книги из ГПНТБ / Танкибаев, М. А. Желобообразования при бурении скважин
.pdfопыту и интуиции бурильщиков и мастеров, основанных на некоторых внешних признаках последствий уже образован ного желоба (посадки, затяжки бурового инструмента й обсадных колонн и др.).
Все это приводило к неопределенности в выборе меро приятий по предупреждению тяжелых последствий желобообразования и сводило их к отдельным предосторожностям в виде снижения скорости движения инструмента прй спуско-подъемных операциях, при подходе к зоне вероятно го желобообразования, «басбошировании» в случаях при хвата и т. п. Вследствие этого, удельный вес аварий и осложнений, вызванных рассматриваемым явлением, в це лом по Советскому Союзу, оставался весьма высоким. Так, анализ аварий и осложнений, проведенный по буровым предприятиям треста «Мангышлакнефтегазразведка» за 1962—1970 годы, показал, что около 40% всех прихватов бурильного инструмента произошло вследствие его заклини вания в желобах [57], а в Таджикистане, на ликвидацию таких же последствий в период 1967—1968 годов было за трачено 45% всего аварийного времени [38]. При этом следует учесть, что приведенные данные далеко не пол ностью отражают затраты времени и средств, причиненные авариями, связанными с наличием желобов в бурящихся скважинах.
Все возрастающий объем буровых работ и увеличение глубин бурения, особенно в осложненных геологически* условиях, с затратой значительного времени на проводку скважины в целом, приводит к значительному повышению удельного веса аварий и осложнений из-за образования желобов, что в свою очередь, требует фундаментальны* исследований этих явлений, и прежде всего, разработки на дежных методов их обнаружения.
Развитие же методики обнаружения желоба неразрывно с теорией и с уровнем совершенства технических средств для исследования технического состояния скважины, а и частности приборов и методов для определения ее конфй' гурации.
Конфигурация является важным фактором, характерй' зующим истинное техническое состояние горной выработкиЛюбое отклонение от ее заданной цилиндрической формы И номинального диаметра указывает на осложненное состоЯ' ние и потенциально препятствует дальнейшей нормальной проводке и качественному завершению полного цикла стрО' ительства [56]. Знание фактической конфигурации необхо'
90
Димо для решения многих вопросов геологии, геофизики, Крепления, испытания и опробования.
При всей важности сведений для правильного решения Многих перечисленных вопросов применяемые на сегодня методы определения конфигурации недостаточно удовлетво ряют предъявляемым требованиям.
Существующие и перспективные методы определения ис тинного состояния ствола скважины по основному принци пу работы замеряющего его механизма можно подразде лить на четыре типа:
1) маятнико-гироскопические и магнитные — включают все разновидности инклинометров;
2)рычажные — к ним относятся: стандартный каверно мер, желобомер, профилемер, многорычажные профилемеры, коркомер, микрокаверномеры и другие;
3)оптические — подразделяются на телеметрические и фотографические;
4)ультразвуковые — основанные на регистрации отра женных акустических колебаний.
Перечисленные методы и приборы для их осуществления Далеко не в одинаковой степени удовлетворяют не только специальным требованиям по обнаружению желоба в част ности, но и по определению конфигурации ствола вообще.
В настоящей работе мы не ставили целью анализировать эффективность всех существующих или пригодных для определения конфигурации ствола скважин методов, тем
более, что такой анализ сделан в других |
наших |
работах |
[48, 49—53], поэтому ниже, более или |
менее |
подробно, |
остановимся на тех методах пли приборах, которые в при емлемых пределах применяются, могут быть применены или являются перспективными для обнаружения желоба, а также на вопросах интерпретации данных, полученных рассматриваемыми методами.
§1. ИНКЛИНОМЕТРИЯ
Метод инклинометрии для обнаружения желоба на стен ке ствола бурящейся скважины является обычным стан дартным исследованием кривизны на отдельных этапах бурения на различной глубине, с перекрытием ранее заме ренных интервалов. На основе данных замера строится го ризонтальная проекция по принципу снизу вверх (рис. 17), затем в соответствующем масштабе переносится на верти
91
кальную, по которой и судят о характере изменения ствола скважины, обусловленном наличием желоба [47, 49].
В основу разработки данного метода положены следую щие предположения:
1.Уход ствола скважины от вертикали (искривление) происходит в процессе разбуривания всего интервала и в самых различных направлениях в зависимости от геологи ческих и технологических факторов.
