Искривление вертикальных скважин при бурении

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего профессионального образования

 «Уфимский государственный  нефтяной технический университет»

Кафедра "Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений"

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине "Основы нефтегазового дела"

на тему: Искривление вертикальных скважин при бурении.

Выполнил: студент гр. БГГ-13-01                                                    А.И. Гильмуллин

Проверил:

  старший преподаватель кафедры  РГКМ                                             С.Б. Харина

 

 

 

 

Уфа, 2013

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                                  3

1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИСКРИВЛЕНИИ В БУРЕНИИ                              5                5

2 ОСНОВЫ ЕСТЕСТВЕННОГО ИСКРИВЛЕНИЯ  СКВАЖИН                           7

2.1 Основные факторы и причины, вызывающие искривление

буровых скважин                                                                                                         7

2.1.1 Влияние геологических условий на искривление скважин                         8

2.1.2 Влияние технологических условий на искривление

скважин                                                                                                                        11

2.1.3 Влияние технических условий на искривление скважин                          13

2.1.4 Влияние  режима бурения на интенсивность  искривления 

cкважин                                                                                                                      16

2.2 Закономерности  искривления скважин                                                             19                                                                                                               

2.2.1 Основные  закономерности искривления                                                       19

2.3 О механизме образования ствола скважины                                                    22

2.4 Механизм  искривления                                                                                       24

3 БОРЬБА С ИСКРИВЛЕНИЕМ СКВАЖИН                                                        27

4 ИСКУСТВЕННОЕ ИСКРИВЛЕНИЕ СКВАЖИН                                              29 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Таблица 1                                                                                  30                      

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ                                                31

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Скважина, запроектированная как вертикальная, в процессе бурения может самопроизвольно искривляться по геологическим причинам (из-за крутого залегания пластов с частым чередованием породы разной твердости; естественных нарушений – трещины, каверны, сбросы; слоистости и сланцеватости пород; твердых включений в мягких несцементированных породах), а также вследствие нарушения правил бурения (изменение диаметра ствола скважины на отдельных участках; неправильный выбор соотношения между диаметрами долота, УБТ и бурильных труб; несовпадение оси вышки с центром ротора и осью шахтного направления; не горизонтальность стола ротора; искривление ведущей, утяжелённой или бурильной труб; перекос в резьбовом соединении между турбобуром и трубой; эксцентричность долота и т.д.).

Бурное развитие экономики нашей страны ставит перед работниками нефтяной промышленности задачу повышения эффективности и улучшения качества бурения.

Эта проблема включает в себя вопросы как количественного роста, т.е. увеличения скоростных показателей бурения, так и повышения качества самих буровых работ. Одним из важнейших факторов повышения качества является проведение бурения вертикальных и наклонно-направленных скважин строго по проекту, т.е. без отклонения в процессе проводки от заданного направления.

С вопросами искривления скважин, как самопроизвольного, так и искусственного, повседневно сталкиваются многочисленные организации, ведущие разведочные и эксплуатационные буровые работы.

В настоящее время в связи с увеличением глубин при бурении скважин по тем или иным причинам возникают отклонения от проектного направления, в результате чего серьезно нарушается сетка разведки и разработки месторождений. Забои вертикально забуренных скважин оказываются смещенными относительно своих проектных положений на десятки и сотни метров. Интенсивность зенитного и азимутального искривления в некоторых случаях совершенно не соответствует проектным заданиям. Стволы таких скважин в большинстве случаев имеют уступы и резкие перегибы, что отрицательно сказывается на результатах их дальнейшей проводки, крепления и эксплуатации. В ряде случаев из-за искривления стволов скважин возникают крупные аварии, и настолько усложняется процесс бурения, что его приходится прекращать, не достигнув проектных глубин.

Для того чтобы не обесценить результаты бурения и избежать всех неприятных последствий искривления скважин, нужно знать причины и закономерности искривления, а также уметь провести мероприятия по проведению скважин в заданном направлении. Знание закономерностей искривления важно и для осуществления искусственного отклонения скважин. Оно даёт возможность избежать заложения скважин с наклонными стволами, позволяет подсекать полезное ископаемое в нескольких точках из одного основного ствола, т.е. осуществлять разветвленно-направленное (многозабойное), а также кустовое бурение скважин.

Проблема искривления скважин охватывает широкий круг вопросов из различных областей знаний. В настоящей работе основное внимание уделено таким малоизученным, но представляющим значительный интерес для промышленности вопросам, как: 1) уточнение понятия искривления буровых скважин; 2) влияние анизотропности пород на характер искривления скважин; 3) методика изучения закономерностей искривления скважин; 4) влияние конфигурации поперечного сечения ствола скважины на ее искривление; 5) механизм искривления скважин.

 

 

 

 

 

 

1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ИСКРИВЛЕНИИ  В БУРЕНИИ [1]

 

Ось любой скважины, будь она вертикально- или наклонно-заданной, в процессе бурения отклоняется от своего проектного направления, т.е. скважина искривляется.

Искривлением буровой скважины в данной точке называется отклонение ее оси от вертикали и направление этого отклонения относительно стран света.

Искривление скважины в данной точке O характеризуется двумя элементами (рис. 1): а) углом искривления (зенитный угол) ; это угол между касательной к оси ствола скважины в точке замера и вертикалью; угол, равный 90 - , называется углом наклона скважины и обозначается η; угол наклона – это отклонение оси ствола скважины от горизонтали; б) азимутальным угол (азимутом скважины) ; это угол, измеряемый в горизонтальной плоскости между принятым направлением начала отсчета и проекцией на горизонтальную плоскость касательной к оси ствола в точке замера; в зависимости от принятого начала отсчета азимут может быть истинным, магнитным или условным.

