1.7.6 Попередження викривлення вертикальних свердловин

Внаслідок одночасної дії різноманітних причин, які сприяють викривленню свердловин, практично неможливо бурити їх у строго вертикальному напрямі. Тому всі вертикальні свердловини, як правило, викривлені. Отже, першочерговим завданням стає попередження їх значного викривлення. У зв’язку з цим розглянемо умови роботи долота не у вертикальній, а у викривленій свердловині.

Припустимо, що свердловина відхилилася від вертикалі на кут α і направляюча ділянка (направляючою ділянкою називається ділянка бурильної колони від долота до першої точки дотику колони із стінкою свердловини) бурильної колони торкається стінки свердловини в точці Т (рис. 1.90).

а б в

Рисунок 1.90 – Схема дії сил, які впливають на викривлення свердловини при бурінні в ізотропних породах:

а – зменшення кута α; б – стабілізація кута α; в – збільшення кута α

За відсутності навантаження на вибій, єдиною силою, що діє на долото, є вага направляючої ділянки бурильної колони Р_н.

Під час буріння свердловини під впливом ваги направляючої ділянки бурильної колони Р_н долото намагається зайняти вертикальне положення, а під впливом ваги стисненої частини бурильної колони переміститися уздовж її осі.

Результуючу цих двох сил Р₃ можна розкласти на дві складові: силу Р₁, що діє вздовж осі бурильної колони, і силу Р₂, перпендикулярну до неї. Якщо Р₂ спрямована до вертикалі, долото прагне зменшити зенітний кут сверд-ловини α і сила Р₂ називається випрямляючою силою (див. рис. 1.90, а). Якщо Р₂ спрямована від вертикалі, долото прагне збільшити зенітний кут свердловини α і Р₂ називається відхиляючою силою (див. рис. 1.90, в). Якщо Р₂ дорівнює нулю, наступить стабілізація зенітного кута свердловини α і, потім, свердловина буритиметься похило (див. рис. 1.90, б).

При бурінні в ізотропних породах величина Р₂ залежить від навантаження на вибій, діаметра свердловини, проміжку між ОБТ і стінкою свердловини, діаметра ОБТ і зенітного кута свердловини. Із збільшенням навантаження на вибій збільшиться прогинання нижньої частини бурильної колони, точка Т наблизиться до долота і складова ваги направляючої ділянки бурильної колони Рн зменшиться. Це приведе до зменшення випрямляючої сили Р₂. При дальшому підвищенні навантаження на вибій може наступити стабілізація (сила Р₂ стає рівною нулю), а потім і приріст зенітного кута свердловини α (Р₂ стає відхиляючою силою).

Наведений аналіз дії сил на нижню ділянку бурильної колони справедливий для умов буріння в ізотропній породі, тобто, для умов, коли не враховується вплив геологічних умов на викривлення свердловин.

З геологічних причин найбільший вплив на викривлення свердловин має анізотропія гірської породи і ступінь нахилу, що чергуються за твердістю і потужністю пластів.

Для попередження викривлення свердловини найсприятливіші умови, коли вісь долота перпендикулярна або паралельна до площин шаруватості анізотропної породи і до площин нашарування похилої породи. У всіх інших випадках долото, прагнучи зайняти одне з цих положень, відхиляє свердловину від вертикалі при одночасній зміні азимуту. У складних геологічних умовах разом з силою Р₃ діє сила, значення і напрям якої залежать від анізотропії порід, кута нахилу пластів та інших геологічних причин, які важко враховуються. Рівнодіюча, цих сил і визначить напрям свердловини.

Ще більші можливості регулювання сили Р₂ можна отримати, якщо використовувати в нижній частині бурильної колони, складеної з ОБТ одного діаметра, один або два центрувальні пристрої, або ОБТ не одного, а, наприклад, двох діаметрів. У цьому випадку секція розрахованої довжини з ОБТ більшого діаметру встановлюється над долотом, а над нею, також розрахованої довжини, встановлюється секція з ОБТ меншого діаметру. Ефект зростає, якщо на границі переходу від ОБТ більшого діаметру до ОБТ меншого діаметру встановити перше центрувальне пристосування, а потім на розрахунковій відстані в колоні ОБТ меншого діаметру встановити друге центрувальне пристосування. При цьому бажано щоб діаметри центрувальних пристосувань були рівними діаметру долота.

На відміну від розглянутих конструкцій нижньої частини бурильної колони, які використовують “ефект виска”, при бурінні в складних геологічних умовах, широко застосовують конструкції нижньої частини бурильної колони, в яких досягається її центрування в свердловині. У цьому випадку над долотом, а потім на розрахованій відстані від нього (рис. 1.91) встановлюють центрувальні пристосування з діаметром, рівним діаметру долота.

Рисунок 1.91 – Конструкція нижньої частини бурильної колони заснована на принципі її центрування в свердловині:

1 – обважнені бурильні труби; 2, 3 – центрувальні пристрої

У результаті вісь нижньої частини бурильної колони і вісь свердловини суміщаються, що створює умови для буріння свердловини без зміни її зенітного кута. Проте внаслідок зношування центрувальних пристосувань і більшого діаметру свердловини, порівнюючи з діаметром долота, центрування нижньої частини бурильної колони порушується, і дальше буріння при такому положенні колони призводить до збільшення зенітного кута свердловини.