Основные причины искривления скважин

Характер и интенсивность искривления скважин зависит от причин геологического, технического и технологического характера, действующих в совокупности.
Причины геологического характера связаны с неоднородностью среды, в которой бурят.
Пересечение буровым снарядом слоистых пород различной твердости сопровождается изменением зенитного угла скважины и ее азимутального направления (рис. 72). При переходе из мягких пород в более твердые скважина отклоняется в сторону твердого слоя, так как в месте перехода коронка интенсивнее разрушает ту часть забоя, которая находится в мягких породах. При обратном переходе (из твердых пород в мягкие) скважина искривляется также в сторону твердых пород, но в меньшей степени, так как в конечной стадии перехода контакта породоразрушающий инструмент под воздействием осевой нагрузки скалывает часть твердой породы. В результате такой закономерности вертикальная или наклонная скважина, пересекая под острым углом слои пород, перемежающиеся по твердости, стремится постепенно занять положение, перпендикулярное к их напластованию. Искривляются скважины тем интенсивнее, чем чаще перемежаются и чем больше отличаются по твердости пересекаемые ими слон пород.
Большое значение при переходе скважины из породы одной твердости в другую имеет угол ее встречи с пластом (у). Если буровой снаряд встречается с твердыми породами под углом меньше критического, величина которого для различных пород равняется 15—24°, скважина может пойти вдоль висячего бока твердой породы. Для предупреждения искривления по указанным причинам скважины следует бурить по возможности вкрест простирания и падения пород.

Наклонные скважины при пересечении каверн, а также рыхлых несвязных и плывучих пород искривляются, стремясь под действием массы снаряда занять вертикальное положение (выкручиваются).
Встреча буровым инструментом в мягких породах твердых включений, валунов, крупного галечника может вызывать резкое искривление скважины с изменением как зенитного угла, так и азимутального ее направления.
Для предотвращения искривления скважин по этой причине необходимо бурить их с применением длинной колонковой трубы (6—12 м) на малой частоте вращения снаряда и с пониженной осевой нагрузкой на породоразрушающий инструмент. Кроме того, галечниковые зоны бурят с предварительным цементированием их. При встрече крупных валунов прибегают к разрушению их торпедированием.
Геологические причины могут оказывать постоянное равномерное влияние на искривление скважин, постоянное, но неравномерное в зависимости от интенсивности изменения зенитного или азимутального углов, а также носить локальный характер на одном или нескольких участках ствола скважины. Их тщательное изучение на конкретном геологическом разрезе позволяет использовать естественное искривление для расчета проектного профиля скважины.
Причины технического характера оказывают влияние на искривление скважин как при забуривании их, так и в процессе бурения. Направление искривления по техническим причинам может быть любое, и учесть его невозможно.
Отклонение оси скважины от заданного направления в самом начале может быть вызвано неправильной установкой станка, непрочным закреплением его на фундаменте, неисправным вращателем, а также отсутствием направляющей трубы, неточной ее установкой или недостаточно прочным закреплением.
Искривление скважин в процессе бурения связано с особенностями конструкции буровых инструментов и неправильными приемами работы, приводящими к перекосу снаряда и отклонению его оси от оси скважины. К этой группе причин искривления скважин относятся следующие: 1) работа погнутыми бурильными или колонковыми трубами, а также с эксцентриситетом в местах соединения бурового снаряда; 2) эксцентричное закрепление ведущей трубы в зажимных патронах шпинделя; 3) бурение породоразрушающими инструментами, имеющими разностенность; 4) бурение коротким колонковым снарядом, особенно в породах перемежающейся твердости; 5) наличие больших зазоров между стенками скважины и снарядом, что бывает при большом выпуске резцов твердосплавной коронки; 6) несвоевременное закрепление обсадными трубами стенок скважины в разрушенных и рыхлых породах, что приводит к чрезмерному расширению скважины по диаметру; 7) применение бурильных труб малого диаметра в скважине большого диаметра; 8) переход на меньший диаметр бурения без использования специального переходного снаряда, состоящего из колонковых труб прежнего и последующего диаметров, соединенных переходником; 9) использование снарядов недостаточной жесткости при бурении с большими осевыми нагрузками.
Искривление скважин по техническим причинам недопустимо, предупреждение их — обязанность буровой бригады.
Причины технологического характера связаны со способами и параметрами режима бурения. Они могут вызвать неравномерное разбурнвание забоя и стенок скважины, образование значительных зазоров между стенками скважины и снарядом, а также увеличение сил, отклоняющих колонковый снаряд от оси скважины.
Породы алмазными коронками разрушаются наиболее равномерно; зазор между стенками скважины и колонковым снарядом не превышает 1—1,5 мм, поэтому скважины искривляются незначительно.
Твердосплавные коронки с большим выпуском резцов на сторону (особенно ребристые) образуют значительный зазор между стенками скважины и колонковым набором, в результате чего при разбуривании пород, неоднородных по твердости, создаются благоприятные условия для искривления скважины.
Существенно влияет на искривление скважины механическая скорость проходки. Чем больше механическая скорость, тем меньше интенсивность искривления, так как время действия факторов, искривляющих скважину на данном интервале, уменьшается.
Искривлению скважины способствует большая осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент. Однако до тех пор, пока повышение осевой нагрузки сопровождается увеличением скорости углубления, она является фактором, снижающим интенсивность искривления скважины. Если с повышением осевой нагрузки скорость бурения не увеличивается, интенсивность искривления возрастает, особенно при работе короткими, недостаточно жесткими снарядами.
Увеличение частоты вращения бурильных труб способствует возрастанию центробежных сил, отклоняющих снаряд от оси скважины. В то же время повышается устойчивость вращающегося вала (бурильной колонны), если его рассматривать как гироскопический маятник. Кроме того, с увеличением частоты вращения снаряда повышается механическая скорость проходки и, как было сказано выше, сокращается время действия факторов, искривляющих скважину. Поэтому увеличение частоты вращения снаряда принято считать фактором, снижающим интенсивность искривления скважин.
Чрезмерно интенсивная промывка в мягких породах, особенно при плохом качестве глинистого раствора, вызывает размывание стенок скважины. Увеличение же диаметра скважины приводит к перекосу снаряда и отклонению скважины от заданного направления. Предупреждение технологических причин искривления скважин в значительной степени зависит от квалификации буровой бригады.
Основные признаки, указывающие на значительное искривление скважин: 1) повышенный износ бурового инструмента, работающего в скважине, особенно бурильных труб и их замковых соединений; 2) затрудненное проворачивание подвешенного в скважине инструмента; 3) уменьшение нагрузки на крюке при спуске бурового инструмента и резкое ее увеличение при подъеме; 4) увеличение числа аварий, главным образом обрывов бурильных труб; 5) ненормальная работа бурового оборудования — перегрузка двигателя, перегрев узлов станка, используемых в выполняемой операции, повышенное давление на буровом насосе.
При появлении этих признаков необходимо произвести замер искривления скважины и принять меры к устранению возникшего осложнения.