2.При спуско-подъемных операциях колонна бурильных
труб, вследствие веса своей нижележащей части, прилегает в местах резких перегибов к стенке скважины с определен ным усилием, направленным к вертикали, и вырабатывает желоб по некоторой плоскости, проходящей через верти кальную ось основного ствола для каждого участка искрив ления.
3. В момент разбуривания каждого интервала в отдель
ности образование желоба не имеет места, оно |
происходит |
несколько выше — в местах резкого перегиба |
только при |
спуско-подъемах инструмента. Поэтому некоторое время (в зависимости от конкретных условий)- на этих участках ствол скважины сохраняет свое первоначальное искривление, как
впервом предположении.
4.При замере кривизны скважины в нижних интервалах
инклинометр покажет первичное искривление по основному стволу, в средней и верхних частях при наличии желоба он должен давать отклонение от предыдущих замеров тех же участков. При этом имеется в виду, что в процессе подъема прибор, благодаря своему весу «по эффекту маятника»! всегда стремится к вертикали, занимая положение у стенки ствола, наиболее близкой и направленной в сторону верти кальной оси конкретного участка, т. е. по желобу (как во втором предположении).
Из изложенных предположений следует, что неоднократ ные замеры кривизны с перекрытием предыдущих интерва лов на отдельных этапах проводки скважины должны в ка кой-то мере охарактеризовать изменение ствола, обуслов ленное наличием желобообразования. При этом чем чаще такие замеры, тем характерней полученные результаты.
Замеры кривизны с перекрытием нами впервые проведе ны в 1963 году на скважинах месторождения Жетыбай. По двум из них (скв. 4,9) сделаны вертикальные проекции по результатам нескольких замеров кривизны, характеризую' щие изменение ствола скважины. Так, на рис. 25, 26 сплоШ' ными линиями (линия 1—4) показаны в хронологическом
02
с г * е $ /о /г н /е is sd
СНЗ/ HS3// I FFFR/r
v Р-г-Ч у/ Ггг=1»у/ И^гтЙ т •
Рис. 26. Замеры кривизны с перекрытием ранее замеренных интервалов.
/—глины; U—песчаники; III—алевролиты- IV—мергели; V—пески; VI—известняки; VII—глииы алевролитистые; VIII—мергели глинистые.
Рис. 25. 1, 2, 3, 4—профили скважины по замерам кривизны от
4. 03, 3,04, 13,05 и 30.06, 63 г; 5—предполагаемый про филь по номинальному диаметру долота.
93
порядке положения ствола (выработанного желоба) в вер' тикальной плоскости на отдельных этапах проводки скважин, пунктиром (линия 5) — предполагаемое положение ствола, пробуренного долотом.
Обработка данных замеров подтвердила правильность наших предположений.
Однако недостаток метода замера кривизны инклино метром, не гарантирующего правильности азимутального угла при малых значениях вертикального искривления а пределах 1°— 1°30'[7, 9, 10, 47, 49], снижает достоинств0 таких исследований по обнаружению желоба. Иными сло вами, мы получаем только качественные результаты, ука зывающие на начавшийся процесс желобообразованиЯ, возможные интервалы, направление, но при этом нельзя по лагаться на истинность таких количественных показателей, как глубина, ширина и протяженность желоба, так как я общей сложности они дают существенное искажение число вых значений на проекциях [47, 49]. Тем не менее резуль таты проведенных работ дают нам возможность рекомендо вать применение данного метода в целях качественного обнаружения начавшегося или имеющего место процесса образования желоба на стенках ствола скважины.
Забегая несколько вперед, следует отметить, что данные инклинометрии с перекрытием ранее замеренных интерва лов, могут оказать неоценимую помощь при определения наиболее опасных зон прихватов бурильного инструмента я желобах и выглядят предпочтительней более эффективного
вцелом метода профилеметрии, т. к. без учета информаций
опервичном н последующем изменении зенитных и азимУ' тальных искривлений рассматриваемого участка нельзя квалифицированно судить о процессе желобообразования, а тем более прогнозировать его.
§2. КАВЕРНОМЕТРИЯ С ОДНИМ РЕГИСТРИРУЮЩИМ РЫЧАГОМ
Стандартный каверномер СКО-11 позволяет определять усредненный диаметр ствола скважины, поэтому желоба, п° его показаниям, будут выражены небольшим расширение^ ствола и при интерпретации могут быть приняты за обыЯ' ные каверны.
