Источник: http://vtochke.com/index.php/allsprid=14749

Одной из главных задач большинства скважин является попадание в назначенную точку проектного пласта, при этом, иногда, необходимо обеспечить и требуемый угол входа в пласт и заданную траекторию в пласте. Для решения этой задачи нужно уметь управлять трассой скважины, избегать или сводить к минимуму осложнения, которые могут проявляться в процессе проводки скважины в силу влияния различных геологических и технических причин. Практикой бурения освоено большое количество технических и технологических средств качественного строительства наклонно направленных и горизонтальных скважин, важнейшие из которых описываются в настоящем методическом пособии. В процессе подготовки пособия, кроме научно–технической и учебной литературы, использовались и обязательные к исполнению при строительстве скважин на нефть и газ инструкции и правила безопасности.

В практике бурения скважин существуют понятия «вертикальная скважина» и «наклонно направленная (горизонтальная) скважина».

Вертикальными называются скважины, при бурении которых предпринимаются меры по ограничению естественного искривления и не используются методы искусственного искривления её оси. Обычно, в подавляющем большинстве случаев, все скважины искривлены. Поэтому, если максимальный зенитный угол скважины не превышает 5°, её принято считать условно вертикальной. Скважины с большим зенитным углом считаются естественно искривленными. В процессе бурения, скважины подверженные естественному искривлению, могут не попасть в заданную на кровле продуктивного пласта точку и, следовательно, не выполнить своего проектного назначения. Однако использование накопленных знаний о закономерностях искривления, результатов исследований влияния комплекса горно-геологических и технико-технологических факторов на характер искривления позволяют проводить скважины в заданном направлении. Такие скважины получили название наклонно направленных. В последние десятилетия получили широкое распространение наклонно направленные скважины с горизонтальным окончанием – горизонтальные скважин, разветвлено-наклонные, разветвлено-горизонтальные многозабойные скважины.

Целью направленного бурения является попадание конечного забоя скважины в предварительно заданную точку продуктивного пласта. Как правило, эта точка задаётся на кровле продуктивного пласта и является центром круга допуска. При попадании забоя в этот круг проектное задание считается выполненным. Для различных горно-геологических условий, назначения скважины, ёе глубины (по вертикали) величина радиуса круга допуска колеблется в пределах 15-60м. Для горизонтальных скважин проект считается выполненным, если горизонтальная часть ствола не вышла за пределы проектных значений коридора, ограниченного двумя вертикальными и двумя горизонтальными плоскостями. Иногда направленное бурение производится с целью пересечения ствола аварийной, фонтанирующей нефтью или газом скважины для ее глушения.

Задачами, решаемыми с помощью направленного бурения, могут быть:

1) снижение затрат на разработку месторождения при бурении наклонно направленных скважин с кустовых площадок (кустовое бурение);

2) вскрытие продуктивного пласта под определенным углом для увеличения площади фильтрации;

3) проводка нескольких скважин с эстакад, платформ, расположенных в море или на озере;

4) проводка скважин до продуктивных пластов, расположенных под участками земли с сильно пересеченным рельефом (овраги, холмы, горы);

5) вскрытие продуктивных пластов под дном океанов, морей, озер, рек и болот;

6) уход в сторону из аварийной или малопродуктивной скважины путем забуривания бокового ствола;

7) вскрытие продуктивных пластов, залегающих под пологим сбросом или между двумя параллельными сбросами;

8) отклонение ствола от сбросовой зоны (зоны разрыва) в направлении продуктивного горизонта;

9) вскрытие продуктивных пластов под соляными куполами в связи со сложностью бурения через них.

Направленное бурение может осуществляться и без применения специальных искусственных отклонителей – только на основе учета известных для данного района закономерностей искривления, но чаще оно производится с использованием таких устройств.

Искривлением скважины называется отклонение ее оси от вертикали или другого заданного направления в процессе бурения в силу естественных или искусственно созданных причин. Естественными причинами искривления скважин являются неоднородность по твердости разрушаемых долотом горных пород и наклонное залегание анизотропных по буримости пластов. Искусственно созданными причинами являются применение при бурении особых "отклоняющих" компоновок низа бурильной колонны (КНБК) и соответствующих режимов бурения.

