книги из ГПНТБ / Танкибаев, М. А. Желобообразования при бурении скважин

получить представление о близкой к истинной конфигурации ствола скважины.

Казалось бы, что при наличии двух известных перпен­ дикулярных диаметров сечения ствола скважины построить горизонтальную проекцию по профилеграмме легче, чем при усредненном одном диаметре, по данным каверпометрии. Однако, в ходе проведенных исследований радиусомером на десятках скважин установлено, что взаимное распо­

работы замеряющих механизмов профилемера, каверноме­ ра и радиусомера не отличаются) [51].

Характер изменения радиусов, поддающийся определен­ ной закономерности, указывает на вращение прибора в про­ цессе замера. В интервалах сохранения цилиндрической формы ствола эксцентричное расположение рычагов при подъеме, очевидно, объясняется инерционной силой массы прибора при вращении.

Однако в интервалах ствола скважин, представленных сложной конфигурацией, вращение прибора на радиусограмме отмечается очень редко. В этом случае эксцентрич­ ное расположение рычагов прибора при подъеме объясня­ ется в большей степени углом наклона, фактической конфи­ гурацией стенки на конкретных участках производства за­ мера и обусловленным ими смещением центра тяжестн корпуса.

Таким образом, при работе как радиусомером, так и стандартным каверномером или профилемером (так как механический принцип работы в скважине одинаков у всех) далеко не всегда по диаграмме совпадает центр двух вза­ имно перпендикулярных «малых» и «больших» осей. Поэто­ му недопустимо, без критической оценки, полагаться только на данные профилеграмм. Всегда необходимо использовать данные как технологического, промыслово-геофизического характера, так и таких факторов, как механизм и основные причины желобообразования.

Покажем на конкретном примере, как из-за неправиль­ ной интепретации профилеграммы сильно искажается пред­ ставление о фактическом сечении ствола скважины. На рис. 28 представлены радиусограмма, профилеграмма, стан­ дартная кавернограмма и проекции сечения в двух вариан­

варианту I, в сечении ААЬ соответствующему призабойной

100

101

зоне к моменту замера, желоб есть, а по II,—нет. Во втором варианте «малая» ось по профилеграмме, сумма' двух радиусов по радиусограмме, усредненный диаметр по стандартной кавернограмме хорошо вписываются в окруж­ ность по «большой» оси профилеграммы. Горизонтальная проекция сечения указывает на то, что здесь отсутствует желоб, а есть некоторое увеличение диаметра против номи­ нального. Отсутствие желоба в рассматриваемом сечении (AAi) к моменту замера подтверждается и технологиче­ скими данными бурения и такими факторами, как механизм и основные причины образования желобов. Наиболее дос­ товерные, близкие к фактическим, данные по конфигурации скважины могут быть получены по результатам неодно­ кратной профилеметрии, с перекрытием ранее замеренных интервалов через заданную периодичность времени или по мере бурения определенного количества метров. Вкратце остановимся на примере интерпретации профилеграммы и построения горизонтальной проекции сечения по другой скважине, по которой достоверно известно, что в интервале

2310—2435 м имеется желоб (рис. 29).

Рассмотрим три профилеграммы по одной и той же скважине, зарегистрированных в разное время, соответст­ венно при забоях 2518 м, 2826 м, 3188 м. Для удобства ин­ терпретации отдельно совмещены записи по малым (I) и большим осям (II). Общая тенденция со временем — уменьшение малой оси и увеличение большой оси. При этом такая закономерность наиболее хорошо прослеживается в интервалах относительно прочных пород с сохранением пер­ воначального или близкого к ним номинального диаметра (сеч. ААь ССь ДДО н почти не соблюдаются для глин и глинистых толщ, склонных к кавернообразованию (сеч. BBi. MMi). Анализ этих закономерностей указывает на неодно­ значность интерпретации профилеграммы против разно­ родных по литологическому составу пород.

Все породы, встречающиеся при бурении на нефть и газ, условно можно разбить на две группы: 1 — породы, в кото­ рых при вскрытии бурением и в дальнейшем сохраняется номинальный или близкий к ним диаметр долота; 2 — по­ роды, в которых при вскрытии бурением или через некото­ рое время в течение определенного периода образуются ка­ верны [51].