В АО КазНИГРИ в 1963 году на базе стандартного ка' верномера СКО-11 разработан метод обнаружения желоба
94
при помощи каверномера с одним регистрирующим рыча гом, или, как мы его назвали, желобомера.
Скважинный прибор и наземная регистрирующая аппа ратура желобомера конструктивно не отличаются от стан дартного каверно.мера. Единственным отличием является то, что вместо усредненного диаметра, желобомер регистрирует максимальную ось по желобу, что достигается смещением центра тяжести корпуса прибора при рабочем положении в скважине.
Это смещение обеспечивается увеличением массы корпу са за счет прижатия к нему трех рычагов, которые при подъеме на кабеле по стволу скважины, по «эффекту маят ника», стремясь занять близкое к вертикали положение, попадут в желоб (направленность желоба к вертикали обу словлена механизмом их образования). При этом развод од ного свободного рычага зафиксирует глубину желоба и но минальный диаметр ствола скважины на конкретно регист рируемом сечении.
Отсутствие конструктивных различий между желобомером п стандартным каверномером не требует специальных работ по изготовлению приборов.
По мере необходимости, желобометрия может быть про ведена на любой скважине силами промыслово-геофизиче ской партии при наличии у последних стандартного кавер номера.
Подготовка желобомера к работе
На буровой перед производством работ с желобомером берется стандартный каверномер, три любых рычага при жимаются к корпусу и плотно закрепляются предваритель но заготовленной страховой скобой или обматываются до статочно прочной проволокой в транспортное положение так, чтобы при движении прибора по стволу исключались Произвольный развод или расслабление рычагов из фикси рованного состояния в гнездах рамы. После чего предвари тельно подсоединенный к регистрирующей аппаратуре стан ции желобомер градуируется передвижением свободного Четвертого рычага так же, как при стандартном каверноме ре. По мере окончания градуировки свободный рычаг при жимается в транспортное положение к корпусу так же, как При подготовке каверномера к спуску в скважину. Затем Производится обычный спуск прибора в скважину и обыч ное освобождение на забое четвертого свободного рычага,
м
а также подъем с регистрацией, как при стандартном ка верномере.
Интерпретация диаграммы показаний желобомера не отличается от принятых.
Определение конфигурации ствола скважины произво дится в четыре этапа:
1. Сопоставляется диаграмма желобомера с каверномет-
рией того же дня и выделяются интервалы расхождения по абсолютной величине.
Как правило, против возможного интервала образования желоба диаграмма желобомера превышает по абсолютной величине диаметр, полученный по данным кавернометрии.
2.Участки расхождения по абсолютной величине счи таются протяженностью и интервалом образования желоба-
3.Глубина желоба подсчитывается по разнице абсолют
ной величины диаметров по диаграмме желобомера и номи нального долота в конкретно рассматриваемом сечений. Наиболее точные данные глубины желоба получаются против устойчивых пород, мало или не склонных к кавернообразованию, где сохраняется номинальный или близкий к ним диаметр долота. Некоторую трудность представляет определение глубины желоба против глин и глинистых пород, потенциально подверженных кавернообразованию. В этом случае необходимо знать масштабы возможного кавернообразования до начала образования желоба, что достигает ся периодическим производством замеров желобомероМ через строго определенное время или заданное количество метров проходки [47, 49].
4. Геометрию сечения получают (рис. 1, 3) следу#' щим построением:
а) на прямой, отложенной по направлению азимутально го искривления ствола скважины, отмеряют отрезок, равный по абсолютной величине диаметру по диаграмме желобо*
мера; б) на начале отсчета описывают окружность диаметром,
равным номинальному размеру долота; в) на конце отсчета описывают полуокружность диамет
ром, равным размеру замка бурильных труб; г) затем, соединяя их параллельными прямыми, полУ'
чают предположительную геометрию сечения ствола с # е' лобом.
Для уточнения геометрии сечения и определения глубН' ны желоба против глин и глинистых пород на начале о*' метки отрезка описывают окружность диаметром, равны**
величине размера возможного образования каверны, полу ченной по кавернометрип.
Частота замеров желобомером зависит от конкретных условий. К ним, главным образом, относятся продолжитель ность бурения, величина выхода из-под башмака предыду щей колонны, наличие кривизны, особенно перегиба в верх них интервалах; потенциальная подверженность разреза разбуриваемой структуры к желобообразованию и возмож ность тяжелых последствий по опыту бурения предыдущих скважин.
