Самопроизвольное искривление ствола скважины. Лекция 9 презентация

Основные понятия искривления скважин
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.
Проекции оси скважины на вертикальную и горизонтальную плоскости

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.

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.

Причины естественного искривления скважин:

Общие закономерности искривления скважин
В 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.

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.

Действие отклоняющей силы на долото
Опорный эффект
Эффект маятника
Жесткая КНБК

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.

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) опорно-центрирующих 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.

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.

Центраторы, стабилизаторы

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 опорно-центрирующими элементами, установленными на корпусе забойного двигателя. Угол искривления переводника в этом случае равен 0.

прямой
отклонитель
Винтовые забойные двигатели для бурения направленных скважин

ПОЛОЖЕНИЕ
ВЗД -ОТКЛОНИТЕЛЯ
В СТВОЛЕ СКВАЖИНЫ

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

Турбинные КНБК для бурения вертикальных скважин