CC BY
15
© С.А. Заурбсков, 2013
УДК 622.24 С.А. Заурбеков
ПРОВЕРКА ДЕТЕРМИНИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН
Рассмотрены вопросы выкручивания и стабилизации траектории бурения скважин в условиях с резко выраженной тенденцией к естественному или самопроизвольному «выполаживанию» на примерах проводки скважин на месторождения Центрального и Восточного Казахстана.
Ключевые слова: бурение скважин, геологические условия, выполаживание, стабилизация траектории бурения.
Ддекватность трассы направленной скважины, определяющая степень её точности и соответствия проектной, проверяют обычно так называемым активным экспериментом, т.е. непосредственным воздействием исследователя на входы реального объекта и наблюдением за реакцией последнего. Рассмотрим проекты выкручивания и стабилизации в условиях с резко выраженной тенденцией к естественному или самопроизвольному «выполаживанию», т.е. скважин с положительным вектором анизотропии на месторождениях «Восточный Жайрем» (Центральный Казахстан) и «Новоленино-горское» (Рудный Алтай, Восточный Казахстан), а также метод «выпола-живания» — на месторождении «Старый Атабай» (Центральный Казахстан).
Проект «выполаживания» скважин с применением колонкового набора Ь длиной, превышающей стабилизирующую ЬСТ, т.е. Ь >ЬСТ
Для апробации этого положения нами было выбрано месторождение «Старый Атабай», т.к. этот объект традиционно считался трудным для «выполаживания» скважин. Рассмот-
рим некоторые особенности искривления скважин на этом месторождении на примере ранее пробуренных — скв. 210 и скв. 202 (рис. 1). Месторождение «Старый Атабай» имеет блоковое строение, осложнённое тектоническими нарушениями с трещиноватыми породами и глубоким развитием зоны окисления коры выветривания. Породы крутопадающие и представлены углисто — глинистыми сланцами, интенсивно пиритизи-рованными с кварц-кальцитовыми прожилками, трещиноватыми кварцитами и туффитами, гравелитами, скарнами. При бурении скважин в этих условиях возникают самые различные геологические осложнения: поглощение промывочной жидкости, обвалы стенок скважины, кавернооб-разование. В породах повышенной трещиноватости, особенно в рудных зонах, выход керна при бурении обычным способом очень низкий — 25-35 %.
рж= 1.16. 103 ^ м
Таким образом, исходя из довольно сложных геологических условий месторождения «Старый Атабай» и необходимости обеспечения самого главного требования — достижения
хотя бы минимально необходимого угла встречи рудных тел, все скважины проектировались наклонными. Причем, углы заложения, как начальный, так и конечный, находились в крайне неблагоприятном диапазоне — в пределах зенитных углов 9 = 13-160. Скважины проходились в два этапа: — бурение скважин 0112 мм и 093 мм по рыхлым отложениям и коре выветривания с последующим креплением трубами 0108 мм и 089 мм; — остальная часть скважины (после обсадной колонны) до проектной глубины — алмазным и твёрдосплавным инструментом 076 мм и 059 мм.
Анализ ранее пробуренных скважин позволил установить главную причину, приводящую к выкручиванию скважин — применение «короткого» колонкового набора при переходе скважины с большего диаметра (0112 мм и 093 мм) на меньший (076 мм и 059 мм), что, как правило, вызывает резкое отклонение в сторону выкручивания скважины (скв. 202). Поясним, что означает «короткий набор» 057 мм в наклонной скважине 093 мм.
Рассчитаем стабилизирующую длину колонкового набора, исходя из следующих параметров:
— нижняя свеча из бурильных труб СБТ-50/42; осевая нагрузка 7 кН;
— зенитный угол скважины 9 = 150;
— вес 1 м керна 0.038 кН/м при плотности пород 27 кН/м3;
— длина полуволны [1] составляет 51 м;
— стабилизирующая длина в начале рейса (кц = 0)
ЬСТг = 5,1 • 6,750'5 • 5,22-0'5 = 5,8Л м;
— стабилизирующая длина в среднем, в течение рейса (Кц = 0,5)
ЬСТг = 5,1 • 6,750'5 • (5,22 + 0,5 • 3,81)-05= = 4,65 м.
