Что такое интенсивность искривления скважины

Расчет фактической интенсивности искривления скважин

Интенсивность искривления – темп изменения зенитного, азимутального или пространственного углов на единице длины ствола скважины, поэтому различают интенсивность зенитного i_θ, азимутального i_α и пространственного i_φ искривления. Единицей измерения интенсивности искривления чаще является град/10 м, иногда град/м, град/100 м в зависимости от численного значения этого показателя.

Расчет интенсивности искривления необходим для выявления закономерностей искривления скважин и сравнения фактической интенсивности с допустимой. В интервалах бурения под кондуктор в большинстве районов интенсивность искривления должна быть не более 1,5 град/10 м, в интервалах установки насосного оборудования в период эксплуатации скважины не более 3 град/100 м, в интервалах снижения зенитного угла не более 5 град/100 м. Эти ограничения вводятся для снижения вероятности осложнений в процессе бурения и повышения межремонтного периода насосного оборудования при эксплуатации скважины.

Расчет интенсивности искривления ведется по формулам

(1.1)

(1.2)

(1.3)

где θ_н и θ_к – соответственно начальный и конечный зенитные углы на интервале, град; α_н и α_к – соответственно начальный и конечный азимуты скважины на интервале, град; φ – угол пространственного искривления ствола на интервале, град; l – длина интервала.

Величина угла пространственного искривления может быть рассчитана по аналитической формуле

(1.4)

или по приближенной формуле М.М. Александрова

(1.5)

где θ_ср – средний зенитный угол интервала

(1.6)

Задание для работы № 1

1. По данным инклинометрических замеров для скважины глубиной 1000 м определить интенсивность зенитного, азимутального и пространственного искривления для каждого двадцатиметрового интервала. Результаты расчетов представить в виде таблицы.

Интенсивность искривления скважины по интервалам

2. Выделить интервалы бурения вертикального ствола, искусственного искривления, стабилизации кривизны.

3. Для выделенных интервалов определить средние интенсивности искривления и радиус кривизны R.

Радиус кривизны рассчитывается по формуле

(1.7)

Расчет интенсивности искривления скважины

По программе Drilling Office

Для выполнения данной работы необходимо запустить программу Drilling Office, блок Survey Editor (Survey Editor не будет работать, если не создана баз данных по месторождению в DataBrowser).

Survey Editorиспользуется для создания графиков,файлов с данными новых замеров, импорта и экспорта этих файлов.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Источник

Искривление скважин и направленное бурение

При бурении скважины проектируются вертикальными или наклонными. Наклонными считаются скважины, отклонение которых от вертикали составляет: более 2º при колонковом бурении и более 6º – при глубоком бурении скважин.

Отклонение скважины от вертикали может вызываться естественными условиями или искусственно.

Естественное искривление обусловливается рядом причин (геологических, технических, технологических), зная которые, можно управлять положением скважины в пространстве.

Под искусственным искривлением скважин понимают любое принудительное их искривление. Наклонные скважины, направление которых в процессе бурения строго контролируется, называют наклонно направленными.

Наклонно направленные скважины подразделяют на одно- и многозабойные. При многозабойном бурении из основного, вертикального или наклонного ствола проходится дополнительно один или несколько стволов.

↑ ПРИЧИНЫ ЕСТЕСТВЕННОГО ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН

Влияние геологических условий в основном сводится к тому, что при бурении в породах, различных по физико-механическим свойствам, определяющим их буримость, скорость разрушения пересекаемых пород в отдельных точках забоя различна.

Геологические причины по степени проявления и важности обычно рассматривают в следующем порядке:

1) влияние перемежаемости различных по твердости пород и угла встречи скважины с пластом;

2) влияние анизотропии пород;

3) влияние геологических структур;

4) влияние наличия твердых включений в породе, зон дробления, трещиноватости и т. д.

