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

Один из путей уменьшения расхода долот и соответственно времени спуско-подъемных операций при наклонном бурении со­ кращение интервала бурения на отклонителе. Для этого необхо­

искривления, а в интервале бурения на прямой трубе обеспечить стабилизацию достигнутых угла и азимута искривления скважины.

В процессе проектирования профиля наклонных скважин и вы­ боре интенсивности искривления ствола необходимо для каждого

колонны диаметром 299 мм и более обычными УБТ наиболее жест­ ким элементом является обсадная колонна. Если бурят с при­ менением УБТС или СУБТ, диаметром 229 мм и более, то они и являются наиболее жесткими элементами. В остальных случаях и при бурении под эксплуатационную колонну наиболее жесткий элемент — забойный двигатель. Следовательно, выбор допустимого приращения искривления ствола для отдельных участков сква­ жины следует производить учитывая жесткость этих элементов.

В зависимости от состояния техники и технологии бурения про­ ходка наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров мо­ жет быть осуществлена по двум основным вариантам.

I вариант. При проходке наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров искусственное искривление ствола в заданном направлении, т. е. применение отклоняющих приспособлений, осу­ ществляется в верхних интервалах в процессе бурения под кондук­ тор или промежуточные колонны долотами большого или нормаль­ ного диаметров. Дальнейшее бурение долотами уменьшенного или малого диаметров производится на прямой трубе или с примене­ нием стабилизирующих приспособлений.

II вариант. При проходке наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров искусственное искривление ствола, т. е. приме­ нение отклоняющих приспособлений, осуществляется, помимо уча­ стков большого и нормального диаметров, также на участках сква­ жины уменьшенного и малого диаметров.

Первый вариант проходки наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров сравнительно более доступный. Он может ис­ пользоваться при недостаточном совершенстве техники и техноло­ гии бурения с отклоняющими компоновками уменьшенных и малых диаметров, в процессе проходки глубоких и сверхглубоких наклон­ ных скважин. На больших глубинах, ввиду многоколонности кон­ струкции скважин и наличия на нижних участках стволов умень­ шенных и малых диаметров, поддержание параметров искривления ствола значительно легче, чем их искривление в заданном направ­ лении.

Осуществление второго варианта требует достаточной освоенно­ сти техники и технологии бурения с отклоняющими компоновками

21

уменьшенных и малых диаметров. Он может применяться при про­ ходке неглубоких наклонных скважин одноколонной конструкции, а также в глубоких и сверхглубоких наклонных скважинах, когда вследствие изменения параметров искривления ствола дальнейшее продолжение бурения скважины с использованием прямой трубы невозможно.

Снижение зазора между стенками скважины и забойным дви­ гателем уменьшает возможное приращение искривления ствола в случае бурения с отклонителем и интенсивность падения угла наклона и изменения азимута ствола при бурении на прямой трубе.

Изменение диаметра ствола наклонных скважин

При бурении нефтяных и газовых скважин в зависимости от физико-механических свойств проходимых пород и ряда техниче­ ских и технологических факторов фактический диаметр скважины может существенно отличаться от диаметра используемого долота. Установление характера изменения диаметра скважин имеет боль­ шое значение в деле проектирования профиля наклонных скважин, отклоняющих и стабилизирующих приспособлений, производства цементировочных работ и т. д.

Н. И. Шацов [76] отмечает, что увеличение диаметра ствола зависит главным образом от горизонтальной составляющей осевой нагрузки и возможности размыва стенок скважины. С ростом во­ доотдачи и удельного веса промывочной жидкости, а также ско­ рости потока в затрубном пространстве, повышается опасность размыва стенок скважины при циркуляции жидкости.

М. К- Сеид-Рза [64] указывает, что в ряде случаев изменение диаметра скважины может происходить в результате нарушения целостности ее ствола, причинами которого являются: трещинова­ тость пород, проникновение в породу фильтрующейся из глини­ стого раствора воды, механическое воздействие на породу, слабая связь между частицами породы и остаточные тектонические напря­ жения в них.

Сужение ствола скважины происходит в результате набухания глин (упругая деформация глин), налипания толстых корок к стенкам скважин и вытекания или ползучести, представляющих собой вязкопластичное течение глин. Эти явления в дальнейшем могут стать причинами затяжек и посадок бурильной колонны, за ­ клинивания долота и т. д.