Желобомер не заменяет стандартный каверномер. Их показания дополняют друг друга при определении интерва лов и масштаба возможного желобообразования.
Периодические исследования состояния ствола буря щейся скважины желобомером позволят: во-первых, свое временно предупредить дальнейшее развитие возможного Желобообразования до опасного масштаба; во-вторых, за ранее принять профилактические меры по предотвращению его тяжелых последствий.
В целом при применении желобомера решаются част ные задачи, в силу чего он не может полностью удовлетво рять требованиям по определению истинной конфигурации ствола скважины, поэтому метод желобометрии не нашел Широкого применения на практике. Тем не менее до разра ботки методов профилеметрии желобомер был единственным прибором, позволяющим получать приемлемые для решения практических задач качественные и количественные по казатели образованного желоба в бурящихся скважинах Казахстана [46, 48]. Простота и дешевизна метода, позво ляющего без каких-либо конструкторских доработок стан дартного каверномера производить исследования в произ водственных условиях, дает право считать, что желобомер еще не раз и длительное время будет применяться для полу чения экспрессинформации о процессах желобообразования.
§ 3. ПРОФИЛЕМЕТРИЯ
Разработанный в 1964 году в КазНИГРИ на базе стан дартного каверномера профилемер наиболее подно отвечает требованиям, предъявляемым к определению близкой или Истинной конфигурации ствола скважины—лучше, чем все существующие на сегодня другие методы.
Основное преимущество определения конфигурации проФилемером заключается в том, что он позволяет получить
^ 1483 |
97 |
два взаимно перпендикулярных диаметра сечения ствола скважины, против усредненного по кавернометрии.
Измеряющая механическая часть профнлемера от ка верномера СК.О-11 отличается тем, что:
а) общий реохорд заменен четырьмя ползунковыми, по одному на каждый рычаг;
б) ползунковые реохорды противоположных рычагов соединены последовательно и изменение их сопротивлений с разводом рычагов суммируются;
в) противоположные рычаги работают попарно; г) ползунки реохордов жестко прикреплены к штокам.
Перечисленные конструктивные отличия скважинного прибора—профилемера обуславливают соответствующие из менения электросхемы наземной регистрирующей аппара туры.
Электрическая схема панели профилемера
Запись кривых профилемера двухканальная: изменение положения каждой пары противоположных рычагов регист рируется в виде отдельной кривой, что достигается за счет специально изготовленной панели.
Панель диаметрально регистрирующего каверномера (рис. 27) представляет собой две типовые схемы панели ка верномера СК.О-11, собранные на одном шасси. Оба моста питаются от стабилизированного блока питания. Для уст ранения влияния между мостами каждый мост включен в общую цепь питания через сопротивления, настройка и градуировка профилемера и панели не отличаются от ти повых.
Стабилизированный блок питания подключается к общей цепи с напряжением 110—120 вольт и необходим для пита ния профилемера стабилизированным напряжением 270 вольт. Стабильность записи зависит, в основном, от ста бильности питаемого напряжения.
Блок питания выполнен по типовой схеме электронного стабилизированного блока станции ОКС-56, но он маломо щен. В целях экономичности применен маломощный транс форматор, кенотроны 5 Ц9 заменены диодами Д7Г и вместо радиоламп ГУ-50 установлены Г-807.
Благодаря применению типовой панели каверномера, представляется возможность сохранить линейность профи лемера на всем диапазоне раскрытия рычагов.
Для изготовления профилемера не требуется каких-либо
98
Рис. 27. Блок-схема двухканального профилемера.
значительных дополнительных работ по заготовке новых нестандартных деталей или узлов. Измеряющая механиче ская часть СКО-11 дополняется реохордом из запасного комплекта или использованного каверномера. В целом, сборка и изготовление скважинного прибора — профилеме
ра не требуют высокой квалификации |
и могут производить |
ся в условиях ремонтных мастерских |
промыслово-геофизи |
ческих служб.
Сборка панели и стабилизированного блока питания осуществляется по схемам (рис. 27).
Стандартность электросхем и потребных узлов позволя ет осуществлять их сборку силами и средствами соответст вующих служб геофизических экспедиций.
Транспортировка, градуировка, производство замера, регистрация, интерпретация показаний профилемера не от личаются от стандартного каверномера, не считая двухкаНальности записи.
Наибольшую ответственность и определенную трудность Представляет построение, по данным профилеграммы, го ризонтального сечения, по совокупности которых можно
99