При пересечении наклонно залегающих, перемежающихся и различных по твердости пластов скважина, как правило, закономерно искривляется при переходе из твердой породы в мягкую и из мягкой породы в твердую – в сторону твердой. Закономерность такого отклонения скважины определяется тем, что при одних и тех же параметрах коронки внедрение резца в мягкую породу всегда больше, чем в твердую. Этому же способствует разрушение буровым инструментом породы в стенке скважины, особенно при переходе из мягкой в твердую породу.

Интенсивность этого искривления в значительной мере определяется частотой перемежаемости пластов, изменчивостью их твердости и длительностью бурения на контакте между пластами.

Замечено, что чем значительнее неоднородность пород, тем больше искривление скважины.

В связи с этим наибольшее искривление скважин в вертикальной плоскости наблюдается при бурении по сланцам, где интенсивность искривления может достигать iθ = 0,07 град/м; наименьшее – в однородных монолитных породах, в которых часто iθ = 0,001 град/м.

При переходе скважины из породы одной твердости в другую большое значение имеет угол встречи ее с пластом γ. В зависимости от величины этого угла скважина может пойти: 1) без изменения своего первоначального направления, что характерно для горизонтально и полого залегающих осадочных пород; 2) искривившись в сторону твердой породы, и, реже,

3) пойти по контакту мягкой и твердой пород вниз по падению пласта. Последнее происходит при крутом залегании пород и в тех случаях, когда угол встречи γ не превосходит по величине некоторое критическое значение γкр.

Величина критического угла встречи изменяется для различных пород в пределах от 15 до 20°. На величину этого угла оказывают влияние: 1) тип породоразрушающего инструмента, 2) осевая нагрузка, 3) сила трения, возникающая между породоразрушающим инструментом и породой в процессе бурения и 4) твердость пород.

При встрече твердых перемежающихся и абразивных пород движение бурового инструмента по падению пласта наблюдается при меньшем значении критического угла встречи γкр, чем при встрече твердой породы, но неабразивной.

С увеличением осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент угол γкр, при котором скважина может пойти по падению пород, возрастает. Угол встречи скважины с пластом для снижения интенсивности искривления выбирают более 50°.

Перемежаемость неоднородных по твердости пород часто является причиной азимутального искривления скважин. При этом скважина может отклоняться влево или вправо, если смотреть по падению пласта, в зависимости от угла ее встречи с линией простирания пород и характера контакта, а также от соотношения сил сопротивления, воздействующих на породоразрушающий инструмент в твердой и мягкой породах.

При бурении скважина отклоняется в одной плоскости, если равнодействующая этих сил направлена перпендикулярно простиранию пород. При направлении равнодействующей под углом к простиранию пород может произойти азимутальное искривление.

Влияние структурных и текстурных особенностей пород на искривление скважин в достаточной степени отражается в их анизотропных свойствах.

Наибольшими анизотропными свойствами обладают различные слоистые горные породы. Анизотропностью обладают и некоторые другие породы, которые приобрели эти свойства в силу различных сдвиговых процессов, например: развития в породах сланцеватости, кливажа, трещиноватости и т. п. Поэтому метаморфизованные, раздробленные и трещиноватые породы также относят к породам с высокой степенью анизотропности. В меньшей степени анизотропность проявляется у изверженных пород. Некоторые из осадочных горных пород можно отнести к изотропным. К ним условно относят мел, мергель, известняк и др. Существует общая закономерность, по которой породоразрушающий инструмент всегда избирательно сдвигается в направлении наименьшего сопротивления породы. Скважина при этом стремится развернуться в направлении, перпендикулярном слоистости.

Влияние геологических структур на искривление скважин. Скважины, закладываемые в бортах антиклинальных и синклинальных складок, как правило, имеют тенденцию отклоняться в процессе бурения в направлении, перпендикулярном простиранию пород. Азимутально скважины чаще всего отклоняются в направлении, перпендикулярном оси антиклинали.

В связи с этим по азимутальному искривлению скважин можно производить уточнение простирания пород. С глубиной скважин интенсивность азимутального искривления чаще остается неизменной. Рассмотренные причины искривления скважин носят в основном закономерный характер.

