Закономерности естественного искривления скважин

Анализ причин и теоретические основы процесса искривления скважин показывают, что рассмотренные явления имеют закономерный характер. Направление искривления скважин в основном определяется особенностями геологического строения массива горных пород, а его интенсивность задается комплексом причин как геологического, так и технико-технологического характера.

Закономерности естественного искривления скважин в анизотропных горных породах

Направление искривление скважин в анизотропных породах является результатом неравномерного разрушения горной породы на забое и стенке скважины и проявляющихся в процессе разрушения породы дестабилизирующих силовых факторов. Искривление скважины в анизотропных породах может происходить в соответствии с четырьмя основным вариантами, представленными в виде схем на рис. 2.47, 2.48 [6, 13, 14, 17, 30, 32].

о

При углах встречи у равных 0 и 90 скважины бурятся без искривления, так как основные дестабилизирующие силовые факторы отсутствуют. В этом случае искривление скважины возможно только при проявления факторов технологического характера (рис. 2.48, варианты 6 и 7).

о

При углах встречи у более 0 , но менее критического угла встречи укр, скважина будет стремиться выйти вкрсст слоистости или сланцеватости.

о

Поскольку значения укр, как правило, не велики - 5-15 , скважины в

Схемы направлений зенитных искривлений скважин в анизотропных горных породах в зависимости от угла встречи у со слоистостью или сланцеватостью [19]

Рис. 2.47. Схемы направлений зенитных искривлений скважин в анизотропных горных породах в зависимости от угла встречи у со слоистостью или сланцеватостью [19]: стрелками показаны направления линии наименьшего сопротивления породы (ЛНС - линия штрих с точкой) и вероятное направление бурения скважины (сплошная линия)

основном диапазоне углов встречи от укр до 90 искривляются в направлении перпендикулярно слоям горных пород (на рис. 2.48. - варианты 1, 2, 4, а также как вероятные 3 и 5) . При этом известно, что при определенных условиях (не очень твердых и средних по твердости, достаточно пластичных горных породах, часто осадочного происхождения) критический угол крайне мал или вовсе равен нулю, и поэтому скважины искривляются только вкрсст слоистости или сланцеватости.

При углах встречи у < укр скважины, имея неустойчивое, меняющееся под действием переменчивых по направлению дестабилизирующих сил направление, могут отклоняться в направлении падения слоистости или сланцеватости горных пород (рис. 2.48, варианты 3 и 5).

Интенсивность зенитного искривления скважин в различных геологотехнических условиях неодинакова и зависит от способа бурения, типа бурового инструмента и действия значительного числа факторов. Среди них одним из основных является угол встречи инструмента со слоистостью или сланцеватостью горной породы.

На рис. 2.49 приведены графические зависимости интенсивности

Возможные варианты искривления скважин в апсидальной плоскости:- . -? проектное направление скважины; —? фактическое направление скважины; “ * возможное направление скважины [30]

Рис. 2.48. Возможные варианты искривления скважин в апсидальной плоскости:- . -? проектное направление скважины; —? фактическое направление скважины; “ * возможное направление скважины [30]

Рассмотрим процесс отклонения инструмента при углах встречи больше критической величины (у > у^) для случая бурения алмазной коронкой (рис. 2.50, а). При бурении анизотропной породы возникает дестабилизирующая сила AF (зависимость 2.40), точка приложения которой смещена от геометрического центра бурового инструмента на расстояние хг в сторону той части торца коронки, резцы которой движутся навстречу слоистости или сланцеватости и испытывают максимальное сопротивление в процессе резания-скалывания - смятия породы (см. рис. 2.32).

искривления скважин от угла встречи, в которых обобщены многие известные данные о закономерностях естественного искривления в анизотропных горных породах с различных месторождений.

Кривая 1 соответствует условиям, при которых возможна смена направления искривления при угле встречи равного критическому (справедливо для кристаллических твердых пород), а кривая 2, условиям при которых критический угол очень мал и искривление скважин происходит только вкрест простирания слоистости или сланцеватости горных пород (соответствует случаю бурения достаточно пластичных пород средней твердости). В соответствии с полученными зависимостями максимальные значения интенсивности искривления возможны при углах встречи, в основном равных, 40-65 град, что согласуется с рассмотренным выше механизмом разрушения анизотропных горных пород и искривления скважин (см. п.п. 2.3.2.2).

Азимутальное искривление скважин в анизотропных породах при вращении инструмента слево-направо чаще наблюдается вправо, т. е. с увеличением азимутального угла. В ряде случаев наблюдается уменьшение азимутального угла, поскольку направление азимутального искривления может задаваться условиями, которые связаны с углом встречи бурового инструмента с плоскостями простирания слоев горных пород.

Точка приложения усилия AF - мгновенный центр вращения инструмента и поворот коронки происходит вокруг этой точки, а не вокруг геометрического центра торца. В результате коронка фрезерует стенку

скважины, а при взаимодействии боковых резцов инструмента с породой стенки скважины возникает усилие сопротивления породы разрушению F.

Представленный вариант распределения сил при работе алмазной коронки приводит к отклонению ствола скважины по направлению вращения коронки (вправо).

Расстояние хг, на котором расположена точка приложения равнодействующей сил резания-скалывания породы A F, можно ориентировочно определить из зависимости [21]:

где pi ,рз - коэффициенты трения резцов о породу в частях торца коронки, работающих навстречу и направлении слоистости или сланцеватости соответственно; RH, гвн - наружный и внутренний радиусы торца коронки соответственно, м.

Схемы для анализа механизма азимутального искривления при бурении анизотропной породы при углах встречи больше критического

Рис. 2.50. Схемы для анализа механизма азимутального искривления при бурении анизотропной породы при углах встречи больше критического (а) и меньше критического (б) и график изменения расстояния лу в зависимости от угла встречи (в)

Согласно (2.46) и графику, полученному расчетом для коронки диаметром 59 мм (рис. 2.50, в), расстояние хг равно нулю при углах встречи

равных 0 , 90 и укр. В этих случаях, усилие AF также равно нулю, а буровой инструмент может вращаться вокруг своей геометрической оси без смещения в направления стенки скважины, а поэтому искривления ствола скважины может не наблюдаться.

При других углах встречи расстояние хг не равно нулю, а максимальные его значения будут наблюдаться при углах встречи 45-65 , т.е. углах при которых дисбаланс сил трения и суммарного сопротивления разрушению породы, задающий и величину усилия AF, будет наибольшим.

При угле встречи у < (рис. 2.50, б) мгновенный центр вращения инструмента (точка приложения усилия AF) сместится от геометрического центра торца инструмента вправо от оси торца инструмента, а усилие AF поменяет направление действия в связи с тем, что большее сопротивление разрушению порода будет оказывать при движении резцов инструмента в направлении слоистости или сланцеватости породы (см. рис. 2.32, в, г). Именно поэтому фрезероваться будет стенка скважины на противоположной (в сравнении с ранее рассмотренным вариантом, рис. 2.50, а) стороне ствола, обеспечивая отклонение скважины в направлении уменьшения азимутального угла.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >