книги / Решение геолого-технических задач при направленном бурении скважин

Рис. 11. Конусная форма многоствольной скважины

Р.Л.1

Р.ЛШ

Р.ЛШ

На стадии детальной разведки при крутом падении слоев пород применяется схема последовательного бурения стволов снизу вверх (рис. 10, б). Сначала бурят основной ствол 1 до глубины Н, после чего в точке А забуривают первый дополнительный ствол 1Д и проходят его до требуемой глубины. Затем в точке В забуривают второй дополнительный ствол 2Д.

Когда угол падения пласта полезного ископаемого не превышает 20—30°, целесообразно применять комбинированную схему (рис. 10, в). Основной ствол 1 направляется в предполагаемый центр залежи, затем из точки А забуривают первый дополнительный ствол 1Д по падению рудного тела. Из точки В задается второй дополнительный ствол 2Д по восстанию рудного тела и т. д.

Выбор типового профиля многоствольной скважины

При разведке пологопадающих (с углом падения до 25—35°) залежей пластового или линзообразного типа следует использовать конусообразный профиль многоствольных скважин, пересекающих залежь по разведочным линиям Р. Л. I — Р. Л. III (рис. 11). Для пересечения крутопадающих или вертикальных залежей пластового, жилоили линзообразного типа проектируют веерообразный профиль многоствольных скважин с дополнительными стволами, направлен­ ными в одну сторону (рис. 12). При наличии мощной толщи рыхлых отложений или горизонтально залегающих слоев пород скального типа следует забуривать основной ствол вертикально (рис. 12, а). При наклонном залегании слоев пород основной ствол забуривают на­ клонно (рис. 12, б).

31

При изучении крутопадающих или вертикальных штоко- и трубо­ образных залежей • (рис. 13, а), залежей пластового типа, имеющих форму синклинали и антиклинали с круторасположенными крыльями, или залежей весьма неправильной формы (гнезда, вкрапления, серии мелких тел и др.), расположенных параллельно на небольшом расстоя­ нии друг от друга (рис. 13,6), используют профиль перистого типа. При этом дополнительные стволы располагаются в одной плоскости и направляются в разные стороны.

Выявление закономерностей естественного искривления скважин и проектирование траектории основного ствола

На месторождениях, сложенных пологозалёгающими толщами пород, выделяются группы скважин, объединенных по общим геологотехническим признакам. На месторождениях, сложенных крутопадаю­ щими пластами, замеры углов группируются по параллельному профилю. Рассчитывают координаты основного ствола скважины.

Для предотвращения интенсивного азимутального искривления основного ствола определяют оптимальный азимут и глубину’ зарезки дополнительного ствола.

Проектирование дополнительного ствола

Дополнительный ствол многоствольной разведочной скважины должен иметь возможно большую кривизну. В связи с этим реко­ мендуется бурить его от начала до конца с использованием одношар­ нирной компоновки при уменьшенном эффекте накатывания на стенку скважины и пониженной частоте вращения. Интенсивность искривления в среднем должна составлять 0,10—0,15°/м.

Когда специальная компоновка не дает желаемого результата, дополнительный ствол следует искривлять с помощью отклонителей непрерывного действия. Средняя интенсивность искривления при этом рассчитывается исходя из условия вписываемости в ствол скважины колонкового снаряда нормальной длины.

Для того чтобы определить число циклов искусственного искривле­ ния, необходимых для бурения дополнительного ствола по заданной траектории, нужны следующие расчеты. Определить конечный зенит­ ный угол дополнительного ствола 0С и необходимое приращение зенитного угла Д0 между точкой забуривания дополнительного ствола

рудного тела и в точке забуривания дополнительного ствола. Необходимое число циклов искусственного искривления рассчиты­

вается по формуле (1.16).

Установка перекрытия в стволе скважины

Перед установкой искусственного забоя в скважине проводят кавернометрию и уточняют расчетный интервал забуривания дополни-

32

тельного ствола. Выбирают способ создания искусственного забоя и при необходимости рассчитывают требуемый объем тампонирующего материала. Определяют способ и средства доставки этого материала в скважину. Устанавливают искусственный забой.

Забуривание дополнительного ствола

При забуривании дополнительного ствола с естественного забоя (при разведке месторождения сверху вниз) рекомендуется использовать отклонители непрерывного действия с подвижной раскрепляющей системой или извлекаемые отклонители разового действия.

При бурении с искусственного забоя, когда трудно применять отклонители непрерывного действия, так как невозможно создать достаточно прочные перекрытия, используют неизвлекаемые откло­ нители открытого типа. Такие отклонители не рекомендуется исполь­ зовать, если дополнительный ствол забуривается «на выкручивание», поскольку в процессе проходки дополнительного ствола часто наблю­ дается отклонение верхней части ложка клина от стенки скважины и перекрытие ствола. Их не рекомендуется устанавливать и при большей глубине скважин (>500—600 м), так как это связано со значительными затратами времени на спуско-подъемные операции.

При забуривании дополнительного ствола «на выполаживание» из наклонной скважины (зенитный угол $sl0— 15°), а также когда не требуется ориентация дополнительного ствола, ствол следует забури­ вать с помощью одношарнирной компоновки с уменьшенным эффек­ том накатывания при пониженной частоте вращения бурового снаряда. Диаметр породоразрушающего инструмента рекомендуется уменьшить на один размер с тем, чтобы облегчить в дальнейшем спрямление ствола.

Отклонители в наклонных скважинах надо ориентировать в соответствии с принятой технологией.