При встрече в породах твердых включений, валунов, твердых конкреций и т. п. искривления скважин могут происходить как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.

Значительные искривления скважин, особенно наклонных, происходят в мягких несцементированных породах, в зонах тектонических нарушений, пустот и т. д.

К искривлению скважин могут привести обвалы, осыпи пород. Известны случаи забуривания нескольких новых скважин в месте завалов, что характерно для глинистых пород. Такие отклонения скважин чаще всего незакономерны. Изучение закономерности искривления позволяет заранее проектировать так называемый типовой профиль скважин с учетом естественного ее искривления на каждом конкретном месторождении.

Технические причины оказывают влияние на искривление скважин как при их забурке, так и в процессе бурения.

На искривление скважин при забурке влияет:

1) неправильная установка станка на основании;

2) неправильная установка шпинделя станка и направляющей трубы;

3) ненадежное закрепление вращателя на верхней станине станка;

4) неисправность вращателя – разработка втулок, наличие люфтов, износ направляющих штоков, подшипников качения и т. д.

Установка станка с наклоном в вертикальной плоскости приводит к увеличению или уменьшению зенитного угла.

В процессе бурения технические причины проявляются в перекосе бурового снаряда, который вызывается, как правило, применением: а) изогнутых буровых штанг и колонковых труб, б) несоосностью резьбовых соединений.

При применении короткого колонкового набора ось его отклоняется тем больше, чем короче его длина. При этом если используются колонковые трубы, имеющие некоторый начальный прогиб, отклонения могут увеличиваться. Однако следует иметь в виду, что на искривление скважин значительное влияние оказывает продольная устойчивость колонковых труб, которая снижается при увеличении их длины и уменьшении диаметра. Снижению устойчивости бурового снаряда способствует разностенность труб, их овальность и местные дефекты, связанные с изготовлением и эксплуатацией.

Искривление скважин наблюдается при применении неправильных компоновок бурового снаряда, при переходе с большего диаметра скважины на меньший и при расширении скважины. Искривление скважин усиливается несоответствием диаметров бурильных труб и скважины, при этом чем больше разница, тем интенсивнее искривление скважины.

При работе всегда стремятся свести на нет искривление скважин, вызываемое техническими причинами.

Технологические причины, приводящие к искривлению скважин, в первую очередь связаны со способом и режимом бурения. Опыт бурения показывает, что наименьшая степень интенсивности искривления присуща ударному, в несколько большей мере ударно-вращательному и наибольшая – вращательному способам. При вращательном бурении скважина закономерно отклоняется чаще в сторону вращения бурового инструмента.

Искривление скважин при колонковом бурении определяется видом истирающего материала, конструкцией породоразрушающего инструмента, а также режимными параметрами.

Интенсивность искривления во многом зависит от степени разработки стенок скважины, в которой находят отражение перечисленные факторы. При этом чем больше разработка ствола скважины, тем интенсивнее искривление.

Наименьшая степень разработки ствола скважин наблюдается при алмазном бурении: она составляет в породах VII–VIII категорий по буримости 1–1,5 мм; в породах X–XII категорий – до 0,5–1 мм. Объясняется это малым выходом резцов за боковые стороны коронки.

По степени разработки ствола скважины все виды колонкового бурения в зависимости от истирающего материала можно расположить в следующий ряд:

алмазное – твердосплавное – дробовое бурение.

При применении твердосплавных коронок наибольшая степень разработки стенок скважины имеет место при бурении по осадочным породам ребристыми коронками. Диаметр скважин в этих условиях может быть увеличен в процессе бурения в 2–3 раза.

Разбуривание стенок скважин при бурении дробью различно и зависит от 1) материала, диаметра дроби и коронки; 2) способа питания забоя дробью; 3) от количества подаваемой на забой промывочной жидкости и т. д.

Крупная чугунная и стальная дробь вне зависимости от способа питания вызывает более сильную разработку стенок скважины, чем мелкая дробь.