Для того чтобы «выположить» скважины, необходимо и достаточно было применить колонковый набор длиной Ь, превышающей значение расчетной ЬСТ, т.е. Ь > ЬСТ; оптимальная длина в нашем случае должна быть более 58 м или по меньшей мере, превышать величину 465 м.
Исходя из основных положений детерминированной (бесклиновой) технологии, нами при бурении вновь забуренных наклонных скважин скв. 221, скв. 223 (рис. 1) применялись удлиненные наборы (более ЬСТ^): 0108 мм
длиной 58 м — скв. 223, 089 мм длиной 53 м — скв. 221, — 073 мм длиной 59 м — скв. 223 и таким образом была не только исключена возможность выкручивания ствола, но и обеспечено необходимое по проекту «выполаживание» — целиком исключив ранее применявшееся искусственное искривление. В дальнейшем при бурении этих скважин 059 мм задача их «выполаживания» решалась в строгом соответствии с детерминированной технологией применением наборов длиннее стабилизирующей как при вращательном бурении, так и с использованием высокочастотных гидроударников ГВ-6.
Сохранение или стабилизация зенитного угла скважины с применением колонкового набора длиной, равной стабилизирующей, т.е. Ь = ЬСТ
Эти задачи ставились преимущественно на больших глубинах, при самых разных углах (больших и малых), различных диаметрах и разнообразных геологических условиях на месторождениях Восточного и Центрального Казахстана.
гг221Л Д е.210
500 4^38° /
Рис. 1. Трассы скважин, пройденных по детерминированной (бесклиновой) - технологии (1) и с применением отклонителей (2) на месторождении «Старый Атабай», 3 - проектная трасса
Условные обозначения:
ранее пробуренные скважины;
скважины, пройденные ЦКПГО с участием ВИТР;
то же с применением бесклиновой технологии;
скважины, пройденные ЦКПГО с применением бесклиновой технологии.
Рис. 2. Месторождение Западный Каражал
На месторождении Верхнее Кайрак-ты (Центральный Казахстан) при бурении скв. 616а на протяжении 100 м с глубины 150-250 м был выдержан стабильно зенитный угол 9 = 40. Компоновка при этом состояла из гидроударника ГВ-5 с СБТ-50/42 и колонкового набора Ь = ЬСТ1 = 37 м.
Месторождение «Западный Кара-жал» (Центральный Казахстан) (рис. 2)
приурочено к северному крылу Джа-ильминской синклинали и характеризуется сложно-складчатой структурой и крутым, вплоть до вертикального, залеганием пород. Угол падения пород колеблется 0-900 и в среднем составляет 40-500. Геологическое строение месторождения характеризуется сложным взаимодействием пород терригенно-обломочной и вулканогенно-осадочной
с. 3381
315м Л_3°
с. 3394
400мА 9,50
л /
!
1
I *?
<1 0,50 О 415м
390м
Ь73=2?-ЬСТ1
1-73=1,7?<^
13
0 80 458м
-X-X-
3
4
?
130
Рис. 3. Схема выведения отклонившейся (I) трассы на проектную (2) методом выкручивания по бесклиновой технологии на месторождении «Восточный Жай-рем» (3 — участок выведения, 4 — предполагаемая трасса с ожидаемым зенитным углом по старой технологии)
фации с породами карбонатной фации. Рудное тело представляет собой сложную пластовую залежь, в строение которой принимают участие три пласта магнетитовых руд и восемь пластов яшм. Разрез месторождения представлен перемежающимися слоями песчаников и аргиллитов, кремнистыми известняками, углисто-карбонатными породами нижнего карбона и верхнего девона, прорезанными
интрузиями диоритовых порфиритов. С применением колонкового набора Ь = ЬСТ1 пробурены скважина 1026 (в интервале 525-581 м, зенитный угол 9 = 50, гидроударная машина Г-7); скважина 1027 (185-203 м, зенитный угол 9 = 9250; в интервале 330-370 м, угол 9 = 2-250) тоже Г-7; скважина 1028 в интервале 125-285 м, угол 9 = 50, Г-7 с твердосплавной коронкой, в интервале 285-426 м,
Рис. 4. Схема выведения отклонившейся (1) трассы на проектную (2) методами выкручивания и стабилизации по бесклиновой технологии на Новолениногорском месторождении (3 — участок выведения, 4 — предполагаемая трасса с ожидаемым зенитным углом по старой технологии)
угол
9 = 5-650 Г-7 и ГВ-5 с алмазной коронкой (рис. 2), во всех случаях достигнута нулевая интенсивность зенитного искривления.
