Комбинированная (жесткая) компоновка

Удваивание толщины стенки утяжеленной трубы увеличивает ее жесткость в 8 раз. Чтобы сохранить угол наклона ствола скважины, бу­рильщик может использовать комбинацию толстостенных утяжеленных труб по возможности большого диаметра и стабилизаторов для миними­зации или ограничения искривления, т.е. компоновки, ограничивающие как эффект маятника, так и эффект опоры. Такие компоновки называют комбинированными, или жесткими (рис. 5.5).

280

Компоновка с забойным двигателем. Забойные двигатели могут использоваться не только для изменения угла и направления ствола, но также для бурения прямых интервалов (вертикальных или наклонных) направленной скважины. Когда забойный двигатель применяют для со­хранения угла, ребра лопастного стабилизатора могут быть приварены к нижней части его корпуса, а стабилизатор установлен сразу над ним. Для ограничения трения и передачи осевой нагрузки на долото бурильную ко­лонну иногда медленно вращают, чтобы бурение велось в прямом, уже созданном направлении. В этом случае ни кривой корпус забойного дви­гателя, ни кривой переводник не используются.

Особые проблемы в направленном бурении. Направленные скважи­ны бурить труднее, чем вертикальные. Почти все обычные операции при бурении усложняются, когда скважины бурят под углом. При подъеме и спуске бурильной колонны требуется большая мощность, необходимо большее усилие на роторе для преодоления силы трения: буровой раствор и гидравлическая система требуют более внимательного отношения; при­хваты труб и поломки оборудования становятся более типичными, обсад­ные колонны труднее спускать и цементировать.

Желоб в резком перегибе ствола скважины. Многие проблемы мо­гут быть исключены благодаря особому вниманию к интенсивности набо­ра кривизны.

В идеале угол наклона должен увеличиваться или уменьшаться по­степенно: обычно 6⁰/100 м; максимально в безопасном пределе до 15⁰/100 м. Однако изменение угла наклона от 6 до 15° автоматически нельзя считать безопасным. Темп изменения угла наклона должен соблюдаться на всем искривляемом интервале. Если 1° угла искривления добавляется каждые 10 м и при этом не изменяется азимут ствола, вероятно, не будет пробле­мы при следующем долблении. Но если этот угол добавляют каждые 5 м проходки и искривление 10° достигается в интервале 100 м, то это значит, что первые 50 м пройдены с темпом искривления 20 /100 м .

Создание желобов в резко искривленных интервалах ствола сква­жины является серьезным осложнением.

Когда анализируют инклинометрические данные, следует учесть как вертикальные, так и горизонтальные изменения траектории ствола. Если набор кривизны произведен плавно от 8 до 12⁰/25 м, то темп набора угла составляет 1,7⁰/10 м. Но если в это же время азимутальное направле­ние скважины изменено на 25°, то желобообразующий фактор становится почти 2,5⁰/10 м (или более 20⁰/100 м), а ствол имеет вид спирали или штопора.

В верхней части сильно искривленных скважин могут образоваться желоба в форме замочной скважины (рис. 5.6). Вес бурильной колонны под сильно искривленным участком ствола создает боковое усилие со стороны труб на стенку скважины, в результате чего в этом месте вырабатывается желоб небольшого диаметра, через который трудно проходит инструмент и

281

утяжеленные бурильные трубы. Когда бурильная колонна поднимается или спускается, ее может заклинить в этой замочной скважине и для извлечения потребуется провести длительные дорогостоящие операции. Если ствол скважины обсажен, то колонна может быть протерта, пока будет буриться нижняя часть ствола. По этим причинам быстро набирать кривизну безо­паснее в нижних интервалах ствола, чем в верхних.

Влияние геологических факторов. Иногда проходимые породы имеют тенденцию отклонять долото. Его управление становится более трудным при бурении через слоистые породы, которые залегают не гори­зонтально.

Когда угол падения пород (угол между плоскостью напластования и горизонтальной плоскостью) меньше 45°, долото стремится отклониться в сторону восстания пласта или принять положение, перпендикулярное к напластованию. Если угол падения больше 45°, то долото имеет тенден­цию бурить вниз по падению пласта, или стремится принять положение,

282

параллельное напластованию. Иногда скважину планируют, используя эти тенденции долота. В других случаях для предотвращения влияния пород необходимо использовать жесткие забойные компоновки.

Долото также имеет тенденцию отклоняться в горизонтальном на­правлении параллельно наклонному напластованию вследствие разной прочности проходимых пород. Этот эффект называют «блужданием». Да­же там, где напластование горизонтальное, вращаемое вправо долото име­ет тенденцию двигаться вправо в искривленной скважине («уход» долота). «Блуждание» и «уход» долота труднее контролировать, чем изменения вертикального направления, потому что они не могут быть скорректиро­ваны простым изменением вращения или нагружения забойной компо­новки.

Если жесткая компоновка не обеспечивает контроль за «блуждани­ем» или «уходом» долота, обычно требуется отклоняющий инструмент. В большинстве случаев, однако, бурильщик может предвидеть влияние гео­логических факторов или «уход» долота и компенсировать это проводкой скважины, например, в точке начала искривления выбрать направление, которое отличается от показанного на плане (обычно влево) и использо­вать «уход» долота для проводки ствола к цели.

Гидравлика. Как правило, направленное бурение наиболее эффек­тивно при высокой скорости проходки, при которой требуются высокие давления циркуляции для очистки скважины от шлама.

Однако чтобы достичь наилучших общих результатов при наи­меньшей стоимости, бурильщик должен учитывать многие факторы, такие как скорость проходки, изменение угла искривления, ожидаемый абра­зивный износ или прихват бурильного инструмента, регулирование дав­ления. Скорость проходки, например, ограничивают, когда набирают кри­визну, так как нагрузка на долото совместно с давлением циркуляции должны быть ограничены, чтобы контролировать интенсивность отклоне­ния ствола. В искривленных интервалах, особенно в стволах с большим углом наклона, шлам имеет тенденцию оседать на нижней стенке ствола. Бурильная колонна также провисает на нижнюю стенку, ухудшая очистку восходящим потоком бурового раствора. Стабилизаторы помогают час­тично решить проблему, удерживая бурильную колонну на некотором удалении от стенки ствола скважины.

Увеличение скорости циркуляции может заставить компоновку от­клоняться слишком быстро или блуждать.

Трение. В сильно искривленных скважинах большая часть веса бу­рильной колонны приходится на нижнюю стенку ствола. Возникающее в результате этого трение требует большей мощности на вращение буриль­ной колонны и увеличивает опасность истирания замков, изнашивания и поломки труб. В мягких породах это даже может привести к образованию желоба на нижней стенке ствола.

283

Трение бурильной колонны о стенки ствола не может быть исключе­но полностью, но его можно уменьшить посредством использования нефтеэмульсионных буровых растворов. Трение также затрудняет спуск обсадных колонн в направленные скважины. Колонна ложится на нижнюю стенку ствола, в результате чего цемент плохо распределяется по заколонному про­странству. Используя безмуфтовые обсадные колонны и центраторы, можно уменьшить трение в скважинах; центраторы также улучшают распределение цемента за колонной посредством отвода ее от стенки ствола.