Материал: Григорян, Н. А. Бурение наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров

наклонных скважин всегда сопровождается эффектом фрезерова­ ния стенки ствола. С уменьшением диаметра наклонных скважин доля приращения угла искривления в результате фрезерования стенки ствола возрастает, хотя при этом фрезерующая способность долот снижается.

Следовательно, в процессе бурения глубоких наклонных сква­ жин и скважин уменьшенных и малых диаметров, а также при уменьшении угла наклона искривленной вертикальной скважины на больших глубинах основным процессом изменения направления ствола от первоначального является фрезерование стенки скважины. Поэтому необходимо провести специальные экспериментальные ис­ следования для установления основных закономерностей процесса фрезерования горных пород боковыми поверхностями породоразру­ шающих инструментов.

Показатели фрезерования стенки ствола при бурении наклонных скважин

Интенсивность искривления ствола вследствие фрезерования стенки скважины, помимо геометрических размеров системы до­ лото—турбобур и фактического диаметра скважины, в значитель­ ной степени зависит от механических свойств проходимых горных пород, параметров режима бурения, величины отклоняющей силы и конструктивных особенностей породоразрушающего инструмента.

Так как при современном состоянии техники и технологии про­ ходки скважин в случае работы с отклонителем долото, помимо раз­ рушения забоя, одновременно фрезерует стенку скважины, то для оценки эффективности применения долот различных типоразмеров необходимо знать как показатели его работы (проходка на долото, механическая и рейсовая скорости бурения), так и показатели, ха­ рактеризующие процесс фрезерования стенки ствола (боковая про­ ходка в результате фрезерования, механическая скорость бокового фрезерования).

Анализ процесса искривления наклонных скважин в основном производят по значениям интенсивности изменения угла и азимута искривления ствола. Эти показатели могут характеризовать в опре­ деленной степени боковую фрезерующую способность долот различ­ ного типа, но одинакового диаметра (ввиду того, что при этом доля искривления ствола вследствие асимметричного разрушения забоя примерно одинаковая). Если бурение осуществляется долотами раз­ личного диаметра, то эти показатели уже не достаточны для харак­ теристики степени использования боковых фрезерующих способно­ стей долот, поскольку в случае различных диаметров доли искрив­ ления ствола в результате асимметричного разрушения забоя не одинаковы. Для выяснения этого вопроса необходимо расшифро­ вать интенсивности искривления ствола и определить показатели, характеризующие процесс фрезерования стенки скважины.

52

Следует иметь в виду, что любая компоновка низа бурильной колонны имеет ограниченную возможность в искривлении ствола. Поэтому, если для получения возможного приращения искривления Да на единицу метра проходки необходимо время t, то при затрате на этот интервал времени ti, t2 и так далее, причем t2 > t i > t , во всех случаях будет получено одинаковое приращение искривления ствола. Но при этом работа за время t u t2, ... будет малоэффектив­ ной, так как на проходку одинакового интервала и достижение од­ ного и того же приращения искривления затрачено больше времени.

Вопросы рационального проектирования отклоняющих компоно­ вок, выбора оптимальных значений отклоняющей силы на долоте требуют установления закономерностей изменения показателей фрезерования стенки скважины в зависимости от различных техни­ ческих, технологических и геологических факторов, а также выяв­ ления соотношений параметров фрезерования стенки скважины и бурения забоя.

Для оценки показателей фрезерования стенки скважины общее перемещение долота от вертикали в боковом направлении Лб может быть представлено как сумма перемещений вследствие асимметрич­ ного разрушения Лас и фрезерования стенки ствола Аф, т. е.

Если в интервале проходки Лм по замеру инклинометром имеем приращение искривления ствола Да, то горизонтальное боковое пе­ ремещение скважины Лб за этот интервал проходки (имеется в виду, что на этом ограниченном интервале искривление ствола происхо­ дит по дуге окружности)

А перемещение долота от вертикали в результате асимметрич­ ного разрушения забоя на Лм проходки

Имея в виду выражение (9), проходка вследствие бокового фре­ зерования стенки ствола Лф равна

Тогда механическая скорость бокового фрезерования стенки

где t — время механического бурения на Лм проходки в м; vM— ме­ ханическая скорость бурения в м/ч.

53

Выражения (30) и (31) позволяют по показателям работы долот (проходка и механическая скорость бурения), по замерам инклино­ метром и геометрическим размерам системы долото—турбобур оп­ ределять боковую проходку и механическую скорость фрезерова­ ния стенки скважины. Если анализ проводят для интервалов, где кроме угла искривления ствола изменяется также азимут скважины, то следует исходить из приращения общего угла искривления сква­ жины, которое определяют по формуле (10).