При всех видах истирающих материалов колонна бурильных труб под действием продольных сжимающих и поперечных центробежных сил теряет прямолинейную форму и, как правило, изгибается. Отклонение скважины может происходить с большей интенсивностью при малой жесткости колонны бурильных труб и колонкового снаряда и значительном зазоре между стенками скважины и буровым снарядом.

Бурение шарошечными долотами характеризуется большей степенью разработки стенок скважины. При этом чем мягче порода и больше величина зубьев шарошек, тем больше диаметральная разбуривамость стволов скважин. При бурении шарошечными штыревыми долотами в крепких породах разбуриваемость стенок, а следовательно, и величина искривления скважин значительно понижаются.

Повышая величину осевой нагрузки, можно добиться значительной интенсивности искривления, особенно в случаях: 1) бурения затупленными коронками; 2) применения коротких колонковых труб; 3) при применении специальных шарнирных устройств в составе снаряда.

С уменьшением осевого усилия в этих случаях искривление скважин снижается.

Этим пользуются при искусственном искривлении скважины, когда бурение ведут по заранее рассчитанным профилям.

Увеличение числа оборотов бурового снаряда рассматривается как фактор, способствующий снижению интенсивности искривления.

При повышении числа оборотов бурового инструмента возрастает механическая скорость бурения, а поэтому уменьшается время действия сил, вызывающих искривление скважины.

Применение высоких скоростей вращения бурового снаряда с использованием антивибрационных смазок и эмульсионных промывочных растворов способствует снижению интенсивности искривления скважин.

Влияние количества и качества промывочной жидкости на интенсивность искривления велико при бурении по легко размываемым породам. Применение в этих условиях промывочного раствора плохого качества может вызвать значительный размыв стенок скважин, а соответственно и более интенсивное отклонение оси бурового инструмента от оси скважины.

Источник

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН

Тема 8. НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ СКВАЖИН

1. Основные понятия и определения направленного бурения скважин.

2. Общие закономерности искривления скважин

3. Измерение искривления скважин

4. Типы профилей и рекомендации по их выбору

Основные понятия и определения направленного бурения скважин.

Вскрытие продуктивной толщи направленными, в том чис­ле горизонтальными и разветвленно-горизонтальными сква­жинами, позволяет:

· повысить продуктивность скважины за счет увеличения площади фильтрации;

· продлить период безводной эксплуатации скважин;

· увеличить степень извлечения углеводородов на месторож­дениях, находящихся на поздней стадии разработки;

· повысить эффективность закачки агентов в пласты;

· вовлечь в разработку пласты с низкими коллекторскими свойствами и с высоковязкой нефтью;

· освоить труднодоступные нефтегазовые месторождения, в том числе морские;

· улучшить технологию подземных хранилищ газа.

Направленной называют такую скважину, ко­торую пробурили вдоль запроектированной пространствен­ной трассы и попали в заданную цель, а ее забой и фильтро­вая зона не только располагаются в заданной области горных пород, но и ориентированы в соответствии с проектом отно­сительно простирания пласта.

Кроме совершенствования технологии разработки нефтя­ных месторождений направленные скважины также эф­фективны при:

· бурении в обход осложненных зон горных пород;

· бурении под недоступные или занятые различными объектами участки земной поверхности;

· глушении открытых фонтанов;

· вскрытии крутопадающих пластов и т.д.

Выбор конфигурации (трассы) ствола направленной скважины определя­ется следующими главными причинами:

1) одиночная скважина или куст скважин сооружается в данном месте;

2) наличие препятствий для заложения устья над забоем скважины;

3) расположение фильтра (вертикально, наклонно или гори­зонтально).

Конфигурация ствола скважины должна обеспечить:

· высокое качество скважины как эксплуатационного объ­екта;

· минимальные нагрузки на буровое оборудование при СПО;

· свободное прохождение по стволу скважины приборов и устройств;

· надежную работу внутрискважинного оборудования;

· возможность применения методов одновременной эксплу­атации нескольких горизонтов в многопластовых залежах;

· минимальные затраты на сооружение скважины.

