9 Викривлення свердловини
9.1 Поняття про викривлення свердловини
Нафтогазові свердловини є вертикальні, похилі, і похило-викривлені. У першому випадку вживають заходи спрямовані на попередження викривлення, а в другому і третьому бурять свердловину з похилим або похиловикривленим положенням її осі у відповідності з проектним.
Положення осі свердловини в будь-якій точці прийнято характеризувати трьома величинами:
1 Зенітним кутом , тобто кутом між вертикаллю і дотичною до осі в даній точці;
2 Азимутальним кутом , тобто кутом між напрямком на північ і проекцією до осі в даній точці на горизонтальну площину (взятий за годинниковою стрілкою);
3 Зміщенням (альтитудою), тобто найкоротшою відаллю між проекцією даної точки на горизонтальну площину і устям.
Розрізняють декілька типів причин, які сприяють мимовільному викривленню свердловин.
Причини геологічного характеру:
a) анізотропія, шаруватість, сланцюватість, тріщинуватість гірських порід;
б) часте чергування порід з різними механічними властивостями, особливо при їх похилому заляганні;
в) наявність у розбурюваних пластах тектонічних порушень, каверн, порожнин;
г) тверді включення в м’які незцементовані породи.
Причини технічного характеру:
а) наявність у нижній частині бурильної колони при (бурінні з допомогою вибійних двигунів) зігнутих труб або перекошених різьбових з’єднань;
б) непрямолінійність ведучої труби та наявність перекосів у з’єднанні ведучої труби;
в) неспіввісність талевої системи і стола ротора;
г) неспіввісність стола ротора і направлення.
Слід відмітити, що дія останніх двох причин проявляється на порівняно невеликій глибині: від декількох метрів до декількох десятків метрів, і дуже рідко - до сотень метрів.
Причини технологічного характеру
а) втрата стійкості нижньої частини бурильної колони;
б) неправильне співвідношення діаметрів ОБТ і свердловини;
в) неправильний вибір кількості, місця встановлення і конструкції пристосувань, які центрують нижню частину бурильної колони в свердловині;
г) застосування режиму буріння, параметри якого не відповідають конструкції нижньої частини бурильної колони і геологічним умовам залягання гірських порід.
Негативні наслідки мимовільного викривлення свердловини:
1 Порушується проектна сітка розміщення вибоїв свердловин, що зможе призвести до зниження їх сумарного дебіту, коефіцієнту нафтовіддачі пластів, необхідності буріння додаткових свердловин;
2 Інтенсивніше зношуються бурильні труби, бурильні замки, з’єднуючі муфти, що веде до збільшення імовірності аварій бурильної колони;
3 Збільшуються довжина ствола свердловини, витрати на її спорудження, сила тертя між трубами і стінками свердловини;
4 Ускладнюється виконання спуско-підіймальних операцій;
5 Зростають затрати потужності на буріння;
6 Імовірніші жолобоутворення і обвалювання порід внаслідок інтенсивного тертя бурильної колони об стінку викривленого ствола свердловини;
7 Стираються обсадні труби проміжної колони (кондуктора);
8 Затруднюється спуск обсадних колон у свердловину, що може призвести до недопуску їх до проектної глибини;
9 Збільшується небезпека зім’яття труб обсадних колон у місцях різких викривлень ствола свердловини;
10 Ускладнюється цементування обсадних колон, так як у викривленій свердловині імовірніше прилягання колони до стінки свердловини, внаслідок чого має місце одностороннє цементування;
11 Збільшується об’єм інклінометричних робіт у свердловині та ускладнюється їх проведення.
Буріння похило-направлених свердловин ведеться у таких випадках:
при необхідності пробурити свердловину під дно моря, озера, річки, каналу, а також під яри і гори;
коли буріння ведеться з намивних дамб, естакад, плавучих бурових установок, на болотистих і густо лісистих площах, а також площах, зайнятих заповідниками;
з метою збереження орних земель і лісових угідь;
при бурінні під промислові об’єкти та населені пункти;
при бурінні свердловин, які закінчуються декількома вибоями;
при розкритті продуктивних пластів, що залягають під тектонічно порушеними ділянками земної кори;
при забурюванні нового ствола внаслідок неліквідованої аварії в свердловині;
при гасінні палаючих фонтанів та ліквідації відкритих викидів.
Велике значення при похилонаправленому бурінні має правильний вибір профілю свердловини. Раціональний профіль дозволяє скоротити до мінімуму роботи з відхилювачем, забезпечує необхідне зміщення вибою і допустиму інтенсивність викривлення, а також вільний прохід по стволу КНБК. Профіль повинен дозволяти експлуатувати свердловину глибинними насосами, в тому числі і штанговими насосами, причому повинно виключатися протирання насосно-компресорних труб штангами і обрив останніх.
Профіль похилої свердловини необхідно вибирати таким чином, щоб при мінімальних затратах часу і засобів довести їх до проектної глибини без будь-яких ускладнень, забезпечивши необхідну якість її для тривалої і безаварійної експлуатації.
Широко застосовуються і відповідають практично всім геолого-технічним умовам буріння і експлуатації профілі свердловини п’яти типів рис. 9.1).
1-вертикальна ділянка;2-ділянка набору кривизни;3-ділянка стабілізації; 4-ділянка зменшення кривизни;5-вертикальна ділянка
Рисунок 9.1 – Профілі похилих свердловин
Основним заходом, спрямованим на попередження викривлення вертикальних свердловин і буріння спрямованих, є вибір конструкції низу бурильної колони (КНБК), яка забезпечує проходку свердловини з високими показниками роботи долота в найрізноманітних геологічних умовах.
За принципом дії КНБК поділяють на три групи:
1 Компоновки, що працюють на принципі виска (маятника);
2 Компоновки, що працюють на принципі центрування долота в свердловині;
3 Компоновки, що працюють на використанні гіроскопічного ефекту мас, що обертаються.
Незалежно від способу буріння технологія проведення похилих свердловин основана на використанні геологічних умов, які сприяють викривленню свердловини та на застосуванні спеціальних відхилюючих пристроїв. При роторному способі буріння ствол свердловини відхиляється від вертикалі з допомогою клиновидних або шарнірних відхилювачів.
При турбінному бурінні для відхилення ствола свердловини від вертикалі застосовують різні конструкції відхилювачів, а саме: кривий перевідник, відхилювач з перекошеними різьбами, відхилювач з накладкою, ексцентричний ніпель, пружний відхилювач, турбінний відхилювач.
При бурінні з електробуром, крім відхилювачів, які встановлюють безпосередньо над двигуном (кривий перевідник, відхилювач з перекошеними різьбами), використовують механізм викривлення, який являє собою електробур, у якого завдяки застосуванню зубчатої муфти зчеплення вали двигуна і шпінделя з’єднуються під кутом.