3.2. Причины технического характера

Причины технического характера оказывают влияние на искривление скважин чаще при их забуривании.

Отклонение оси скважины от заданного направления в самом начале от устья может быть вызвано неправильной установкой станка, непрочным закреплением его на фундаменте, неисправным вращателем, а также отсутствием направляющей трубы, неточной ее установкой или недостаточно прочным закреплением (цементированием).

Величина отклонения скважины S на забое по этим причинам может составить:

, м, (3.8)

где L – глубина ствола, м; θ – величина ошибки по зенитному углу; Δα – величина ошибки по азимуту.

К техническим следует отнести неправильности конструкций буровых инструментов и приемов работы с ними, например, такие как:

1) работа погнутыми бурильными или колонковыми трубами, а также с эксцентриситетом в местах соединения бурового снаряда;

2) эксцентричное закрепление ведущей трубы в зажимных патронах шпинделя;

3) бурение породоразрушающими инструментами, имеющими разностенность;

4) бурение коротким или нецентрированным колонковым снарядом, особенно в породах перемежающейся твердости;

5) наличие больших зазоров между стенками скважины и колонковых наборов, что бывает при большом выпуске резцов твердосплавнй коронки или других причин;

6) несвоевременное закрепление обсадными трубами ствола скважины в разрушенных и рыхлых породах, что приводит к чрезмерному расширению скважины по диаметру;

7) применение бурильных труб малого диаметра в скважине большого диаметра;

8) переход на меньший диаметр бурения без применения специального переходного снаряда, состоящего из колонковых труб прежнего и последующего диаметров, соединенных переходником;

9) использование снарядов недостаточной жесткости при бурении с большими осевыми нагрузками.

3.3. Причины технологического характера

Причины технологического характера связаны со способами и параметрами режима бурения, что способствует неравномерному разбуриванию забоя и стенок скважины, образованию значительных зазоров между стенками скважины и снарядом, а также увеличению сил, отклоняющих колонковый снаряд от оси скважины.

Твердосплавные коронки с большим выпуском резцов на сторону (особенно ребристые коронки) образуют значительный зазор между стенками скважины и колонковым набором, в результате чего при разбуривании пород, неоднородных по твердости, создаются благоприятные условия для искривления скважины.

Разрушение пород алмазными коронками происходит наиболее равномерно; зазоры между стенками скважины и колонковым снарядом не превышают 1-2,5 мм, поэтому скважины искривляются в меньшей степени.

Существенное влияние на искривление скважины оказывает величина механической скорости бурения. Чем больше механическая скорость, тем меньше интенсивность искривления, так как время действия отклоняющих факторов, искривляющих скважину на данном интервале, при этом уменьшается.

Увеличение осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент способствует искривлению скважины, однако, если повышение осевой нагрузки сопровождается увеличением скорости углубки, то она является фактором, снижающим интенсивность искривления скважины. Если с повышением осевой нагрузки увеличивается изгиб набора, а скорость бурения не увеличивается, интенсивность искривления возрастает.

Увеличение скорости вращения бурильных труб способствует возрастанию центробежных сил, отклоняющих колонковый набор от оси скважины, но одновременно повышается устойчивость вращающегося вала (бурильной колонны) вокруг оси скважины, если его рассматривать как гироскопический маятник. Кроме того, с увеличением скорости вращения повышается механическая скорость бурения и, как было сказано выше, сокращается время действия факторов, искривляющих скважину. Поэтому увеличение скорости вращения снаряда принято считать фактором, снижающим интенсивность искривления скважин.

Существенное влияние на характер искривления скважин в однородных породах может оказывать направление вращения снаряда. В результате явления девиации при правом вращении снаряда скважина может иметь тенденцию к отклонению в левую сторону, особенно при малых зенитных углах (до 5-6°).

Чрезмерно интенсивная промывка в мягких породах, особенно при плохом качестве бурового раствора, вызывает размывание стенок скважины. Увеличение же диаметра скважины приводит к перекосу снаряда и отклонению скважины от заданного направления.

Для предотвращения искривления скважин следует предпринимать ряд мероприятий.

При перебуривании трещин и каверн следует использовать бурильные компоновки, длина которых больше размера каверны в направлении пересечения ее скважиной; перекрывать каверну большого размера колонной обсадных труб, производить заливки цементным, гельцементным растворами, которые после схватывания должны обеспечить перекрытие каверны в месте ее пересечения скважиной.

В процессе бурения наклонных скважин в однородных твердых породах применяют следующие меры борьбы с их искривлением (выполаживанием): 1) производить бурение компоновкой значительных продольных размеров; 2) осуществлять бурение с оптимальной осевой нагрузкий; 3) использовать бурильные трубы соответствующего диаметра, длинные жесткие бурильные компоновки с центраторами.

При переходе от большего диаметра скважины к меньшему следует применять компоновки, состоящие из колонковых труб двух размеров: снизу трубы меньшего диаметра и небольшой длины (в начале бурения 1-1,5 м), второй – предыдущего диаметра, достаточно длинной (3-5 м). Вторая труба обеспечивает нужное направление для забуриваемого ствола скважины. Трубы соединяют специальным ступенчатым переходником. При этом используют колонковые бурильные трубы повышенной жесткости.

При разбуривании ствола скважины необходимо применять аналогичную компоновку с направляющей трубой (шпинделем), соответствующей диаметру расширяемого ствола. Шпиндель позволяет сохранить направление разбуриваемой скважины. При бурении глубоких скважин в породах перемежающейся твердости и при больших зазорах между стенками скважины и снарядом необходимо применять удлиненные колонковые наборы.

При бурении скважин большого диаметра следует использовать бурильные трубы соответствующего диаметра и применять предохранительные кольца или калибраторы-стабилизаторы для уменьшения изгиба труб в скважине, размещая их на расстоянии, меньшем длины полуволны. Для сохранения прямолинейности вращающейся колонны бурильных труб необходимо использовать утяжеленные бурильные трубы, тогда колонна бурильных труб будет находиться в растянутом состоянии и это в значительной мере исключит возможность искривления скважины.

При бурении следует соблюдать следующие правила:

а) создавать осевую нагрузку в соответствии с прочностью и устойчивостью колонны бурильных труб и компоновки;

б) постоянно контролировать в процессе бурения величину осевой нагрузки, используя приборы – указатели веса;

в) применять бурильные трубы, диаметр которых наиболее соответствует диаметру скважины;

г) подбирать породоразрушающий инструмент с возможно меньшим зазором между стенками скважины и колонковой трубой, в противном случае осевую нагрузку следует снижать против нормальной для данных условий;

д) при бурении скважин большого диаметра создавать необходимую осевую нагрузку при помощи утяжеленных бурильных труб, что позволяет наиболее эффективно предупредить искривление скважин.

Основными признаками, указывающими на значительное искривление скважин, являются:

1) повышенный износ бурового инструмента, работающего в скважине, особенно бурильных труб и их замковых соединений;

2) затрудненное проворачивание подвешенного в скважине инструмента;

3) уменьшение нагрузки на крюке при спуске бурового инструмента и резкое ее увеличение при подъеме;

4) увеличение числа аварий, главным образом обрывов бурильных труб;

5) ненормальная работа бурового оборудования – перегрузка двигателя, перегрев узлов станка, используемых в выполняемой операции, повышенное давление на буровом насосе.

При появлении этих признаков необходимо произвести замер искривления скважины и принять меры к устранению возникшего осложнения [2].