Бурение криволинейного участка дополнительного ствола

Как правило, криволинейный участок дополнительного ствола имеет форму выполаживающейся кривой. В связи с этим наиболее удобное техническое средство— одношарнирная компоновка с умень­ шенным эффектом накатывания. При бурении криволинейной части дополнительного ствола «на выкручивание» в относительно изотроп­ ных породах следует использовать двухшарнирную компоновку с уменьшенным эффектом накатывания.

Когда скважина естественно искривляется в сторону, противопо­ ложную проектному направлению, в ненарушенных породах для бурения искривленного участка надо применять отклонитель непрерыв­ ного действия с подвижной раскрепляющей системой. При естествен­ ном искривлении скважины в сторону, противоположную проект­ ному направлению, в трещиноватых породах искривленный участок надо бурить с использованием извлекаемых отклонителей разового действия.

33

При бурении первых 50—70 м дополнительного ствола необходимо оперативно контролировать зенитный угол не реже чем через 5—7 м.

Бурение прямолинейного участка дополнительного ствола

Прямолинейные отрезки надо бурить с использованием как обычных колонковых труб длиной не менее 4,5—5 м, так и удлинен­ ных до 6—8 м труб повышенной жесткости. Выше и ниже колонковой трубы необходимо устанавливать расширители и центрировать ниж­ нюю часть бурильной колонны в интервале 10— 12 м с помощью специальных устройств. Осевую нагрузку надо ограничивать, доби­ ваясь повышения механической скорости за счет увеличения частоты вращения бурильного вала.

При бурении многоствольной скважины по схеме сверху вниз после окончания бурения дополнительного ствола основной ствол надо бурить по методу Томского политехнического института (ТПИ). Для этого в место ответвления опускают удлиненный до 6—8 м колонко­ вый набор повышенной жесткости. Уступ срезается при пониженной осевой нагрузке и малой подаче снаряда.

1.7. ПЕРЕСЕЧЕНИЕ ПЛАСТА ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ СТВОЛАМИ СКВАЖИНЫ, НАХОДЯЩЕЙСЯ НА СОСЕДНЕЙ РАЗВЕДОЧНОЙ ЛИНИИ

Задача решается для следующих условий:

Методика проектирования траектории скважины

Расчетная схема приведена на рис. 14. Основной ствол много­ ствольной скважины проектируется в соответствии с выявленными закономерностями естественного искривления. В плане основной ствол направляется по оптимальному азимуту вкрест простирания главной плоскости скалывания анизотропных горных пород.

При проектировании пространственно разветвленной скважины необходимо определить точку забуривания дополнительного ствола, число циклов искусственного искривления и характеристику участков траектории.

Как правило, основной ствол скважины пересекает пласт перпенди­ кулярно к простиранию в плане. Чтобы на глубине Н дополнительный ствол пересекал пласт в нужной точке на расстоянии А от основного ствола, дополнительный ствол должен проходить в плоскости, перпендикулярной к геологическому разрезу и имеющей зенитный угол, равный зенитному углу основного ствола. Для этого при каждом цикле искусственного искривления должен увеличиваться (изменяться)

34

Рис. 14. Схема к расчету траектории пространственно разветвленной скважи

один цикл искусственного искривления осуществляется на отрезке скважины длиной 10 м;

за один цикл искривления скважина может получить приращение пространственного угла на величину 1, 2, 3, 4 или 5°;

искусственное искривление скважины прекращается при изменении азимута на 60°, для того чтобы угол встречи скважины с пластом в плане был не меньше 30°.

35

Задача решается в следующем порядке. По табл. 4 для известного среднего зенитного угла 0 основного ствола и известного угла пространственного отклонения скважины за цикл Аф определяем: необходимое число циклов искусственного искривления п; суммарное изменение азимута скважины после п циклов искусственного искрив­ ления (в конце отрезка искусственного искривления) ЕДа; зенитный угол скважины в конце отрезка искусственного искривления 0i; суммы проекций отрезков криволинейного интервала скважины на две взаимно перпендикулярные горизонтальные оси Еа и ЕА (рис. 14);

Длина горизонтальной проекции прямолинейной части дополни­ тельного ствола

Ьш=а'/совф. (1.65)

Длина прямолинейной части дополнительного ствола

Общая длина дополнительного ствола

Вертикальная проекция прямолинейной части дополнительного ствола

A'=L„r/tg0i. (1.68)

Общая длина вертикальной проекции дополнительного ствола

Расстояние между точкой встречи пласта основным стволом и

а'=70 - 23,55=46,45 м.

36

£= 55,42/sin 25°= 131,13 м.

Втом случае, когда La превышает требуемый отход дополни­ тельного ствола, для построения его траектории следует пользоваться табл. 5.

Исходные данные для расчетов: зенитный угол основного ствола 0,

изменение пространственного угла за один цикл Аф и требуемый отход скважины от разведочной линии А по оси у.

В табл. 5 величины а представляют собой проекции десятиметровых отрезков траектории скважины на ось у при разных углах отклонения дополнительного ствола в пространстве ф от основного. Вели­ чина отхода La рассчитывается в зависимости от принятого угла пространственного отклонения за один цикл:

при Лф= Г /10 м

Ъа1=а1+а2+аг + ...+акъА-,

при Аф=2°/Юм

2 аг - а 2+ a4+ a 6+ ...+ аля А ;

при Дф = 3°/10 м

L a3+ a6+ a9+ ...+ a B»>4;

при Аф=4°/10 м

Е а 4+ ав + ...+ ая» А ;

при Аф= 5°/10м

-L а5 = а5+ а 10 + ...+ ая&А.

Пользуясь данными табл. 5, суммируем соответствующие величины проекций аг на ось у до тех пор, пока эта сумма не будет близка к требуемой величине отхода А. Количество сложенных проекций at даст необходимое число циклов искусственного искривления п. Затем по

38

39

Продолжение табл. 5

40