Рис. 1 Элементы, определяющие пространственное положение скважины.

Если азимутальное направление постоянно, то наблюдается плоскостное искривление ствола скважины. Если же постоянно изменяется как зенитный угол, так и азимут направления, то в этом случае наблюдается пространственное искривление ствола скважины.

Непроизвольно искривленными скважинами называются все вертикально или наклонно-заданные с поверхности скважины, характеризующиеся искривлением.

К произвольно-искривленным скважинам относятся скважины, которые бурятся по заданному профилю. Такие скважины могут быть наклонными, плоско-искривленными и реже – пространственно-искривленными. Такое понятие «искривления» в теории и практике бурения и следует иметь в виду при изучении причин и механизма искривления скважин.

Практически скважины искривляются в пространстве. При этом меняются и азимут, и зенитный угол, т.е. происходит общее искривление по некоторым углом .

Апсидальная плоскость – вертикальная плоскость, проходящая через касательную к оси скважины в точке проведения замера.

Зенитное искривление – изменение зенитного угла между двумя точками замеров.

Азимутальное искривление – изменение азимута скважины на участке между двумя точками замеров, т.е. разность азимутов, измеренных в этих точках.

Общий или пространственный угол искривления – угол между двумя касательными, проведенными к оси ствола в точках замеров, лежащих в плоскости искривления скважины. В этом случае принято допущение, что ось ствола скважины на участке между двумя замерами представляет собой плоскую кривую, а само искривление – бесконечно малое количество плоских кривых, повернутых относительно друг друга на некоторый угол.

Интенсивность искривления – величина, характеризующая степень искривления ствола и равная отношению приращения угла искривления к расстоянию между точками замеров по оси скважины.

Выполаживание ствола скважины – отклонение его в сторону горизонтальной плоскости.

Выкручивание ствола скважины – отклонение его в сторону вертикальной оси

2 ОСНОВЫ  ЕСТЕСТВЕННОГО ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН [1, 2]

 

При бурении необходимо довольно точно знать положение ствола скважины в пространстве. Но его определение затрудняется тем, что скважина в процессе бурения отклоняется от первоначально заданного направления. Выяснением причины искривления скважин, а также закономерностей, наблюдаемых при искривлении, занимался ряд авторов, при этом высказанные ими взгляды по этим вопросам разнообразны. Одни из них видят основную причину искривления в неустойчивом равновесии длинного скручиваемого стержня (колонны бурильных труб). Другие считают причиной влияние геологии месторождения, а также неустойчивость равновесия прямолинейной формы низа бурильных труб. Третьи полагают, что сама искривленная форма бурильных труб совершенно не влияет на искривление скважины; последнее происходит главным образом за счет влияния геологических условий. В зарубежной практике бурения, в частности американской, по этому вопросу также нет единого мнения.

Отсутствие единой точки зрения не позволяет дать исчерпывающее объяснение истинных причин и механизма искривления и мешает разработке практических наиболее эффективных способов, средств и методов борьбы с искривлением скважин или использования их для направленного отклонения. Поэтому выявление причин и закономерностей искривлений имеет большое практическое значение.

 

2.1 Основные факторы и причины, вызывающие искривление буровых 

скважин

Искривление буровых скважин обусловлено различными факторами, основными из которых являются геологические, технологические и технические. Все они связаны между собой причинно-следственной связью, как специфической формой обусловленности явлений в природе, выражающейся в том, что любое отдельное явление или совокупность взаимодействующих явлений порождает другое явление и, наоборот, всякое явление вызвано другим явление или их группой.

При этом надо четко помнить, что каждое явление, непосредственно обусловливающее возникновение данного отдельного явления и выступающее как его источник, называется причиной, а явление, которое порождается действием определенной причины, называется следствием.

2.1.1 Влияние геологических условий  на искривление скважин [3]

Влияние геологических условий в основном сводится к тому, что при бурении в породах, различных по физико-механическим свойствам, определяющим их буримость, скорость разрушения пересекаемых пород в отдельных точках забоя различна.

К основным геологическим условиям, которые порождают причину искривления скважины, относятся слоистость, сланцеватость, трещиноватость, анизотропность горных пород; перемежаемость пород различной твердости и степень наклона пластов к горизонту; пористость, зоны и участки мягких несцементированных или сильно разрушенных пород, различного рода дизъюнктивные нарушения; пустоты, твердые включения в мягких несцементированных породах и т.д.

Остановимся подробнее на анизотропности пород, так как это основное геологическое условие, способствующее искривлению.

Горные породы, слагающие литосферу земли и пересекаемые буровыми скважинами, имеют самые разнообразные минералогический состав, текстуру и структуру.

Если порода состоит из однородных минералов, физико-механические свойства которых одинаковы во всех направлениях, и в ней нет никаких плоскостей напластования, то она называется изотропной.

Однако большинство пород в процессе своего образования подверглось тем или иным изменениям. Породы в этих случаях стали неоднородными и приобрели разные физико-механические свойства в различных направлениях. Различие свойств в породах при этом имеет вполне определенную ориентацию (слоистость, сланцеватость, трахитоидность, трещиноватость и т.д.). Такие породы становятся анизотропными.