Глава 13. Искривление скважин

13.1. Параметры искривленных скважин

Искривление скважины называется отклонение ствола от проектного направления.

Искривление скважин может быть естественным под воздействием естественных геологических факторов и искусственным направленным по запланированному направлению под воздействием специальных технических средств.

Естественное самопроизвольное искривление приводит к снижнию достоверности разведочных работ, искажению геолого-технических данных, интенсивному износу технических средств бурения.

Искусственное искривление скважин позволяет направлять скважину по заданной при проектировании траектории, выводить скважину в заданную точку, получать более достоверные результаты для построения геологического разреза и подсчета запасов месторождения, снижает затраты труда и времени.

Основными показателями искривления скважин являются: азимут, зенитный угол, интенсивность искривления скважин.

Траекторией скважины называют линию, по которой перемещается забой скважин при бурении. Профиль скважины – это проекция проектируемой скважины на вертикальную плоскость.

План скважин – это проекция ее траектории на горизонтальную плоскость.

Зенитный угол (θ) – это угол между осью скважин и вертикальной линией. Азимутальный угол (α) – это угол между проекцией оси на горизонтальную плоскость и ориентированным направлением.

Апсидальной называется вертикальная плоскость, проходящая через ось скважины.

Интенсивностью искривления i называют отношение зенитного угла (θ) к длине скважины.

Радиусом искривления скважины R называют отношение длины дуги участка скважины ∆L к зенитному углу этого участка (рис. 13.1):

(13.1)

(13.2)

Рис. 13.1. Радиус искривления скважины

13.2. Причины и закономерности естественного искривления скважин

Все причин искривления скважин можно разделить на 3 группы: геологические, технически и технологически.

К гологическим причинам относят ализотронность горных пород, перемежаемость горных пород по твердости, структурно-геологические условия, включения в горных породах большой твердости, зоны дробления пород, пустоты устойчивости горных пород.

Трещиноватые изотронные породы разрушаются как анизотронные; здесь трщины при бурении ведут себя слои с нулевой твердостью.

На границе пород различной твердости в результате более интенсивного разбуривания более мягких пород при остром угле встречи оси скважины с горной породой скважины будут искривляться по перпендикуляру в сторону твердой породы. При острых углах встречи менее 15⁰ ствол скважины «скользит» по плоскости контакта.

При бурении неустойчивых пород скважина в большей степени разбуривается по диаметру.

При наличии большого диаметра скважины и относительно небольшого диаметра снаряда под действием осевого давления будут искривляться бурильные трубы, а следовательно и сама скважина.

К техническим причинам искривления скважин относят: неправильную установку станка (шпинделя станка), отсутствие направляющей, трубы или неправильной ее установкой, неправильным выборов бурового снаряда (малой длины и диаметра с большой ее кривизной с неисправной коронкой).

К технологическим причинам относят: большую разработку ствола скважин, способ регулирования и режимные параметры. Наибольшая разработка ствола скважины наблюдается при бурении твердосплавными коронками и долотами, наименьшая при бурении алмазными коронками.

С увеличением осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент увеличивается изгиб бурильных труб, а следовательно и искривление скважин. При высоких частотах вращения снаряда увеличивается изгиб колонны бурильных труб.

Повышенный расход промывочной жидкости в мягких породах вызывает размыв и обрушение стенок скважин, образование каверы.

Закономерности искривления скважин на основании исследования искривленных скважин установлены следующие закономерности:

1. При бурении анизотропных или трещиноватых пород скважины искривляются в сторону направления наименьшего сопротивления пород. Искривление увеличивается с увеличением анизотропности пород,

2. При бурении толщ перемежающихся пород скважины занимают направление перпендикулярное напластованию пород,

3. Наибольшая интенсивность искривления наблюдается при углах встречи оси скважины с пластом горных пород 10 – 70⁰,

4. При остром угле встречи (менее 15⁰) скважины могут пойти по падению пластов породы,

5. Наклонные скважины при пересечении мягких пород и каверн выкручиваются (стремятся занять вертикальное направление),

6. Интенсивность искривления скважин с увеличением глубины и зенитного угла снижается.