Министерство образования и науки Республики Казахстан

Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева

Кафедра технологии и техники бурения скважин

М.Т.Аршидинова, Б.В.Федоров

НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ СКВАЖИН

Учебное пособие для студентов специальности 050706 «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых»

Рекомендовано Научно – методическим советом Университета в качестве учебного пособия

Алматы 2013

УДК 622.233.6

Составители Б.В.Федоров, Аршидинова М.Т. Направленное бурение скважин. Учебное пособие для студентов специальностей 050706 «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых». - Алматы: КазНТУ, 2013.

Учебное пособие составлено в соответствии с типовой программой, утвержденной Министерством образования и науки Республики Казахстан и требованиями ГОСО специальности, а также предусмотрено учебно-методическим комплексом дисциплины «Направленное бурение».

Целью пособия является изучение технико-технологических средств, обеспечивающих проходку скважины по проектной траектории.

Для закрепления теоретического материала, изложенного в пособии, последнее включает практикум по решению задач, связанных с проектированием трасс направленных скважин и технологией их проведения.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 050706 «Геология и разведка месторождений полезных ископаемых» и может быть использовано студентами специальности 050708 «Нефтегазовое дело».

Ил. - 57, табл. - 16, Список лит. -13.

Рецензент – Кабдулов С.З., докт.техн.наук, профессор.

Печатается в соответствии с типовой программой, утвержденной Министерством образования и науки Республики Казахстан на 2011 год.

КазНТУ имени К.И.Сатпаева, 2013г.

Введение

Курс «Направленное бурение» является одной из базовых дисциплин для студентов специальности 050706. Знание указанного курса позволит студентам усвоить и применить на практике технику и технологию бурения, которые обеспечивают проведение скважин по заранее спроектированной трассе. Это, в свою очередь, повышает информативность буровых работ и их технико-экономические показатели.

Минимальные затраты средств наблюдаются в том случае, если скважина проходится по трассе (профилю), построенной с учетом естественного искривления скважин на данном геологическом объекте. Для построения такого профиля необходимо постоянно изучать закономерности искривления скважин при разных видах бурения и обеспечить получение объективной информации о ходе бурового процесса.

Эффективность буровых работ может еще более повышена при разведке месторождений с помощью многозабойных скважин, т.е. когда из основного ствола проходятся несколько дополнительных стволов. Это позволяет осуществить подсечение полезного ископаемого в нескольких заданных точках. Проходка многозабойных скважин позволяет снизить объемы бурения по вмещающим породам на 20-45%, монтажно-демонтажные работы, транспортные и другие виды работ, а также расход материалов и инструмента.

В учебном пособии приводятся приборы для измерения искривления скважин, технико-технологические средства для проходки одиночных и многозабойных направленных скважин, даются рекомендации по их рациональному применению. Учебное пособие также содержит практикум по направленному бурению, состоящий из наиболее часто встречающихся на производстве задач. Последние содержит 10 вариантов заданий, что позволяет повысить уровень самостоятельности подготовки студентов.

1 Основные термины направленного бурения

Азимут скважины - угол, образуемый вертикальными плоскостями проходящими через магнитный или астрономический меридиан и ось скважины (рис. 1.1).

Приращение азимута - разность между азимутами в конце и начале измеряемого интервала ствола скважины.

Зенитный угол скважины - угол, образуемый вертикалью и касательной к оси скважины в данной точке (рис.1.1).

Приращение зенитного угла - разность между зенитными углами в конце и начале измеряемого интервала бурения.

У гол наклона скважины - угол, образуемый горизонталью и касательной к оси скважины в данной точке.

Рисунок 1.1 Определение пространственного положения любой точки прямолинейной скважины

L_A – глубина расположения точки А по стволу скважины; X_A, Y_A, Z_A – координаты точки А

Апсидальная плоскость - вертикальная плоскость, проходящая через касательную к оси скважины в данной точке. (рис.1.2).

Апсидальный угол - угол между нулевой образующей прибора апсидальной плоскостью, измеренный в плоскости, нормальной к скважине. (рис.1.2)

Искривление скважины - раздельное или одновременное изменение зенитного угла и азимута скважины в процессе бурения.

Плоскость искривления (плоскость кривизны) – плоскость, в которой лежит ось искривленной скважины.

Рисунок 1.2 - Схема определения апсидального угла

Интенсивность искривления – отношение приращения азимута или зенитного угла на определенном интервале ствола скважины к длине этого интервала. Интенсивность искривления выражается в градусах на 10 и 100 метров.

Радиус кривизны оси скважины – радиус окружности, кривизна которой равна кривизне оси ствола скважины на данном интервале.

Трасса скважины - положение оси скважины в пространстве.

Профиль скважины - проекция оси скважины на вертикальную плоскость. (рис.1.1).

Инклинограмма - проекция оси скважины на горизонтальную плоскость (рис 1.1).

Естественное искривление скважины - любое непреднамеренное искривление скважины, вызванное геолого-техническими причинами.

Искусственное искривление скважин – преднамеренное искривление скважины при помощи отклонителей или специальных технологических приемов.

Направленное бурение – бурение скважины по заранее запроектированной трассе.

Плоскоискривленная скважина – скважина, имеющая только зенитное искривление.

Пространственно – искривленная скважина – скважина, имеющая азимутальное и зенитное искривления (рис.1.3)

Выполаживание скважины – искривление скважины, сопровождаемое увеличением ее зенитного угла.

Выкручивание скважины – искривление скважины, сопровождаемое уменьшением её зенитного угла.

Наклонная скважина – скважина, забуренная под углом к вертикали.

Вертикальная скважина – прямолинейная скважина, забуренная под зенитным углом, равным нулю.

Исправление искривляющейся скважины – возвращение ствола скважины на проектную трассу.

Ориентирование отклонителя – установка отклонителя в заданном направлении, осуществляемое прямым и косвенным методами. При прямом методе (например, метод клина) положение отклонителя в пространстве определяется относительно меридиана точки или ре­пера, координаты которого известны. Угол установка отклонителя (угол поворота отклонителя, угол ориентирования отклонителя) - угол между апсидальной плоскостью и плоскостью действия отклони­теля.

Искусственный забой скважины - опора отклонителя, создавае­мая искусственным путем в любой точке ствола скважины.

Многозабойное бурение - бурение, при котором из основного ствола скважины задаются один или несколько дополнительных ство­лов (рис.1.4).

Основной ствол скважины (начальный ствол скважины) - ствол скважины, из которого забуривается один или несколько дополнительных стволов.

Дополнительный ствол скважины (отклоненный ствол скважины) - отвод многозабойной скважины, пробуренный из основного ствола.

Кустовое бурение - последовательное бурение скважин, устья которых группируются практически на одной площадке (рис. 1.5).

Многоствольное бурение - бурение двух-трех стволов скважины, осуществляемое одновременно одним станком.

Контрольные вопросы к разделу 1

1. Дайте определение апсидальной плоскости?

2. Зенитный угол 30⁰, чему равен угол наклона скважины?

3. Дайте определение радиусу кривизны скважины?

4. Что такое трасса скважины?

5. Что такое профиль скважины?

Рисунок -1.3 Пространственно- искривленная

скважина

Рисунок - 1.4 Многозабойная скважина

Рисунок 1.5 – Кустовое бурение