Выкручивание скважин с применением колонкового набора Ь<ЬСТ1
Выкручивание — это уменьшение зенитного угла, — почти всегда свя-
зано с преодолением естественного «выполаживания» и необходимостью «возврата» отклонившейся трассы.
По данной методике выкручивание скважины производится применением колонкового набора, длиной, меньше стабилизирующей, но больше половины последней 05 Ьст < Ь < Ьст .
Этот метод всегда является предметом споров и дискуссий, т.к. в его основе — применение относительно «короткого» колонкового набора, особенно, для бурильных колонн СБТ, ССК и ТБС-71, за исключением утяжелённых бурильных труб УБТ-73 и УБТ-57. Бурение «короткими» колонковыми трубами, как известно, традиционно вызывало только «выполаживание» скважин [23, 4], хотя с уверенностью можно сказать, что оно было правомерно лишь применительно к дробовому способу.
Необходимо, однако, убедиться, что относительно короткие наборы действительно дают выкручивание, причем, что особенно важно, — скважин с положительным вектором анизотропии [5]. На стадии экспериментов это не так просто было сделать, т.к. укорочение рейса вызывало снижение производительности.
По данной методике в интервалах 390...415 м с. 338 1 и 400- 458 м с. 339 4 на месторождении
1. Музапаров М.Ж. Определение длины полуволны бурильной колонны в наклонно направленной скважине (методическое руководство) — Алматы, КазНТУ, 1998, с. 24.
2. Новитченко В.И. К вопросу об искривлении скважин // Разведка недр, 1935. № 13. С. 33—35.
3. Сулакшин С.С. Закономерности искривления и направленное бурение геоло-
«Восточный Жайрем» (Центральный Казахстан) (рис. 3), 780-805 м с.172 7а на «Новолениногорском «месторождении (Рудный Алтай) (рис. 4) выкручивание скважин проведено колонковыми наборами, разными по длине, но адекватными половине стабилизирующей длины.
В интервалах 720-750 м с. 157 7, 480-500 м и 770-783 м с. 173 0 (рис. 4) выкручивание скважин достигнуто благодаря использованию колонковых наборов, длиной, меньшей стабилизирующей, но большей ее половины. Как видим, во всех случаях метод выкручивания связан с применением сравнительно коротких (15-3 м) колонковых наборов.
Благодаря надёжности плавного отклонения, данный метод, с одной стороны, привлекает своей простотой, с другой — он проигрывает в скорости — укороченные рейсы, продолжительность цикла отклонения или коррекции угла на участке как минимум 15...20 метров и т.д. Поэтому данный метод с использованием колонн, как указывалось выше типа СБТ (не имея для этих целей УБТ в составе КНБК), рекомендуется применять как крайнюю меру и то лишь в исключительных случаях, когда все остальные средства исчерпаны.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
горазведочных скважин. — М.: Недра, 1966. 293 с.
4. Сулакшин С.С., Калинин А.Г., Спиридонов В.И. Техника и технология направленного бурения скважин. — М.: Недра, 1967.
5. Морозов Ю. Т. Методика и техника направленного бурения на твёрдые полезные ископаемые. —Л.: Недра, 1 987. 221 с. и'.'-'а
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Заурбеков С.А. - кандидат наук, доцент кафедры «Машины и оборудование нефтяной промышленности» Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева.