В табл. 6 по фактическим данным ряда скважин, пробуренных различными сочетаниями долота и турбобура на площади Нефтя­ ные Камни в направлении падения пластов, приведены значения боковой проходки и механической скорости фрезерования стенки ствола. При бурении долотами диаметром 394 и 346 мм в качестве отклонителя использовались 203-мм кривые переводники с углом перекоса осей резьб 2° 30' и 178-мм УБТ длиною 24 м, а при буре­ нии долотами диаметром 243 и 214 мм — резиновые эксцентричные ниппеля.

Из табл. 6 следует, что при уменьшении диаметра трехшарошеч­ ного долота в среднем механическая скорость бурения и интенсив­ ность искривления ствола снижаются, а механическая скорость бо­ кового фрезерования и боковая проходка вследствие фрезерования стенки скважины увеличиваются. Из этих данных следует, что в слу­ чае бурения с отклонителем фрезерующие способности долот умень­ шенного (214 мм) и нормального (243 мм) диаметров, используются в большей степени, чем долот больших диаметров (346 и 394 мм).

Снижение механической скорости бурения при уменьшении диа­ метра долота может быть объяснено наличием относительно боль­ шой величины отклоняющей силы и снижением величины вращаю­ щего момента на процесс разрушения забоя, а также некоторым увеличением твердости пород с ростом глубины скважины.

Снижение общей интенсивности искривления ствола if процессе уменьшения диаметра трехшарошечного долота еще не означает, что роль их фрезерующей способности также уменьшается. Если учесть, что завесы шарошек у 394, 346, 243 и 214-мм трехшарошеч­ ных долот составляют соответственно 7,0; 5,5; 3,0 и 3,0 мм, то по мере уменьшения диаметра этих долот необходимо стремиться по возможности в большей степени использовать их фрезерующую способность.

Сопоставление показывает, что при современном состоянии тех­ ники и технологии бурения наклонных скважин на месторождении Нефтяные Камни в процессе работы с отклонителем отношение по­ казателей процесса фрезерования стенки скважины (проходка и механическая скорость бокового фрезерования) к показателям про­ цесса бурения (проходка и механическая скорость бурения) в сред­ нем составляет: при бурении 394-мм долотом 1 : 263; 346-мм доло­ том — 1:161; 243-мм долотом — 1:132 и 214-мм долотом-— 1:121.

Из изложенного следует, что в случае бурения наклонных сква­ жин трехшарошечными долотами уменьшенного диаметра роль

54

55

процесса фрезерования стенки ствола возрастает и становится основ­ ным средством искривления скважины. При бурении наклонных скважин долотами уменьшенных диаметров ввиду снижения завеса шарошек замедление подачи инструмента с целью интенсивного ис­ кривления ствола должно быть осуществлено в меньшей степени, чем при бурении наклонных скважин долотами большего диаметра. Кроме того, относительная величина отклоняющей силы на долоте также должна быть снижена с целью получения более высоких ме­ ханических скоростей бурения.

Процесс зарезки и бурения новым стволом

При проходке скважин иногда возникает необходимость произ­ водства зарезки и бурения новым стволом. Причинами их являются: 1) прихват колонны, что сопровождается торпедированием или раз­ ворачиванием бурильных труб влево с потерей нижней части бу­ рильной колонны; 2) исправление направления наклонной сква­ жины, когда оно значительно расходится с проектным азимутом и исправление которого обычными способами не дает положительных результатов; 3) опасность встречи стволов скважин на кусте; 4) со­ общение стволов соседних скважин, когда заливка не приводит к успеху и дальнейшая проводка скважины сопряжена с большим осложнением; 5) произвольное искривление вертикальной сква­ жины и т. д.

Эффективность зарезки и бурения новым стволом во многом за ­ висит от диаметра ствола, физико-мехаиических свойств проходи­ мых пород, конструктивных особенностей долота и отклоняющей компоновки, режима зарезки и бурения новым стволом и т. д.

Наблюдения и анализ показателей работы долот и параметров искривления ствола при забуривании и бурении новым стволом по­ казывают, что в ряде случаев возникают нежелательные явления и имеются резервы для ускорения указанных процессов.

Основной отличительной стороной технологии зарезки новых стволов по сравнению с бурением первого ствола с отклонителем является: поддержание мертвой точки, замедленная подача буриль­ ной колонны, повторные фрезерования (проработки) стенки сква­ жины. Эти операции имеют свои иположительные и отрицательные стороны. Положительные стороны этих операций те, которые спо­ собствуют более интенсивному фрезерованию стенки скважины и искривлению ее ствола от предыдущего направления.

Отрицательные стороны следующие.

1. При продолжительной работе на одной мертвой точке и за ­ медленных подачах бурильной колонны долото работает на повы­ шенных скоростях вращения, происходит преждевременный износ тыльной части периферийных зубьев шарошек и элементов тел ка­ чения. В результате помимо снижения стойкости опоры долота уменьшается завес шарошек, а осевой люфт их — увеличивается, вследствие чего боковая фрезерующая способность долота падает,

56