнитная стрелка 5 датчика азимута опирается на острие иглы 7,  занимающей всегда вертикальное положение. Это обеспечивается грузом 8,  расположенным ниже опоры.  Начало кругового реохорда 6 датчика азимута за счет эксцентричного груза 1 всегда располагается в апсидальной плоскости скважины. 
 
В верхней части рамки расположен коллектор с тремя контактными кольцами 9 и двумя парами щеток 10. 
 
Арретирование магнитной стрелки и отвеса и переключение датчиков на измерение зенитного угла или азимута производится переключающим механизмом, который приводится в действие электромагнитом, находящимся в глубинном приборе и управляемым с поверхности. В процессе спуска и подъема глубинного  прибора стрелка отвеса и магнитная стрелка дугами 13 и 14 прижаты к реохордам.  При остановке для замера параметров искривления они освобождаются, выдерживаются некоторое время для успокоения, затем вновь прижимаются к реохордам  и  производится  поочередное измерение зенитного  угла и азимута путем измерения величины сопротивления реохордов от начала до соответствующей стрелки. 
 
Для сокращения  затрат  времени  при измерении в процессе искусственного искривления скважины глубинный прибор инклинометра опускается внутрь колонны бурильных труб. При этом в КНБК включается 24-36 м ЛБТ. Для исключения влияния стальных труб глубинный  прибор  при  измерении должен находится не ближе 5 м от УБТ и 3 м от стальных замков ЛБТ. 
 
Шаг измерений инклинометром в различных условиях показан на рис.6. 
 
Контроль за измерениями производится путем повторных замеров, перекрытием предыдущих замеров и в особо ответственных случаях двумя инклинометрами.