Лекція № 13 Геолого-технічні причини викривлення свердловин, аварії і способи їх ліквідації

Однією з головних вимог, які ставляться до геологорозвідувальних свердловин, є проходження її відповідно до проектного профілю.

Викривленням свердловини називається відхилення її осі (стовбура) від проектного напряму.

При розвідці родовищ без урахування викривлення свердловини складається неправильне уявлення про геологічну будову ділянки. Кривина свердловини значно ускладнює технологію проходження свердловини, прискорює зношування бурового інструменту, може призводити до аварій.

Для запобігання викривленню свердловин використовують певні заходи. Ретельно встановлюють буровий станок і напрямну трубу з відповідним технічним наглядом. Буріння шаруватих за міцністю порід, виконується колонковими снарядами завдовжки 6, 9 і 12 м. Застосовують стабілізатори, обважнений низ та інші засоби, які зменшують вигин бурового снаряда, дотримуються раціонального технологічного режиму буріння.

Іноді викривлення стає таким суттєвим, що буріння свердловини припиняють. Виправити свердловини можна одним із таких способів: цементуванням викривленої ділянки з наступним перебурюванням пройденого інтервалу; торпедуванням (підриванням) свердловини на початку викривленої ділянки з наступною установкою обсадної колони; штучним викривленням свердловини в певному напрямі для повторного перебурювання шару. До останнього способу вдаються також і в разі ліквідації аварії для обходу ураженого місця.

Основні причини викривлення свердловини. Розрізняють геологічні, технічні та технологічні причини викривлення свердловин.

Причини геологічного характеру пов’язані з неоднорідністю середовища й перешкодами, які трапляються при бурінні: валуни, тверді включення, тріщини й порожнини, перетин свердловин під гострим кутом сланцевих і тонкошаруватих порід, особливо якщо окремі прошарки породи мають різну твердість (джеспіліти, кварцево-хлоритові сланці тощо).

При переході породоруйнівного інструменту з м’якого шару до твердого трапляється відхилення свердловини в бік твердого шару. При виході породоруйнівного інструменту з твердого шару в м’який спостерігається зворотне явище, але меншою мірою. При перетині свердловиною шаруватих порід (які перемежаються) різної твердості свердловина поступово викривляється, внаслідок чого її вісь стає направленою нормально до напластування шаруватих порід. Якщо свердловина задана точно вхрест простяганню сланцюватості або тріщинуватості, викривлення відбувається лише у вертикальній площині в бік зменшення кута нахилу. Якщо свердловина задана під гострим кутом до простягання сланцюватості або шаруватості, то змінюються не тільки кут нахилу свердловини, а й її простягання. Для запобігання значним викрив­ленням слід задавати свердловину навхрест переважаючої сланцюватості або тріщинуватості, перпендикулярно до падіння порід.

При перетині порід свердловиною під дуже гострим кутом до шаруватості або сланцюватості породоруйнівний інструмент починає ковзати по висячому боці найтвердішого, потужнішого шару. При бурінні в м’яких породах нахилені свердловини можуть схилятися вниз – падати. Нахилені свердловини в основному викривляються в бік виположування. Особливо викривляються нахилені свердловини при перетині шарів порід, які змінюються за міцністю, під гострим кутом. При цьому вісь свердловини переміщується до положення, перпендикулярного до нашарування.

Причини технічного порядку виявляють вплив на викривлення свердловини як при забурюванні, так і під час буріння. Напрям викривлення за технічними причинами трапляється будь-який і тому завбачити його неможливо. До таких причин належать: неправильна установка станка та напрямної труби; буріння короткою колонковою трубою, особливо в породах із твердістю, що змінюється; застосування бурильних труб малого діаметра в свердловині великого діаметра; буріння викривленими бурильними й колонковими трубами; перехід на менший діаметр у свердловині, не закріпленій трубами, без відповідних попереджувальних заходів; нестійкість прямолінійної форми бурильної труби, що обертається.

Причини технологічного характеру пов’язані зі способами й параметрами режиму буріння й призводять до нерівномірного розбурювання вибою та стінок свердловини, утворення значних зазорів між стінками свердловини та буровим снарядом, а також до збільшення сил, які відхиляють буровий снаряд від осі свердловини. До них належать: надмірний тиск на вибій, застосування надінтенсивного промивання в м’яких породах тощо.

Вимірювання викривлення свердловини. Вимірювання кривизни свердловини є обов’язковим при бурінні всіх вертикальних і направлених розвідувальних, опорних, структурних і експлуатаційних свердловин.

Просторове положення будь-якої свердловини визначають за трьома параметрами: глибиною H, зенітним кутом , кутом нахилу  та азимутальним кутом α.

Зенітним кутом  свердловини називається кут між вертикальною проекцією свердловини та дотичною до осі свердловини. Кут нахилу  свердловини – кут між горизонтальною проекцією свердловини і віссю свердловини. Сума цих кутів завжди дорівнює 90°.

Азимутальним кутом , або азимутом свердловини, називається кут, утворений будь-яким початковим напрямом відліку та дотичною до горизонтальної проекції осі свердловини в будь-якій її точці. Залежно від вибору початкового напряму відліку азимут може бути дійсним, магнітним або умовним. У першому випадку відлік ведеться від географічного, а в другому – від магнітного меридіана, а в третьому – від напряму на довільно вибраний репер, географічні координати якого відомі.

Кількісні зміни зенітного та азимутального викривлення свердловини визначаються за їх інтенсивністю.

Інтенсивність викривлення свердловини – це відношення приросту зенітного або азимутального кута на певному інтервалі стовбура до довжини цього інтервалу:

Інтенсивність викривлення визначається в градусах на 1, 10, 20 або 100 м.

Положення осі свердловини в просторі (профіль свердловини) визначається замірюванням  і  за певними інтервалами, які повинні бути якомога меншими для правильнішого відображення профілю свердловини.

Елементи викривлення заміряють спеціальними приладами, які поділяються на дві групи: прилади, які вимірюють тільки кут кривизни ; універсальні прилади (інклінометри), які вимірюють кут кривизни  й напрям цієї кривизни відносно сторін світу (або умовного напряму) .

Будова приладів першої групи базується на принципі горизонтального рівня рідини, а також на принципі виска, який розміщується на карданній підвісці й набуває під впливом сили тяжіння вертикального положення, в той час як поздовжня вісь корпусу апарата відхиляється від вертикалі на величину викривлення стовбура свердловини. Ці прилади бувають з плавиковою кислотою, з електролітами тощо. В приладах другої групи для заміру зенітних кутів в основному використовують виски.

Пристрій для замірювання азимутальних кутів у таких приладах базується на одному з принципів: використання магнітного поля землі — прилади з магнітною стрілкою або індукційною бусоллю (інклінометри Полякова: ІІП-2, ІШ-4, ІК-1. ІК-6, УМІ-25; фотоінклінометри ІФ-1, ІФ-2, ІФ-5, ІФ-6, ІФ-6М, АФІ-1); використання гіроскопа («Шахтер» , СІ-3, ІГ-2, ІГ-50, ІГ-70); орієнтація з поверхні (ГБС-Я-1, ГБС-Я-2М, «Мир»); застосування послідовних ходів від відомого напряму (ІМА-ГУ-2); застосування електромагнітного принципу (МІА-ІІ, МІА-ІИ, МІА-ЗМ).

Вимірювання викривлення свердловини в основному виконується каротажними станціями.