Бурение скважин в заданном направлении

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

Измерение искривления скважины

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

  Для измерения искривления скважины в настоящее время применяют  инклинометры и приборы с плавиковой кислотой. Приборы с плавиковой кислотой дают возможность измерять лишь угол 6 и применяются буровой бригадой для контроля за кривизной вертикальных скважин через каждые 25-30 м проходки.

  После окончания бурения скважины или  через определенные интервалы проходки каротажная партия измеряет углы σ и φ при помощи специальных приборов, называемых инклинометрами. Инклинометр замеряет углы наклона в виде таблиц углов наклона σ и азимута φ через 25 или 50 м глубины. Результаты измерений изображаются также в виде графиков проекций ствола скважины на горизонтальную плоскость в различных масштабах (рис. 2). Эти графики называются инклинограммами. На них обычно указываются направления магнитного меридиана, горизонтальный масштаб и общее отклонение. Кроме того, у каждой точки наносятся глубина и углы наклона.

  Из  приборов с плавиковой кислотой наиболее распространенный – прибор Петросяна (рис. 3), представляющий собой стальной корпус 1 с крышками, внутри которого помещен на осях 4 с заостренными концами полуцилиндр 3; центр тяжести последнего смещен относительно вертикальной оси корпуса, поэтому при наклоне прибора полуцилиндр поворачивается на осях 4 до тех пор, пока его центр тяжести не займет наинизшее положение. В полуцилиндре размещается прямоугольный пенал 5 с резиновой пробкой 6, в пазы которого вставляется стеклянная пластинка. Для центрирования прибора в бурильной колонне на корпусе имеются резиновые кольца 2.

     Для измерения зенитного угла пенал  заполняют наполовину плавиковой кислотой 20 %-ной концентрации и вставляют  в полуцилиндр. Собранный прибор помещают в длинную желонку между двумя пружинами, служащими для амортизации. В таком виде прибор спускают на канатике в бурильную колонну. При достижений глубины, на которой необходимо измерить зенитный угол, прибор оставляют в покое на 10-15 мин, после чего извлекают на поверхность. Если скважина искривлена, прибор в трубах также займет наклонное положение, соответствующее наклону скважины. При этом полуцилиндр повернется так, что плоскость стеклянной пластинки совместится с плоскостью искривления скважины, а от горизонтального уровня плавиковой кислоты на пластинке останется след. Угол между этим следом и нижней гранью пластинки равен зенитному углу скважины.

     Рис. 2. Инклинограмма по скважине 927 (Азербайджан)

      Рис. 3. Прибор Петросяна 

Профили наклонных скважин

   Профиль наклонной скважины должен быть выбран таким, чтобы при минимальной затрате средств и времени на ее проходку было обеспечено выполнение задачи, поставленной при бурении данной скважины.

   При бурении наклонно-направленных скважин  наибольшее распространение получили четыре типа профилей (рис. 4).

   Профиль I (рис. 4,а)—наиболее распространенный — состоит из трех участков: верхнего участка 1 — вертикального, второго участка 2, выполненного по плавной кривой, и третьего участка 3 —по наклонной прямой. Этот профиль рекомендуется в основном для бурения наклонных скважин на однопластовые месторождения с большими отклонениями при средней глубине скважины.

   Профиль II (рис. 4,б) состоит из четырех участков: верхнего участка 1 — вертикального, второго участка 2, выполненного по кривой с нарастающей кривизной, третьего участка 3— по наклонной прямой и четвертого участка 4 — по кривой с убывающей кривизной. Часто этот профиль применяется в несколько видоизменном виде — отсутствует участок 3, т. е. сразу за участком 2 с нарастающей кривизной следует участок 4 с убывающей кривизной. Профиль II типа обычно применяют при бурении наклонных скважин глубиной до 2500 м.

   Профиль III (рис. 4, в) менее распространен, чем первые два. Состоит из двух участков: верхнего участка 1 — вертикального, второго участка 2, выполненного по кривой, постепенно увеличивающей угол наклона ствола. Бурение скважин по такому профилю осуществляется в тех случаях, когда необходимо выдержать определенные за анные углы входа ствола скважины в пласт.