Общеизвестно, что желоб образуется через некоторое время после вскрытия бурением ствола скважины, по мере возникновения совокупности благоприятных условий. Тогда

102

для пород второй группы, в основном представленных гли­ нами н глинистыми включениями, очевидна первичность кавернообразования и вторичность желобообразования. По­ этому для интерпретации профилеграмм против пород П-й группы необходимо знать масштабы кавернообразования до начала желобообразования (рис. 29, сеч. ВВЬ MMi). Рас­ смотрим сечение BBi в интервале 2332,5—2336,5 м. При за­ мере от 2.06.67 года здесь по большой оси имелась каверна. Так как наличие прочных пород выше (сеч. AAi) и ниже (сеч. ССI) этого небольшого шестиметрового интервала исклю­ чает соприкосновение бурильного инструмента с породой на стенке рассматриваемого участка (сеч. BBi), поэтому ко времени первого замера здесь еще не имело место образо­ вание желоба. Это подтверждается и замером от 7—8.08.67 года. К этому времени процесс желобообразования в сече­ ниях AAi и CCi продолжался, а в сечении BBi еще не на­ чинался, наоборот, здесь наблюдается сужение против кавер­ ны (в проекции зона штриховки) на уровне выступов АА] и CCi «вследствие оседания шлама и налипания глинистой корки» [58]. Только по третьей профилеграмме от 21.10.67 года по мере образования желоба в сечениях AAi и СС] до глубины каверны в сечении BBi здесь началось образова­

ние желоба.

Проекция по BBi построена следующим образом. По ве­ личине большого диаметра по первому замеру сплошной жирной линией проводится окружность, изображающая ка­ верну в ее предельном развитии, тонкой сплошной — поло­ жение каверны после оседания шлама и налипания глинис­ той корки. В обоих случаях величина малых осей в масшта­ бе вписывается в окружности больших осей. Величина боль­ шой оси по третьему замеру откладывается по той оси двух прежних окружностей, направление которой совпадает с азимутом искривления ствола скважины в рассматриваемом сечении. Затем на конце этой оси проводится полуокруж­ ность по диаметру замка бурильных труб, которая соеди­ няется соответствующей окружностью (в виде отточий). При этом фактическая геометрия сечения зависит от проч­ ности осевшего шлама и налипшей корки (зона штриховки).

При построении проекции сечения BBi нами сделаны два Допущения.

I. Образование каверны и последующее оседание шла­ ма и налипание корки происходит во времени равномерно, по близкой к правильной цилиндрической поверхности, а

103

если и будут какие -либо отклонения, то они несущественно влияют на общую геометрию сечения.

II.Эксцентричность взаимно перпендикулярных мал

ибольших осей имеет сопоставимо аналогичный характер, т. е. повторяемость во всех трех замерах. При отсутствии вращения прибора во время подъема, которое имеет место в интервалах сложной конфигурации при наличии желоба, когда главным отклоняющим фактором является смещение центра тяжести, естественно предположить, что корпус профилемера будет подниматься по зоне, близкой к нижней стенке ствола скважины во всех трех замерах. Поэтому при построении сечения BBj смещение всех трех малых осей в сторону образования желоба не противоречит истине.

Несколько отличается построение проекции сечения для интервала 2368—2428 м, представленного относительно од­

нородной глинистой пачкой мощностью 60 м. Такая мощ­ ность достаточна для того, чтобы с первых моментов появ­ ления благоприятных условий для образований желоба,зам­ ки бурильных труб могли касаться пород у стенки скважины при докритических размерах каверны. Для сечения MMi (рис. 29) несколько неопределенным является положение предельного кавернообразования, с которого началось желобообразование. Поэтому нами на горизонтальной проек­ ции внутри и снаружи жирной линией (замер от 2.07.67 го­ да) проведены пунктиром две окружности безразмерной ве­ личины как возможное развитие кавернообразования или налипания корки и оседания шлама до начала желобообразования.

