Причины, факторы и отрицательные последствия искривления скважин

В настоящие время под искривлением скважины понимают только самопроизвольное нарушение прямолинейности ствола скважины.

Преднамеренное изменение направления оси скважины с целью управления траекторией ствола относится к наклонно направленному бурению.

Самопроизвольное искривление скважин – это нежелательное явление. Его стараются предупредить или уменьшить.

При наклонно направленном бурении искусственно искривляют ствол скважины в предусмотренном интервале и контролируют направление скважины по мере ее углубления, чтобы достичь заданного пункта в массиве горных пород.

Механизм искривления скважин – очень сложный, еще достаточно не изучен, но считается, что главными причинами искривления является перекос наддолотной части буровой колонны в стволе и неоднородность свойств горных пород. (рис.16; 1- долото, 2- УБТ, 3- центратор)

Наибольший угол поворота нижнего конца компоновки равен

j =j пер+ j пов,

где, jпер – угол перекоса снаряда между двумя опорно -центрируемыми элементами (долото и центратор);

jпов – угол поворота нижнего конца компоновки за счет ее деформации под действием осевой нагрузки, Мизг от УБТ и других сил.

Перекос нижней части компоновки возникает из-за зазора между долотом и стенками скважины (технологический зазор).

Факторы (причины) самопроизвольного искривления скважин разделяются на 3 группы:

- геологические;

- технологические;

- технические;

Геологические факторы связаны с особенностями строения массива горной породы, в котором проводится скважина.

По характеру воздействия геологические факторы – распределенные, т.е. действующие на значительном интервале и локальные, которые оказывают кратковременное, но может быть и очень сильное воздействие на забойный инструмент и может вызвать резкий перегиб ствола скважины (попадание скважины на очень твердое включение или в карстовую пустоту). Их проявление носит случайный характер.

Некоторые факторы носят систематический характер на некотором интервале (анизотропия горной породы, пластовые формы залегания, наличие развитой трещиноватости и кавернозности).

Анизотропия горной породы – различие физико-механических свойств по разным направлениям. Отсюда и буримость разная.

Пластовое залегание горной породы приводит к тому, что когда скважина пересекает плоскость напластования, породоразрушающий инструмент работает на забое с неоднородной буримостью и ствол скважины изменяет направление.

Развитая система ориентированных трещин в горной породе также приводит к ее анизотропии, т.к. каждая трещина может рассматриваться как включения с нулевой прочностью.

Основными технологическими факторами являются:

- нагрузка на долото;

- частота вращения долота;

- расход промывочной жидкости и ее параметры.

Технические факторы:

- несоосность ротора и вышки;

- использование искривленного инструмента или с несоосными резьбовыми соединениями;

- отсутствие центрирующих устройств (особенно при расширении ствола скважины);

- отсутствие УБТ или их малый диаметр.

 

Отрицательные последствия искривления скважины:

1. Повышенный износ бурильных труб.

2. Увеличение затрат времени на СПО и повышение опасности прихватов.

3. Трудность при спуске обсадной колонны в скважину, а иногда и невозможность ее спуска до намеченной глубины.

4. Повышение опасности смятия обсадной колонны в интервале резкого перегиба оси скважины.

5. Формирование желобов в стенках скважины под воздействием бурильной колонны.

6. Сложность проведения ловильных работ (соединения с оборванными бурильными трубами).

7. Увеличение длины (протяженности) скважины.

8. Необходимость выполнения дополнительных работ (искривление ствола, перебуривание, лишние СПО и пр.).

9. Ошибки в определении позиции залежи, подсчете запасов углеводородов.

10. Повышение затрат на бурение одного метра скважины.

Иногда искривление скважины приводит к ее аварийному списанию и бурению нового ствола.

Для предупреждения искривления скважины необходим постоянный контроль за ее пространственным положением в массиве горной породы.

Направление оси скважины в любой ее точке может быть охарактеризовано двумя углами:

 

 

- зенитным q - между направлением оси скважины ОА в рассматриваемой точке и вертикалью ОО1;

- азимутальным a - измеряемым в горизонталь­ной плоскости по часовой стрелке между проек­цией оси скважины ОВ на эту плоскость и заданным направлением ON на север.

Графически искривленная скважина может быть представлена на профиле и инклинограмме.

Профиль – это проекция оси скважины на вертикальную плоскость.

Инклинограмма – проекция оси скважины на горизонтальную плоскость в принятом масштабе.

Апсидальная плоскость – это вертикальная плоскость, в которой находится ось скважины или касательная к ней в данной точке.

Если a=const, то и ось скважины располагается в одной апсидальной плоскости, а искривление скважины в таком случае называется плоским.

Основные геометрические характеристики искривленной (наклонно-направленной) скважины:

Но – протяженность скважины вдоль оси (длина скважины);

Нв – глубина скважины;

Dh= Но – Нв – удлинение скважины вследствие ее искривления;

А – отклонение забоя скважины, т.е. смещение забоя от вертикали, проходящей через устье.

При проектировании наклонно направленной скважины задается глубина сква­жины Нв, отклонение забоя А и азимут a.