   Профиль IV (рис. 4, г) применяется при бурении глубоких наклонных скважин. Этот профиль отличается от предыдущих тем, что к вертикальному участку 1, участку 2, выполненному по кривой, и участку 3, представляющему наклонную прямую, добавляется криволинейный участок 4, характеризующийся снижением полученной кривизны, т. е. выполаживанием ствола, доходящим до вертикали, и прямой вертикальный участок 5. Профиль IV следует применять в тех случаях, когда нижний участок скважины имеет несколько продуктивных горизонтов.

   Рассмотренные выше профили представляют собой  кривую линию, расположенную в одной вертикальной плоскости. Такие профили называются профилями обычного типа. В бурении иногда приходится прибегать к профилям, которые представляют собой пространственную кривую линию, напоминающую винтовую или спиральную линию (профили пространственного типа). Скважины по профилю этого типа бурят в тех районах, где велико влияние геологических условий на самопроизвольное искривление ствола скважины. При построении профиля таких скважин стремятся максимально использовать закономерности самопроизвольного искривления скважин и тем самым свести к минимуму интервалы бурения с отклонителем. В Советском Союзе бурение наклонно-направленных скважин с профилем пространственного типа распространено в Грозненском нефтяном районе

    

     Рис. 4. Профили наклонных  скважин 
 
 
 

Отклоняющие приспособления для  бурения 

наклонных скважин

  Отклоняющие приспособления для  бурения наклонных  скважин турбинным способом. Для отклонения скважин от вертикали в большинстве случаев применяют отклоняющие приспособления (отклонители) и только в очень редких случаях бурят наклонную скважину без отклонителей, используя естественные условия искривления.

  При бурении наклонных скважин турбинным способом применяются следующие отклоняющие приспособления.

  Кривая  труба (рис. 5) представляет собой изогнутую у нижнего конца (не более 1,5 м) бурильную трубу или патрубок, навинчиваемый непосредственно на турбобур. Наиболее рациональные углы изгиба кривой трубы диаметром 168 мм — 2,5—5,0°. С помощью кривой трубы достигается набор угла наклона скважины до 20—25°. Темп набора угла скважины при использовании кривой трубы неравномерен, так как в процессе эксплуатации она теряет первоначальный угол изгиба.

    

  Рис. 5. Компоновка бурильной колонны с кривой трубой: 1 – кривая труба; 2 - турбобур; 3 – долото. 

  Кривой  переводник (рис. 6) представляет собой толстостенный патрубок с пересекающимися осями присоединительных резьб. Кривые переводники изготовляются с углом перекоса присоединительных резьб от 0,5° до 7°. Кривой переводник целесообразно применять в сочетании с укороченными турбобурами.

  

 Рис. 6. Компоновка бурильной колонны с кривым переводником: 1 – удлинитель; 2 – кривой переводник; 3 – турбобур. 

  Отклонитель Р-1 (рис. 7) выполняется в виде отрезка УБТ, оси присоединительных резьб которой перекошены в одной плоскости и в одном направлении относительно ее оси. Угол, образованный осью трубы и осью нижней присоединительной резьбы, принимается 2—3°, а угол, образованный осью трубы и осью верхней присоединительной резьбы,— 2—2,5°.

  

  Рис. 7. Компоновка бурильной колонны с отклонителем типа Р-1 

  Темп  набора угла наклона скважины (в  градусах на 10 м) определяется по формуле

(1)

где L_T, L_y — длина соответственно турбобура и удлинителя, м; α_п, α₁, α₂— угол перекоса соответственно нижней резьбы отклонителя, турбобура и удлинителя в скважине, градусы. Расчет по формуле (1) справедлив до величины угла наклона скважины 20°,

  Отклонитель Р-1 в составе упругих компоновок имеет длину 6—8 м, а в составе жестких компоновок 3—4 м.

  Отклонитель с накладкой — сочетание кривого переводника и турбобура, имеющего на корпусе накладку. Высота накладки выбирается такой, чтобы она не выходила за габариты долота.

