Основні причини природного викривлення свердловин

► Причини викривлення свердловин умовно поділяють на:

• технічні;

• геологічні;

• технологічні.

Технічні причини викривлення свердловин пов'язані, в основному, з:

• неспіввісність талевої системи і стола ротора (погано відцентрована бурова вишка);

• неспіввісність стола ротора і напрямку свердловини (неправильно встановлено ротор);

• неспіввісність шахтового направлення і напрямку свердловини (неправильно встановлено шахтове направлення).

Примітка: такі причини викривлення свердловин мають вплив тільки при бурінні верхніх 80-100м;

• наявністю у нижній частині бурильної колони зігнутих труб або перекошених різьбових з'єднань при бурінні з допомогою вибійних двигунів;

• ексцентричність з'єднань елементів КНБК;

• радіальний люфт вала вибійного двигуна.

Напрямок стовбура свердловини в першу чергу залежить від КНБК і характеристик розбурюваного пласта.

Геологічні причини викривлення свердловин полягають у тому, що при бурінні в пластах, які різняться фізико-механічними властивостями порід, їх будовою та характеристиками за­лягання, швидкість руйнування порід в окремих точках вибою різна.

До основних геологічних причин, які мають найбільший вплив на викривлення, належать:

• анізотропія, шаруватість, сланцюватість, тріщинуватість гірських порід;

• похиле залягання пласта;

• часте чергування різних за твердістю і товщиною пластів;

• наявність зон із м'якими, незцементованими або сильно зруйнованими породами;

• наявність у розбурюваних пластах тектонічних порушень, каверн, порожнин;

• тверді включення в м’яких незцементованих породах.

Вплив анізотропії гірських порід на викривлення свердловин оцінюється буровим індек­сом анізотропії h, який, за A. Lubinski, характеризує відносну різницю між буримістю породи в двох напрямках — паралельному і перпендикулярному до площини шаруватості

, (7)

де , — відповідно механічна швидкість буріння перпендикулярно і паралельно до на­пластування.

За оцінками A. Lubinski, індекс анізотропії гірських порід може перебувати в межах від 0 до 0,75.

При бурінні в розрізах, представлених чергуванням порід різної твердості та похилих пластах (рис.4), долото руйнує породу нерівномірно. М'які прошарки розбурюються легше, як правило, з утворенням стовбура збільшеного діаметра, а при досягненні твердого прошарку (точка А), порода при розбурюванні чинить більший опір. Це приводить до виникнення моменту (М= r ·G ), який впливає на прогин ОБТ, а це в свою чергу сприятиме відхиленню долота від вертикалі в межах цього інтервалу (виникають умови, що сприяють викривленню свердловин).

Із практики відомо, що напрямок зміщення долота залежить від кута падіння

пласта.

Рисунок 9.4 − Вплив твердості і кутів падіння пластів на викривлення свердловин

Аналіз промислових даних показує, що на викривлення свердловин впливає як величина кута падіння пластів, так і ступінь анізотропії гірських порід.

Технологічні причини викривлення свердловин зумовлені впливом способів і режимів буріння, які приводять до нерівномірної розробки стінок све­рдловини і до нерівномірного руйнування вибою, а саме:

• осьове навантаження на долото і частота його обертання;

• ре­жим промивання свердловини;

• вибраний тип долота;

• вибраний спосіб буріння та інше.

При обертовому способі буріння основними режимними параметрами, які впливають на ви­кривлення свердловини, є осьове навантаження на долото і частота його обертання. Низ буриль­ної колони під дією цих параметрів згинається, і внаслідок цього вісь ОБТ відхиляється від осі све­рдловини.

На рис.5, за М.Г. Середою, показана схема впливу механічних факторів (осьового навантаження на долото) на викривлення стовбура свердловини в ізотропних породах.

Для викривленої свердловини із зенітним кутом α направляюча ділянка бурильної колони (нижня частина КНБК) торкається стінки свердловини у точці Т. У процесі буріння свердловини під впливом ваги на­правляючої ділянки G_H долото намагається прийняти вертикальне положення, а під впливом осьового навантаження на долото G_д — переміститися вздовж осі бурильної колони. Результуюча цих сил G_H , може бути розкладена на дві складові — силу G_д, направлену вздовж осі бурильної колони, і силу F, перпендикулярну до неї.

Якщо сила F направлена до вертикалі (вниз), то долото буде намагатися зменшити зенітний кут свердловини, і ця сила може бути названою випрямля­ючою силою (рис.5,а)

Якщо сила F=0, то наступає стабілізація зенітного кута свердловини і відповідно свердловина буде буритися похило (рис.5,6).

Якщо сила направлена від вер­тикалі (вверх), то долото буде намагатися збільшити зенітний кут викривлення свердловини, і ця сила може бути названою відхиляючою силою (рис. 5,в).

При бурінні в ізотропних породах значення і напрямок сили F визначається залежно від навантаження на долото, діаметра свердловини і ОБТ, та зенітного кута свердловини.

При створенні осьового навантаження на долото збільшується прогин нижньої частини бурильної колони, точка Т наближається до долота і складова ваги направляючої ділянки G_H, зменшується, що приво­дить до зменшення випрямляючої сили F. При подальшому підвищенні навантаження на долото може наступити стабілізація (F= 0), а потім — збільшення зенітного кута свердловини (F стає відхиляючою силою).

Рисунок 5− Схема впливу механічних факторів

на викривлення стовбура свердловини в ізотропних породах:

а— зменшення зенітного кута; б— стабілізація зенітного кута; в— збільшення зенітного кута

До технологічних причин належить також ре­жим промивання свердловини, який сприяє роз­миванню стінок свердловин, що може привести до збільшення зазорів між стінкою свердловини та КНБК, а це приводить до її викривлення.