5.3. Факторы, определяющие траекторию забоя скважины

Термин «забойная компоновка» относится к комбинации утяже­ленных бурильных труб, стабилизаторов, оборудования и устройств, рас­положенных непосредственно над долотом. При направленном бурении, особенно роторном, в забойной компоновке используют эффекты, кото­рые приводят к увеличению, уменьшению или стабилизации угла накло­на. Забойная компоновка для роторного бурения не может применяться для управления горизонтальным направлением ствола или в точках начала изменения направления (КОР); однако специфические забойные компо­новки бывают полезны для изменения угла наклона скважины, если она уже искривлена.

Все части бурильной колонны до некоторой степени гибкие. Стан­дартная бурильная труба очень гибкая и легко искривляется при сжатии; по этой причине верхнюю часть бурильной колонны обычно в процессе бурения поддерживают в растянутом состоянии. И даже толстостенные утяжеленные бурильные трубы (УБТ), устанавливаемые в призабойной части бурильной колонны, достаточно гибкие, чтобы изогнуться там, где они лишены боковой опоры. Изменение забойной компоновки дает воз­можность бурильщику управлять величиной и направлением изгиба бу­рильной колонны и таким образом увеличивать, уменьшать или поддер­живать угол отклонения забоя так, как это желательно.

Бурение направленных скважин большого диаметра обычно легче, чем бурение скважины малого диаметра. Утяжеленные и обычные бу­рильные трубы большего размера жестче и, следовательно, менее подвер­жены изгибу и закручиванию в одних и тех же проходимых породах. Они также больше весят, давая бурильщику большую возможность изменять диапазон нагрузки на долото. И хотя их большая внешняя поверхность создает большие сопротивления на контакте со стенкой ствола, этот не­достаток менее значителен, чем преимущества, и поэтому их использова­ние стало обычной практикой в направленном бурении.

277

Опорные забойные компоновки

Стабилизатор, установленный непосредственно над долотом, дей­ствует как боковая опора. В скважинах, составляющих с вертикалью 3° и более, утяжеленные бурильные трубы выше разгруженной части опира­ются на нижнюю часть стенки скважины, вынуждая долото прижиматься к верхней части. При этом по мере углубления ствола увеличивается угол его наклона (рис. 5.3). Такая тенденция называется опорным эффектом. Забойные компоновки, использующие опорный эффект для увеличения угла наклона ствола скважины, также называют наращивающими.

Скорость наращивания угла с опорными компоновками можно ре­гулировать выбором соответствующего размера утяжеленных бурильных труб путем использования коротких утяжеленных труб и переводников между стабилизатором и долотом, распределением других стабилизаторов соответственно выше забойной части утяжеленных труб и регулировани­ем нагрузки на долото и скорости циркуляции.

278

Более гибкие компоновки выше точки опоры ускоряют наращива­ние угла наклона ствола скважины. Утяжеленные трубы меньшего диа­метра провисают и изгибаются легче, чем большего диаметра.

Увеличение нагрузки заставляет забойную компоновку изгибаться далее в направлении начального прогиба. Если применяется умеренная циркуляция, достаточная для очистки долота и стабилизаторов, то нара­щивание угла наклона интенсифицируется, особенно в мягких породах.

Маятниковая компоновка

В гибких компоновках, поддерживаемых стабилизатором, уста­новка одной или двух утяжеленных труб над долотом вместо наддолотно-го стабилизатора приводит к тому, что УБТ под стабилизатором стремят­ся занять вертикальное положение (рис. 5.4). В рассматриваемой скважи­не гравитационные силы на долоте действуют в направлении нижней стенки ствола, создавая при бурении условия для уменьшения угла накло­на ствола скважины. Этот принцип известен как эффект маятника (отве­са). Забойную компоновку, используемую для уменьшения угла отклоне­ния от вертикали, иногда называют «падающей» компоновкой (эффект маятника также используют, чтобы сохранить вертикальный курс в мес­тах самопроизвольного искривления ствола).

279

В маятниковых компоновках расстояние между стабилизатором и долотом зависит от жесткости утяжеленных труб. Если используют гиб­кие утяжеленные трубы меньшего диаметра, то стабилизатор желательно поместить в бурильной колонне ниже, чтобы удерживать утяжеленные трубы от чрезмерного провисания на противоположную стенку скважины. Эффект маятника аннулируется, если УБТ контактируют с нижней сторо­ной ствола между долотом и стабилизатором.

Утяжеленные трубы малого диаметра также способствуют уменьше­нию нагрузки на долото, в результате чего снижается скорость бурения.

Чтобы предотвратить чрезмерное провисание в сильно искривлен­ных скважинах, стабилизаторы могут быть установлены так низко, что долото будет создавать малое усилие или вообще не будет создавать уси­лия на нижнюю стенку ствола. В этих случаях подкалиберный стабилиза­тор, установленный вблизи долота, будет способствовать постепенному уменьшению угла. Однако если все-таки угол невозможно уменьшить по желанию, то возникает необходимость подъема бурильной колонны и спуска отклоняющего устройства.