Искривление скважин – это контролируемый процесс отклонения от первоначально заданного направления при бурении. Все скважины по различным причинам в той или иной мере искривляются. Искривление скважин бывает:

Искривление скважин сопровождается осложнениями, к ним относятся:

1) более интенсивный износ бурильных труб,

2) повышенный расход мощности,

3) затруднения при производстве спуско-подъемных операций (СПО),

4) 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.

В процессе бурения направленной скважины необходимо знать положение каждой ее точки в пространстве, для этого определяются:

1) координаты устья скважины;

2) параметры трассы (рис. 1), к которым относятся:

· зенитный угол θ— угол между осью скважины или касательной к ней и вертикалью,

Рисунок 1 – Элементы пространственного расположения скважин

Вертикальная плоскость, проходящая через ось скважины, или касательную к ней, называется апсидальной.

Кроме указанных величин направленные скважины характеризуются:

1) величиной отхода (смещения) S — длина горизонтальной проекции прямой, соединяющей устье и забой скважины;

2) глубиной по вертикали h— длина вертикали, соединяющей устье с горизонтальной плоскостью, проходящей через забой скважины (рис. 1).

Отклонение скважин от проектного положения происходит вследствие:

1) неправильного заложения оси скважины при забуривании

2) искривления в процессе бурения.

В первом случае имеют место причины субъективного характера, которые могут быть легко устранены. Для этого необходимо обеспечить:

· соосность фонаря вышки, проходного отверстия ротора и оси скважины;

· горизонтальность стола ротора, прямолинейности ведущей трубы, бурильных труб и УБТ согласно техническим условиям.

Во втором случае действуют объективные причины, связанные с неравномерным разрушением породы на забое скважины. Каждая из этих причин проявляется в виде сил и опрокидывающих моментов, действующих на породоразрушающий инструмент. Все эти силы и моменты могут быть приведены к одной равнодействующей и главному моменту.

Рисунок 3 – Механизм искривления скважин

При этом возможны четыре случая:

1. Все силы приводятся к равнодействующей, совпадающей с осью скважины, момент отсутствует (рис. 3, а). В этом случае обеспечивается бурение прямолинейной скважины. Таким образом, если искривление нежелательно, то необходимо создать вышеприведенные условия, что, однако, трудно достижимо.

2. Все силы приводятся к равнодействующей, направленной под углом к оси скважины, момент отсутствует (рис. 3, б). Под действием боковой составляющей равнодействующей силы происходит фрезерование стенки скважины, а следовательно, искривление. Интенсивность искривления зависит от:

1) физико-механических свойств пород,

3) механической скорости бурения

3. Все силы приводятся к равнодействующей, совпадающей с осью породоразрушающего инструмента и к опрокидывающему моменту относительно его центра(рис. 3, в). Вследствие этого между осью скважины и осью инструмента образуется некоторый угол ε, в результате чего и происходит искривление. Интенсивность искривления в этом случае практически не зависит от физико-механических свойств горных пород и фрезерующей способности долота, ось скважины представляет собой плавную линию близкую к дуге окружности, что облегчает все последующие работы.

4. Все силы приводятся к равнодействующей, не совпадающей с осью скважины, и к опрокидывающему моменту (рис.3,г). В этом случае искривление скважины происходит за счет совместного действия фрезерования стенки скважины и наклонного положения инструмента относительно оси скважины.

ВЫВОД: Возникновение вышеуказанных сил и моментов, действующих на породоразрушающий инструмент, происходит из-за множества причин, не все из которых известны. Все причины условно могут быть подразделены на три группы:

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН

Анализ искривления скважин показывает, что оно подчиняется определенным закономерностям, но для разных месторождений они различны и могут существенно отличаться. Общие закономерности искривления:

1. Скважины стремятся занять направление, перпендикулярное слоистости горных пород. По мере приближения к этому направлению интенсивность искривления снижается (рис. 4).

Рисунок 4 – Изменение направления скважины в крест слоистости горных пород

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.

6. Направление и интенсивность азимутального искривления зависят от геологических факторов.

Источник