Интересно отметить, что ко времени 2-го и 3-го замеров в интервалах 2365—2425 м, дальнейшее образование жело­ ба прекратилось вследствие того, что замки бурильных труб только слегка касаются породы у стенки ствола скважины по желобу, на что указывает сопоставимое совпадение тон­ кой линии и кривой в виде отточий по большой оси профилеграммы. Очевидно, это объясняется жесткостью колонны бурильных труб и величиной пролета и прогиба конкретно­ го участка ствола скважины. Под пролетом понимается расстояние между двумя выступами, сложенными из более прочных пород и расположенными по кровле и подошве рассматриваемого участка каверно-или желобообразования, а под прогибом — глубина каверны или желоба.

Построение горизонтальной проекции сечения против пород первой группы отличается тем, что основной ствол скважины описывается по величине малой оси ( в случаях

104

весьма прочных устойчивых пород по номинальному диа­ метру долота), а большая ось, как и для пород второй груп­ пы, располагается по направлению азимута искривления. Последовательность построения горизонтальных проекций представлена по сечениям ААЬ CCi и ДД 1 на рис. 29.

Нами показаны четыре характерных примера получения сечения ствола скважины, по показаниям профилеграммы. Это некоторое расширение от номинального диаметра в при­ забойной зоне, сечения при наличии желоба против пород I и II групп и горизонтальная проекция в толще глин при образовании каверны без желоба. Указанные примеры, в отдельности или в различных сочетаниях, в той или иной степени охватывают возможные случаи построения проек­ ции сечения ствола скважины с использованием показаний профилеграмм.

В целях получения близкой к фактической конфигурации скважин необходимо:

1.Проводить профилеметрию ствола скважины с пере­ крытием ранее замеренных интервалов по истечению строго заданного времени или по мере бурения определенного ко­ личества метров проходки. Количество метров или продол­ жительность во времени для конкретных условий устанав­ ливается индивидуально.

2.Строить горизонтальную проекцию сечения по профилеграмме с учетом совокупностей технологических, геологи­ ческих, геофизических данных, факторов механизма и основ­ ных причин каверно- и желобообразования, а также других возможных явлений, приводящих к нарушению целостности ствола скважины.

Профилеметрия получила широкое распространение для исследований конфигурации ствола скважины во всех ос­ новных нефтяных районах Советского Союза, так как ис­ пользование ее результатов позволяет решать многие прак­ тические задачи в бурении.

В настоящее время нами создана и применяется на сква­ жинах Западного Казахстана разновидность технических средств профилеметрии, позволяющих регистрировать че­ тыре радиуса в отдельности, что обеспечивает лучшую сопоставляемость и получение более достоверной информации Для однозначной интерпретации диаграмм.

На рис. 30 представлена блок-схема прибора и панели Регистрации, а на рис. 31 — образец профилеграммы, полу­ ченной на скважине Г-6 Богдановская.

ВТаджикистане применяется другая разновидность

105

Рис. 30. Блок-схема четырехканального профилемера-радиу- сомера.

профилемера — четырехканальный радиусомер с пристав­ кой ориентации прибора в скважине по странам света [38]- Названный прибор создан по нашей рекомендации для про­ верки идей радиусомера в различных вариантах с целью выбора наиболее совершенных методов обнаружения жело­ ба. Однако получаемая данным прибором информация ничем не отличается от той, которую мы получаем четырех­ канальным радиусомером с одновременной записью кавернометрии.

Естественно, что необходимость получения более досто­ верной информации привела к созданию многорычажных приборов. Так, в Таджикистане разработан и применяется восьмнрычажный радиусомер с системой определения ориентации [38]. Для передачи сигналов от скважинного прибора на поверхность как наиболее простое техническое решение здесь избран точечный способ измерения. Несмот­ ря на двухкратное увеличение потока информации, труД' ность получения достоверного сечения ствола в суженной части, из-за образованного желоба, не исключается, а то­ чечный способ регистрации данных резко снижает произво­ дительность прибора.

Нами в АО КазНИГРИ проводились теоретические и стендово-лабораторные исследования по установлению воз­ можности повышения разрешающей способности профиле­ мера путем одновременного увеличения количества измеря­ ющих рычагов и регистрирующих каналов в наземной аП' паратуре. Эти исследования показали нецелесообразность дальнейшего увеличения как измеряющих, так и регистрй-

106

рующих элементов [53]. Это объясняется тем, что получае­ мые сведения, несмотря на их обилие (многоточечность), все равно не отражают фактическую геометрию ствола сква­ жины, особенно в зоне перехода от расширенной к суженной части, а также в связи с увеличением названных элементов усложняется конструкция, удорожается изготовление и по­ является необходимость в вводе сложных механических и электронных блоков.

