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

Влияние уменьшения размеров отклонителя в результате пере­ хода к бурению наклонных скважин уменьшенных и малых диа­ метров отрицательно сказывается на работе кривого переводника, кривой трубы и отклонителей типа ОМТ, ОТС. Ввиду снижения жесткости отклоняющая способность их уменьшается.

Для бурения наклонных скважин электробуром в качестве от­ клонителя применяется механизм искривления МИ, который мон­ тируется между электродвигателем и шпинделем электробура [30].

При каждом рейсе с указанными отклонителями возникает не­ обходимость дополнительных операций по их ориентированию. В тех случаях, когда ствол скважины искривлен в заданном на­ правлении и имеет зенитный угол более 5—6°, дальнейшее его увеличение или снижение (по необходимости) может быть осу­ ществлено использованием компоновок для безориентированного бурения. При этом отпадает необходимость операций по ориенти­ рованию инструмента. Метод безориентированного бурения был предложен А. М. Григоряном в 1944 г. [21].

За рубежом, особенно в США и Канаде, метод безориентиро­ ванного бурения широко применяется при проводке наклонных скважин роторным способом, а также при борьбе с самопроизволь­ ным искривлением скважин.

Для безориентированного бурения, в зависимости от цели пред­ стоящего рейса (увеличения или снижения угла искривления ствола) на определенном участке корпуса турбобура (или на УБТ при роторном бурении) устанавливают центратор с таким расче­ том, чтобы долото асимметрично разрушало, а также при необхо­ димости фрезеровало верхнюю или нижнюю стенки ствола. Кроме таких компоновок для безориентированного бурения может быть применен созданный во ВНИИБТ шарнирный отклонитель ОМШ-65/в" [32].

Стабилизаторы кривизны

При бурении наклонных скважин после участка набора кри­ визны под влиянием технических, технологических и геологических факторов угол и азимут искривления ствола изменяются. Исправ­ ление этих параметров искривления ствола требует дополнитель­ ных рейсов с отклонителем. В результате ствол наклонной сква­ жины приобретает более пространственный характер, увеличива­ ются возможности возникновения желобов в стенке ствола, различного рода осложнений и аварий, снижаются скорости буре­ ния, а следовательно, и эффективность проводки наклонных скважин.

Для предотвращения таких нежелательных явлений примене­ ние приспособлений, стабилизирующих достигнутые параметры искривления ствола, является настоятельной необходимостью, осо­ бенно при проводке наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров.

На практике проводки наклонных скважин для поддержания параметров искривления ствола применяют металлические и ре­ зиновые стабилизаторы кривизны. Они могут иметь гладкую или ребристую наружную поверхность, причем ребра направлены или вдоль образующих цилиндра, или имеют спиральную форму. Ста­ билизаторы кривизны устанавливаются на корпусе турбобура, между ниппелем и корпусом турбобура или на ниппеле.

Уменьшение диаметра самих стабилизаторов кривизны вслед­ ствие перехода к бурению наклонных скважин уменьшенных и ма­ лых диаметров не влияет на эффективность их работы. Эффектив­ ность применения стабилизаторов кривизны в основном зависит от правильного определения их размеров и места установки с учетом сочетания долота — забойного двигателя и условий бурения сква­ жины.

Бурильные трубы и УБТ

Уменьшение диаметра бурильных труб, утяжеленных буриль­ ных труб (УБТ), утяжеленных бурильных труб сбалансированных (УБТС), сверхутяжеленных бурильных труб (СУБТ) приводит к резкому росту гидравлических потерь, снижению их веса и жест­ кости. Вследствие роста гидравлических потерь приходится со­ кращать расход промывочной жидкости. Снижение веса буриль­ ной колонны ускоряет спуско-подъемные операции.

Снижение жесткости УБТ, УБТС и СУБТ с уменьшением их диаметров улучшает проходимость по искривленному стволу, по­ зволяет повысить допустимое приращение искривления скважин уменьшенных и малых диаметров. Вместе с тем, это повышает возможность потери устойчивости низа бурильной колонны и са­ мопроизвольного искривления скважины при бурении вертикаль­ ного ствола. Увеличивается угол закручивания бурильной колонны от действия реактивного момента забойного двигателя.

Особенности технологии бурения наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров

Особенности технологии проходки наклонных скважин умень­ шенных и малых диаметров вытекают из особенностей техники бу­ рения, уменьшения диаметра скважины, объема выбуриваемой породы и промывочной жидкости, зазора между стенками сква­ жины и элементами низа бурильной колонны, между стенками скважины и обсадной колонной и т. д.

Объем выбуриваемой породы находится в квадратичной зави­ симости от диаметра скважины, поэтому с уменьшением диаметра наклонных скважин соответственно будет снижаться затрачивае­ мая работа на разрушение породы и последующее ее измельчение. При этом улучшается очистка забоя от выбуренной породы и ее вынос за счет увеличения скорости восходящего потока вследствие

18

уменьшения кольцевогосечения между стенками скважины и эле­ ментами бурильной колонны. Также повышается степень очистки промывочной жидкости от частиц выбуренных пород в желобной системе и механизмах очистной системы (сито-конвейере, вибра­ ционном сите и т. д.) за счет сокращения ее объема.

