книги / Решение геолого-технических задач при направленном бурении скважин

С.С.СУЛАКШ ИН В.В.КРИВОШЕЕВ В.И.РЯЗАНОВ

РЕШЕНИЕ

ГЕОЛОГО­

ТЕХНИЧЕСКИХ

ЗАДАЧ

ПРИ НАПРАВЛЕННОМ БУРЕНИИ СКВАЖИН

СПРАВОЧНОЕ П О С О БИ Е

МОСКВА "НЕДРА ' 1989

ПРЕДИ СЛОВИЕ

В Основных направлениях экономического и социального развития

СССР на 1986— 1990 годы и на период до 2000 года среди многих других определены и задачи геологоразведочной отрасли: «Ускорить внедрение прогрессивных методов поисков и разведки полезных ископаемых. Повысить уровень научного обоснования прогнозов и геолого-экономической оценки месторождений полезных ископаемых»1.

Решение этих задач в значительной мере связано с бурением геологоразведочных скважин, от числа и качества которых зависят не только затраты материальных средств, но и сроки ввода месторожде­ ний полезных ископаемых в эксплуатацию. Один из путей повышения эффективности и качества геологоразведочных работ— применение методов направленного бурения одно- и многоствольных скважин, позволяющих сократить сроки проведения и объемы работ, связанных с бурением, и в конечном счете уменьшить затраты денежных средств на поиски и разведку месторождений полезных ископаемых или геологические исследования.

Известно, что эффективность геологоразведочных работ зависит от качества пробуренных скважин, которое определяется следующими требованиями:

запасов или 1 км2 изученной площади; бурение скважин по наиболее рациональной траектории с допусти­

мым отклонением стволов скважин от заданного проектом направле­ ния;

обеспечение возможности построения геологических структур при условии точной привязки получаемых образцов пород или проб полезных ископаемых и их пространственного ориентирования.

Решение этих задач в значительной степени связано с проходкой искривленных скважин, так как практически при любом способе бурения стволы скважин отклоняются от заданного направления. Искривление скважин, возникающее самопроизвольно по ряду причин, 6 большинстве случаев играет отрицательную роль, так как может привести к значительным ошибкам в оценке месторождений, если отклонение от заданного направления не измеряется и не учитывается. Кроме того, можно неправильно выбрать способ вскрытия месторож­

3

Искривление скважин создает также технические трудности в процессе бурения, основными из которых являются:

значительный изгиб бурильных труб и снаряда, что приводит к усилению трения их о стенки скважины, более интенсивному износу бурильно! о инструмента (особенно бурильных и обсадных труб), разрушению керна, увеличению аварий вследствие обрыва бурильных и колонковых труб, повышению расхода энергии и, наконец, к прежде­ временному износу бурового станка;

затрудненность спуска и подъема бурильного инструмента, что снижает производительность труда, затрудненность, а иногда и невозможность спуска обсадных труб в скважину и деформация их в сильно искривленных участках;

сложность ликвидации аварий вследствие эксцентричного располо­ жения ловильного, и ловимого инструмента;

обрушение и обвалы стенок скважины в местах искривления при ударах изогнутой бурильной колонны о стенки и образование желобов в стенках скважин, вызывающих аварии при затяжке инструмента; невозможность вести бурение на форсированных режимах и, следовательно, невозможность использования больших скоростей станков нового типа и существенного повышения производительности

труда; трудность создания рациональной нагрузки на забой из-за большо­

го трения инструмента о стенки искривленной скважины; снижение качества тампонирования скважин; уменьшение процента выхода керна.

Кроме того, вследствие искривления в большинстве случаев увеличивается длина ствола скважины, что повышает расход средств на ее сооружение, а на исправление сильно искривленных скважин затрачивается много времени. В ряде случаев бурение сильно искривленных скважин прекращается.

Таким образом, при искривлении скважин значительно усложняется процесс бурения, снижается достоверность полученных данных при подсчете запасов и построении разрезов и повышается стоимость геологоразведочных работ. Поэтому с искривлением скважин необхо­ димо бороться, изучая причины и закономерности его. Используя закономерности искривления и увеличивая или уменьшая искусствен­ но его интенсивность, практически можно управлять траекторией скважины.

В настоящее время проблема направленного бурения становится еще более актуальной в связи с увеличением глубин, уменьшением диаметра геологоразведочных скважин. Это приводит к интенсивному естественному искривлению - и большому отклонению траекторий от проектных. Во многих геологоразведочных организациях в связи с этим приходится выполнять сотни циклов искусственного искривления скважин. В ряде случаев искривление приводит к такому существен­ ному отклонению траектории от проектной, что средства направлен­ ного бурения не позволяют выполнить поставленную геологическую задачу и большие отрезки скважин приходится перебуривать. Это связано с убытками в сотни тысяч рублей.

4

ВВЕДЕНИЕ

ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ПРИ НАПРАВЛЕННОМ БУРЕНИИ

Направленное бурение— бурение, при котором положение ствола скважины соответствует проектной траектории с допустимым отклоне­ нием забоя. Направленное бурение начинается с реализации мер борьбы с искривлением ствола скважины, или заключается в преднаме­ ренном его искривлении. Такое бурение ведется с использованием определенных способов и средств применительно к конкретным геологическим условиям с учетом требований методики разведки и экономической целесообразности.

При направленном бурении необходимо учитывать причины и закономерности естественного искривления и применять технические средства, приемы и технологию для приведения забоя скважины в заданную проектом точку.

При этом можно решать много различных задач. Как видно из табл. 1, в основном это задачи геологические: получение представи­ тельных данных при бурении скважин по наиболее рациональной траектории, пересечение изучаемых геологических объектов в различ­ ных интервалах дополнительными стволами с целью уточнения строения отдельных структур, поиска слепых и оконтуривания сложных рудных тел, отбора ориентированного керна и керна из пропущенных Пластов и т. д.