В работе [62], где приведены результаты анализа кавернограмм 120 скважин, пробуренных на месторождениях Азербайджана, Туркмении и Таджикистана, указывается, что независимо от усло­ вий бурения, против песчанистых (проницаемых) пород наблюда­ ется сужение стволов, а против глинистых (практически не прони­ цаемых)— образование каверн. Исключение составляют только рыхлые водонасыщенные пески и нефтеносные породы, которые также склонны к расширению ствола. При этом отмечается, что

22

основной причиной образования каверн и сужений является физи­ ко-химическое воздействие промывочной жидкости на проходимые породы.

Увеличение диаметра скважины может происходить также под действием контактного давления изогнутого низа колонны буриль­ ных труб на стенки скважины в сочетании с вибрацией, возникаю­ щей вследствие работы долота на относительно твердом забое.

Указанные причины изменения диаметров скважины и наруше­ ния целостности ствола выявлены на основе анализа кавернограмм вертикальных скважин. Они сохраняют свою силу и при проходке наклонных скважин. Вместе с тем специфика бурения наклонных скважин такова, что она создает дополнительные причины, увели­ чивающие изменение диаметра скважин и нарушение целостности их ствола. Эти причины возникают вследствие наклонного распо­ ложения их стволов, применения отклоняющих приспособлений и стабилизаторов кривизны, более широкого диапазона встречи ство­ лов скважин с проходимыми пропластками и горизонтами и т. д.

Для изучения характера изменения диаметра ствола наклонных скважин проанализированы кавернограммы 40 наклонных сква­ жин, пробуренных долотами различного диаметра на площади Нефтяные Камни. Анализ кавернограмм показал, что при бурении наклонных скважин на месторождении Нефтяные Камни значи­ тельные участки стволов характеризуются расширениями, имею­ щими не локальный характер, а по своей протяженности занимаю­ щими значительный участок ствола, намного превышающий длину

(рис. 1,с), диаметр которых несколько больше диаметра долота, использованного при бурении соответственно под направление и промежуточную колонну. Это является результатом недопуска на­ правлений и технических колонн до забоя, а при их цементировке цементный раствор или не заполняет полностью пространство между забоем и башмаками указанных колонн, или в процессе вскрытия башмака цементный камень разрушается с образованием уширений.

Такие местные расширения или каверны под башмаками тех­ нических колонн, когда ствол скважины на этих участках искрив­ ленный, иногда являются причинами остановок геофизических при­ боров в процессе электрометрических измерений. Поэтому прихо­ дится в таких случаях замеры ^инклинометром осуществлять через бурильные трубы («голый конец»). Во избежание таких нежела­ тельных явлений спуск направления и технических колонн надо производить до забоя, или же максимально сократить высоту та­ ких карманов.

Сопоставление кавернограмм показало, что в большинстве слу­ чаев диаметр скважин, пробуренных в направлении падения пла­ стов, больше, чем при бурении по восстании пластов. В качестве

23

примера на рис. 1,6, в приведены кавернограммы скв. 913 и 866, пробуренных долотом диаметром 214 мм в одинаковых условиях куста скв. 503, но в разных направлениях — соответственно по вос­ станию и по падению пластов.

Такое явление А. Г. Калинин [32] , Ю. Т. Морозов [56] объяс­ няют изменением скорости разрушения пород забоя и стенки сква­ жины в различных направлениях встречи долота с плоскостью

Рис. 1. Кавернограммы:

а — скв. 946; 6 — скв. 913; в — скв. 866

напластования. Если при бурении по восстанию пластов скорость разрушения забоя максимальная, а скорость разработки стенки скважины — минимальная, то при бурении по падению пластов имеет место обратная картина.

Для изучения динамики изменения ствола скважины во вре­ мени в скв. 1551, 1098, 946 и 1511 были проведены повторные за ­ меры каверномером соответственно через 3, 7, 8 и 20 дней после первого замера каверномером. В качестве примера на рис. 2 при­ ведена совмещенная кавернограмма двух замеров для скв. 1511.

Анализ полученных кавернограмм показал, что как при пер­ вом, так и при втором замерах каверномером сужение стволов в скв. 1551, 1098, 946 и 1511 отсутствует. Всеми этими скважинами вскрыта балаханская свита, «перерыв» и НКХ, а в скв. 1551 также НКП и в скв. 1098 — КС, ПК и КаС.