В результате снижения объема выбуренной породы и времени контакта ее с промывочной жидкостью в процессе бурения наклон­ ных скважин уменьшенных и малых диаметров снижаются воз­ можности перехода глинистой фазы и других нежелательных фракций породы в промывочную жидкость и изменение ее пара­ метров. Это приводит к сокращению затрат времени и химических реагентов на восстановление и поддержание параметров промы­ вочной жидкости. Кроме того, при бурении наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров имеет место сокращение времени промывки скважины перед началом и после процесса бурения перед подъемом бурильного инструмента для смены долота, за­ мера инклинометром и других геофизических исследований.

С уменьшением диаметра скважин устойчивость их стенок зна­ чительно возрастает, поэтому число возможных осложнений со­ кращается. При этом интенсивность поглощения и ухода промы­ вочной жидкости, газо- и нефте- и водопроявлений снижается за счет уменьшения поверхности скважины в осложненном участке.

Практика бурения показывает, что во всех случаях с уменьше­ нием диаметра скважины объем каверн снижается, поэтому и со­ кращается работа, необходимая для вымывания обвалившейся породы. Кроме того, весьма важно, что значительное сокращение количества промывочной жидкости при уменьшении диаметра бу­ рящихся скважин, помимо снижения расхода глины, химических реагентов и утяжелителя, позволяет быстро восстанавливать или, в необходимых случаях, изменять параметры раствора для преду­ преждения и борьбы с поглощениями промывочной жидкости, с обвалами пород, с прихватом инструмента, а также с газо-, нефте- и водопроявлениями.

Вместе с тем с уменьшением диаметра скважин происходит рост гидродинамического давления на стенки ствола, которое в процессе спуска инструмента, проработки ствола, включения бу­ рового насоса и промывки скважины может привести к гидрораз­ рыву пласта, а следовательно, и к поглощению промывочной жид­ кости. Поэтому при проходке скважин уменьшенных и малых диаметров к качеству промывочной жидкости предъявляются бо­ лее высокие требования. Параметры раствора и его реологиче­ ские свойства должны соответствовать конкретным условиям бу­ рения.

Во избежание возникновения отмеченных нежелательных явле­ ний вследствие роста гидродинамических давлений, при проводке скважин уменьшенных и малых диаметров, помимо применения высококачественных растворов, необходимо, чтобы скорости спу­ ска бурильного инструмента, проработки ствола и восходящего

потока не превышали определенных величин, которые вытекают исходя из градиента давления разрыва пласта. Эти вопросы осве­ щены в работах [54, 63, 64] и др.

Качество промывочной жидкости оказывает значительное влия­ ние на энергетическую характеристику турбобура. Исследования показывают, что энергетические параметры турбобура существенно зависят от реологических свойств промывочной жидкости. Установ­ лено, что пропорциональная зависимость перепада давления и вращающего момента на валу турбобура от удельного веса про­ мывочной жидкости, согласно теории турбич Эйлера, а также не­ зависимость числа оборотов и к. п. д. турбобура от удельного веса промывочной жидкости сохраняются лишь в пределах удельного веса ее до 1,50— 1,55 гс/см3, структурной вязкости до 0,20—0,25 Пз и динамического напряжения сдвига до 250—270 дин/см2. С уве­ личением удельного веса жидкости выше 1,55 гс/см3 перепад дав­ ления в турбобуре значительно возрастает, вращающий момент увеличивается, но не пропорционально росту удельного веса, а в меньшей степени. При этом число оборотов и к. п. д. турбобура существенно снижаются.

От правильного проектирования режимов бурения и учета кон­ структивных особенностей применяемых долот во многом зависят показатели бурения наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров.

Практика бурения показывает, что с уменьшением диаметра долота механическая скорость проходки возрастает. При этом проходка за рейс зависит от характера воздействия на породу при­ меняемого долота. Она уменьшается в случае бурения шарошеч­ ными долотами и увеличивается при использовании алмазных и лопастных. В первом случае это объясняется тем, что, помимо тех­ нической причины (снижения стойкости опоры и вооружения в ре­ зультате уменьшения их геометрических размеров) возникают и технологические причины. При работе с турбобурами уменьшен­ ных и малых диаметров скорости вращения и удельные осевые нагрузки выше, чем при бурении с долотами нормального диаме­ тра. Повышение скорости вращения и осевой нагрузки снижает долговечность подшипников опоры долота.

Увеличение проходки с уменьшением диаметров алмазных и лопастных долот следствие как уменьшения пути резания за каж­ дый оборот инструмента пропорционально диаметру долота, так и улучшения очистки забоя и долота от частиц выбуренных пород, а также лучшего охлаждения долота.

Если при бурении вертикальных скважин проходка за один рейс предопределяется стойкостью долота, то в процессе проходки наклонных скважин на нее влияет также состояние профиля ствола. Иногда при работе с отклонителем ввиду расхождения фактических параметров искривления ствола с проектными огра­ ничивают проходку, поэтому долото поднимают с забоя несрабо­ танным (под замер инклинометром и т. д.).

20