  Отклонитель с накладкой при использовании односекционных турбобуров обеспечивает получение больших углов наклона скважины Его рекомендуется применять в тех случаях, когда непосредственно над кривым переводником необходимо устанавливать трубы малой жесткости (немагнитные или обычные бурильные трубы).

  Отклоняющее устройство для секционных турбобуров. При бурении скважин секционными турбобурами соединение валов и корпусов верхней и нижней секций турбобура осуществляется под углом 1,5—2°. Корпуса секций турбобура соединяются с помощью кривого переводника, а валы— с помощью соединительной муфты.

  Отклонители ОТ (отклонитель турбинный) и ОТС (отклонитель турбинный секционный). Эти отклонители разработаны во ВНИИБТ. ОТС широко распространены в нашей стране. Конструкция ОТС позволяет искривлять скважину в основном за счет асимметричного разрушения забоя. ОТС (рис. 8) выполняется в виде шпинделя, который соединяется при помощи кривого переводника с верхней секцией турбобура, что позволяет применять его в одно- и многосекционном исполнении. Одной из особенностей ОТС является специальное центрирующее устройство, которое устанавливают непосредственно над долотом.

  

  Рис. 8. Компоновка турбинного отклонителя ОТС:

  1 – долото; 2 – наддолотный калибратор; 3 – ниппель; 4 – вал; 5 – опора; 6 – кожух; 7 – шаровая опора; 8 – кривой переводник; 9 - турбобур; 10 – переводник с вваренными ножами 

  Центрирующее  устройство по трем граням имеет твердосплавные штыри. Диаметр его равен диаметру долота. В связи с этим поперечное селение ствола скважины приобретает конфигурацию, близкую к окружности. Кроме того, центрирующее устройство является как бы дополнительной радиальной опорой, способствующей уменьшению поперечных вибраций нижнего вала отклонителя.

  К преимуществам ОТС относятся  следующие: а) кривой переводник максимально приближен к долоту, что увеличивает эффективность работы отклонителя; б) значительно уменьшено влияние колебания осевой нагрузки на отклоняющую силу на долоте, что позволяет получить фактический радиус искривления, близкий к расчетному.

  Эксцентричный ниппель представляет собой отклонитель, выполненный в виде накладки, приваренной к ниппелю турбобура. Применяется этот отклонитель при бурении в устойчивых породах, где отсутствует опасность заклинивания или прихвата бурильной колонны.

  Упругий отклонитель состоит из специальной накладки с резиновой рессорой. Накладка приваривается к ниппелю турбобура. Этот отклонитель используют при бурении в породах, где эксцентричный ниппель неприменим из-за опасности прихватов.

  Отклоняющие приспособления для бурения наклонных скважин электробурами. При бурении наклонных скважин электробурами, кроме отклонителей, применяемых при турбинном способе, используется электробур с механизмом искривления. В механизме искривления валы двигателя и шпинделя сопрягаются под некоторым углом, что достигается применением зубчатой муфты сцепления. Наличие проводного канала позволяет использовать систему телеконтроля СТЭ, с помощью которой оперативно контролируются и корректируются параметры кривизны в процессе бурения.

  Отклоняющие приспособления для  бурения наклонных  скважин роторным способом. Отклонение ствола скважин от вертикали осуществляется с помощью клиновидных (рис. 9, а) или шарнирных (рис. 9,б) отклонителей. Отклонители применяют только в начальный момент для придания стволу скважины необходимого искривления. После того как ствол скважины отклонен в необходимом направлении, дальнейшие работы по искусственному искривлению ствола производят различными компоновками низа бурильной колонны при соответствующих режимах бурения. Отклонители используют несъемные, остающиеся в скважине, и съемные, удаляемые после того как пробурят в установленном направлении около 15 м нового ствола.

  Несъемные отклонители применяются в обсаженных скважинах.

     Рис. 9. Отклоняющие приспособления для бурения наклонных скважин роторным способом:                  а – работа с отклоняющим клином: 1 – установка клина; 2 – забуривание ствола; 3 – извлечение клина; 4 – расширение ствола; б – работа с шарнирным отклонителем: 1 – установка отклонителя; 2, 3 – забуривание наклонного ствола; 4 – расширение ствола