Сопоставление кавернограмм показало, что если среднее зна­ чение коэффициента уширения ствола т (отношение диаметра

24

скважины к диаметру долота) при первом замере колеблется в пределах 1,05н-1,09, то при втором замере оно колеблется в пре­ делах 1,10-5-1,18.

В результате анализа кавернограмм установлено, что среднее значение коэффициента уширения т колеблется в процессе буре­ ния 394-мм долотом в пределах 1,04-5-1,13; 346-мм долотом —

1,04-М,15; 243-мм долотом— 1,05-5-1,18 и 214-мм долотом— 1,08-5- -М,20. Максимальные значения коэффициентов уширения ствола на участках локальных расшире­ ний длиной не менее 10. м состав­ ляют: при бурении 394-мм доло-

Из приведенных данных сле­ дует, что с уменьшением диа­ метра наклонных скважин значе­ ние коэффициента уширения ство­ ла увеличивается, а абсолютное значение этого уширения снижа­ ется.

При оценке влияния измене­ ния диаметра скважины, по срав­ нению с диаметром долота, на процесс проводки наклонных сква­ жин следует иметь в виду, что это изменение может происходить

вдва этапа.

Кпервому этапу следует от­ 000

вочной жидкостью стенки скважины в процессе бурения, влияния утечки промывочной жидкости через ниппель турбобура и т. д.). Увеличение диаметра скважины в первом этапе влияет на напря­ женное состояние низа бурильной колонны с отклонителем, а сле­ довательно, и на величину отклоняющей силы, и на процессы ис­ кривления ствола скважины при асимметричном разрушении забоя и фрезерования стенки ствола, на работу компоновки со стабили­ затором кривизны и т. д.

Ко второму этапу изменения диаметра скважины по сравнению с диаметром долота (увеличение и уменьшение) относятся изме­ нения, связанные с фактором времени и с нарушением целостности

25

ствола скважины (под действием контактного давления изо­ гнутого низа колонны бурильных труб на стенки скважины в соче­ тании с вибрацией, возникающей вследствие работы долота на забое; влияния восходящего потока промывочной жидкости; фи­ зико-химического взаимодействия между глинистым раствором и его фильтратом и породами, слагающими стенки скважины; желобообразования при спуско-подъемных операциях бурильной ко­ лонны и т. д.). Изменение диаметра скважины во втором этапе должно быть учтено в процессе производства цементировок обсад­ ных колонн, установки цементных мостов, зарезки вторых стволов и т. п.

Отмеченное обстоятельство является одной из основных причин изменения интенсивности искривления ствола на различных участ­ ках скважины и при различных направлениях бурения относи­ тельно структуры месторождения в случае работы отклоняющими компоновками, а также различной эффективности работы стабили­ заторов кривизны.

Таким образом, к первой группе факторов, снижающих техни­ ко-экономические показатели бурения при уменьшении диаметра наклонных скважин, относятся:

1) снижение стойкости шарошечных долот уменьшенных и ма­ лых диаметров в результате уменьшения геометрических размеров элементов опоры и вооружения;

2)ухудшение энергетических параметров турбобуров умень­ шенных и малых диаметров;

3)рост гидравлических потерь в циркуляционной системе, вследствие уменьшения диаметров скважины, бурильных труб, УБТ и забойных двигателей;

4)уменьшение отклоняющей силы и возможного приращения угла искривления при использовании надтурбобурных отклоните­ лей (кривая труба, кривой переводник) в результате снижения жесткости турбобуров уменьшенных и малых диаметров;

5)уменьшение отклоняющей силы на долоте вследствие сни­ жения жесткости бурильных труб и УБТ;

6) снижение точности ориентирования отклоняющей компо­ новки вследствие роста угла закручивания бурильной колонны

врезультате уменьшения его жесткости;

7)уменьшение возможного приращения угла искривления ствола за счет снижения зазора между забойным двигателем и стенкой скважины и боковой фрезерующей способности шарошеч­ ных долот уменьшенных и малых диаметров вследствие меньшего завеса шарошек;

8)увеличение гидродинамического давления на стенки сква­ жины при спуске инструмента, включении бурового насоса, про­ мывке и проработке ствола в результате уменьшения зазора между бурильной колонной и стенкой скважины;

9)увеличение расхода долот и времени спуско-подъемных опе­ раций вследствие уменьшения проходки на долото;

26