Наряду с этим при направленном бурении решается и ряд за­ дач технических и экономических: улучшение условий бурения сква­ жин при уменьшении интенсивности искривления; заложение скважин в точках, выбор местоположения которых ограничен; замена гор­ ных выработок, сооружаемых с целью отбора технологических проб, многоствольными скважинами; обход интервалов с тяжелыми ослож­ нениями; сокращение объемов бурения при использовании много­ ствольных скважин.

Успешное осуществление направленного бурения скважин, как показывает опыт, возможно только при глубоком анализе геолого­ структурных условий, от которых зависят: искривление скважин, возможность реализации запроектированных траекторий или профилей скважин и соответствующих схем разведки.

ления;

. 2) применение средств направленного бурения (НБ), уменьшающих или увеличивающих интенсивность естественного искривления скважин;

6

ских объектов в задан­ 4. Увеличение угла встречи залежи полезного иско­

Добуривание аварийных 20. Обход мест аварий или осложнений скважин

3) применение специальных технических средств и технологии при бурении многоствольных скважин.

СПОСОБЫ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Направленное бурение скважин при решении тех или иных задач может осуществляться различными способами с использованием: закономерностей естественного искривления скважин, специальных режимов или способов бурения, различных конструкций, параметров и

7

1. МЕТОДИКА РЕШЕНИЯ ГЕОЛОГО­ ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

1.1.ПОДСЕЧЕНИЕ ПЛАСТА ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО

ВЗАДАННОЙ ТОЧКЕ

Задача решается для следующих условий:

1)незначительное естественное искривление скважин;

2)высокие требования к качеству направленного бурения скважин;

3)значительная глубина скважин.

Методика проектирования траектории скважины

Для выявления закономерностей естественного искривления изме­ ряют искривление скважины. На месторождениях, сложенных пологозалегающими пластами, замеры зенитных и азимутальных углов группируют по любым скважинам. На месторождениях, сложенных крутопадающими пластами, имеющими достаточно выдержанное падение и простирание, замеры углов группируют по параллельному профилю. На месторождениях, сложенных крутопадающими пластами, имеющими невыдержанное простирание и падение, замеры искривле­ ния группируют по интервалам с постоянными совокупностями искривляющих факторов.

Определяют зависимость интенсивности искривления от глубины скважины и рассчитывают координаты проекций траектории скважины по двум взаимно перпендикулярным горизонтальной и вертикальной осям.

При сборе материалов в интервалах с постоянными совокупностя­ ми искривляющих факторов выявляют интенсивность искривления отдельных интервалов скважины. Для предотвращения интенсивного азимутального искривления следует рассчитать оптимальные азимуты их заложения. При выявлении закономерностей искривления с по­ мощью ЭВМ координаты вертикальной и горизонтальной проекций траектории скважины откладывают на геологическом разрезе и плане и соединяют прямыми линиями по линейке либо плавными линиями с помощью лекал.

При выявлении закономерностей искривления' безмашинным методом траектории проектируют по одной из приведенных ниже -методик.

1.Если бурение ведется в относительно изотропных пологозалегающих пластах, траектория скважины проектируется в виде прямой линии.

2.Если скважина задается по оптимальному азимуту в наклонных относительно изотропных или слабоанизотропных породах одинаково­

9

го состава, ее траектория проектируется с постоянной интенсивностью по всей длине.

3.Если скважина задается по оптимальному азимуту в анизотроп­ ных наклонно или вертикально залегающих пластах с одинаковой степенью анизотропности, ее искривление описывается зависимостью

K=f{L).

4.Когда интенсивность искривления для отдельных интервалов постоянна, но не равна интенсивности искривления в соседних интервалах, траектория скважины проектируется поинтервально. Та­ ким же образом следует проектировать скважины при использовании чередования способов бурения или смене типа породоразрушающего инструмента.

5.Когда по различным причинам невозможно заложить скважину по траектории естественного искривления в вертикальной и горизон­ тальной плоскостях, следует провести аналитический расчет координат пространственно-искривленной скважины. Эта же задача возникает при необходимости подсечения рудного тела дополнительным стволом с соседнего разреза, а также при существенном несогласии простирания рудных тел и главной плоскости делимости горных пород.

Забуривание скважины

При монтаже бурового оборудования следует уделять большое внимание правильности установки станка и ориентировке шпинделя. При забуривании скважины необходимо сохранять заданное направле­ ние в первоначальный момент и стремиться забурить ствол соосно со шпинделем при минимальной разработке стенок скважины. В качестве забурника следует использовать укороченные колонковые трубы, наращивая их длину по мере углубления ствола. Длина рейса при забуривании скважины не должна превышать длину колонкового набора.

Для забуривания скважин используют коронки и долота, форми­ рующие плоский забой и слабофрезерующие стенки скважины. Не следует применять шарошечные долота, поскольку они малоустойчи­ вы, а также твердосплавные и алмазные коронки с утолщенной матрицей, которые обусловливают увеличенный перекос бурового снаряда. До глубины 4—5 м бурить надо при пониженных значениях параметров режима.

Бурение прямолинейных отрезков

Бурение прямолинейных отрезков обеспечивается мероприятиями, способствующими уменьшению перекоса инструмента в скважине. Колонковый набор можно комплектовать как обычными колонковыми трубами длиной не менее 4,5— 5 м, так и удлиненными трубами (до 6—8 м) повышенной жесткости. В него надо вводить расширители, устанавливаемые выше кернорвателя и ниже, переходника, а также следует центрировать нижнюю часть бурильной колонны в интервале 10—20 м с помощью специальных устройств.

10