Правильность наших выводов подтверждается работами американских фирм «Отис», «Шаамберж и «Уэлекс», кото­ рые разработали и испытали каверномеры с 30-ю регистри­ рующими рычагами и эти приборы не получили распростра­ нения из-за уже названных причин.

Таким образом, из арсенала существующих и рассмот­ ренных нами методов обнаружения желоба в скважине, наиболее приемлемыми следует считать четырехили вось­ мирычажные радиусомеры (профилемеры), созданные на базе каверномера СКО-11 и имеющие соответствующее ко­ личество каналов одновременной регистрации каждого из­ меряющего элемента.

§4. ДРУГИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ

До сих пор нами рассматривались методы и приборы, у которых в основу замеряющего механизма положены маят­ нико-гироскопические или рычажные принципы. Главным недостатком даже лучших из всех рассмотренных разновид­ ностей является отсутствие возможности получения досто­ верных информаций, поддающихся однозначной интерпре­ тации. При самой высококвалифицированной обработке данных, с учетом геологотехнических условий бурения, при­ водящим к возможным и определенным изменениям кон­ фигурации ствола скважины, а также учитывая особенности применяемого прибора и теоретические предпосылки, на данном этапе эти приборы дают удовлетворительные ре­ зультаты по определению интервалов протяженности, глуби­ не и, в отдельных случаях, достаточно полную информацию о горизонтальном сечении образованного желоба; но по их данным трудно ответить на основной и практически важный вопрос — прогнозирование наиболее опасных зон прихватов

изаклинивание бурильных и обсадных колонн.

Впредыдущих разделах данной главы нами показано,

что попытки к усовершенствованию отдельных разновид­ ностей как по каждому типу принципов действия основных

108

замеряющих механизмов, так и по совмещению их в одном методе или-приборе не дают каких-либо заметных преиму­ ществ, и дальнейшие поиски в этом направлении нецелесо­ образны.

Анализ отечественной [26, 27, 29, 38, 39—42, 46—51] и

зарубежной литературы по вопросам исследования скважи­ ны вообще, п по методам исследования конфигурации в частности, позволяет выделить два основных перспективных направления: оптическое и ультразвуковое.

На сегодня наиболее распространенным видом оптиче­ ского исследования технического состояния ствола скважи­ ны является скважинное фотографирование [39—42]. Клас­ сификация методов и технических средств и их практиче­ ский анализ подробно изложены в нашей работе [40]. 06щепризнаны и получили широкое применение для решения как практических, так и теоретических вопросов изучения технического состояния скважин приборы ФАС-IM, ФЗС-1

[41]и щелевой оптический профилемер [42], разработанные

вАО КазНИГРИ. Однако главным недостатком этих

средств так же, как и скважинного телевидения [29], явля­ ется отсутствие возможности получения информации об исследуемом объекте в непрозрачной среде.

Тем не менее разрешающую способность оптических ме­ тодов, очевидно, можно значительно повысить, используя но­ вейшие достижения науки и техники, такие как квантовые генераторы, сверхскоростные затворы, местное осветление

и пр.

Еще в 1965 году нами было высказано мнение о высокой перспективности акустических технических средств для ис­ следования состояния бурящихся скважин [53]. В послед­ ние годы в отечественной [29] и в зарубежной литературе появились сведения о применении акустических приборов Для профилирования заполненных жидкостью подземных горных выработок путем локации их стенок короткими им­ пульсами упругих колебаний к горизонтальной плоскости. В результате обмера получают поперечные профилеграммы, характеризующие форму поперечных сечений ствола сква­ жины горизонтальными выработками в заданных интерва­ лах. Так, например, в 1969 году в ВИТРе закончена раз­ работка и испытание гидроакустического каверномера «Профиль-2». Примеры результатов исследований стволов скважин приведены на рис. 32.

Основным недостатком названного прибора является его относительная сложность и малая производительность.

109