Пространственное положение любой скважины может быть определено тремя ее параметрами: глубиной S, зенитным и азимутальным углами. Зенитным углом в точке В траектории скважины называется угол между касательной в этой точке и вертикалью. Угол между проекцией касательной к оси ствола скважины в данной точке на горизонтальную плоскость и направлением на Север называется азимутом (азимутальным углом) скважины в данной точке. Различают магнитный и географический азимуты. Последний иногда называют дирекционным углом. Магнитным азимутом в данной точке ствола скважины называют угол между проекцией касательной в данной точке на горизонтальную плоскость и направлением на магнитный северный полюс Земли, отсчитываемый по часовой стрелке, географическим - когда угол отсчитывается от направления на географический северный полюс. Из – за несовпадения магнитного и географического полюсов, в каждой точке земной поверхности магнитный и географический меридианы образуют между собой угол, называемый магнитным склонением (склонением магнитной стрелки). Северный конец магнитной стрелки может отклоняться от географического меридиана, как к востоку, так и к западу. В зависимости от этого различают восточное – положительное и западное – отрицательное склонения. В различных точках Земли магнитное склонение имеет различную величину. Глубина S скважины это расстояние по ее стволу от устья до забоя или любой точки , в которой производится измерение зенитного угла и азимута скважины.

Положение скважины в пространстве, можно изобразить, спроектировав ее ось на вертикальную и горизонтальную плоскость. Длину ствола обычно измеряют по мере бурового инструмента и при контрольных измерениях, проводимых геофизическими партиями по мере углубления скважины. Под осью скважины могут подразумеваться два понятия:

1) действительная ось — это геометрическое место точек центра разрушаемого забоя, перемещающегося при углублении скважины. Она представляет собой плоскую или пространственную кривую с локальными перегибами, отображающую фактическую форму ствола скважины;

2) приближенная ось, фиксируемая измерительной (инклинометрической) аппаратурой. Она отображает общее пространственное искривление ствола и носит название трассы скважины и представляет собой сглаженную по сравнению с действительной осью плоскую или пространственную линию, состоящую из отрезков прямых и простых дуг, имеющих общие касательные и примыкающих друг к другу. В дальнейшем под термином «ось» или «трасса» будет подразумеваться приближенная ось.

Вертикальная плоскость, касательная к оси наклонной скважины в данной точке оси, называется апсидальной плоскостью скважины. Изменение только зенитных углов в процессе бурения скважины вызывает ее зенитное искривление, оно происходит только в одной — вертикальной — плоскости, и через ось такой скважины можно провести только одну апсидальную плоскость. Изменение только азимутальных углов вызывает азимутальное искривление скважин. Практически, при искривлении скважин происходит совместное изменение зенитных и азимутальных углов, что вызывает пространственное искривление скважины. Положение её криволинейной оси в пространстве называется трассой скважины, которую иначе на практике называют профилем. Все скважины, пробуренные по плоскостной или пространственной криволинейной оси, являются искривленными. Таким образом, под искривлением скважины следует понимать изменение направления оси скважины в пространстве по отношению к ее начальному положению. Иногда под термином «искривление» неверно понимают расхождение между фактической и проектной трассами скважины. В результате при бурении скважины строго по проектной криволинейной трассе она оказывается якобы не искривленной. Расхождение между действительным положением (осью) скважины и ее проектным профилем следует называть отклонением скважины от проектной трассы.

Искривление скважин подчиняются определенным зависимостям. Многие из них имеют достаточно стабильный, постоянно повторяющийся характер и могут считаться закономерными; другие имеют случайный, не постоянный характер, их повторяемость и величины не стабильны, т. е. устанавливаются лишь с низкой степенью вероятности и являются незакономерными.

В общем случае, любое непреднамеренное искривление скважин, происходящее из-за непостоянства физико-механических, структурных и других свойств горных пород (геологические факторы) и технологических режимов их бурения (технологические факторы), действующих раздельно или совместно, может быть названо естественным искривлением скважин. Изменение положения оси скважины в пространстве с применением специальных средств (отклонителей), или в результате зара¬нее заданного изменения технологических режимов бурения и состава компоновок низа бурильной колонны и т. п. называется искусственным искривлением скважины. Изменение трассы скважины характеризуется ее кривизной, что количественно определяется по изменению ее зенитных и азимутальных углов. Степень происходящего при этом искривления скважины характеризуется интенсивностью искривления i, которая представляет собой приращение величины зенитного, или азимутального углов на единицу длины определенного интервала S ствола скважины.

На практике принято: для интервалов, где происходит интенсивное изменение зенитного угла, интенсивность выражать в градусах на 10 метров (обычно от 0.5 град/10м и выше) и для интервалов с малоинтенсивным изменением зенитного угла – в градусах на 100 метров (менее 0.5град /10м).

Величина, обратная интенсивности называется радиусом искривления на данном интервале . При вычислении R интенсивность должна быть выражена в радианах на метр. Приборы для измерения параметров искривления (зенитного угла и азимута) называют инклинометрическими. В этих приборах датчик азимута может быть магнитным (регистрирует магнитный азимут) или гироскопическим (может регистрировать географический и магнитный азимуты).