Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


–асчет траектории проектируемой наклонно направленной скважины




–асчет траектории проектируемойнаклонно направленной скважины может производитьс€ в соответствии со следующими основными схемами.

1. ѕроектируетс€ пр€молинейна€ наклонна€ скважина, угол наклона которой удовлетвор€ет требовани€м к углу встречи с рудным телом и условию эксплуатации бурового оборудовани€ (с учетом возможного предельного угла наклона буровой мачты Ц дл€ станков со шпиндельным вращателем и направл€ющей рамы-податчика дл€ станков с подвижным вращателем).

φп
  λ  
γп  
θ
–ис. 2.1. —хема дл€ обосновани€ параметров наклонно направленной скважины пр€молинейной траектории
2. ѕроектируетс€ скважина, состо€ща€ из двух участков Ц пр€молинейного (вертикального или наклонного, удовлетвор€ющего по углу наклона при заложении требовани€м к эксплуатации буровой вышки или мачты) и криволинейного, профиль которого должен обеспечить требуемый угол встречи с рудным телом, соответствовать возможност€м технических средств направленного бурени€ и услови€м надежной работы колонны бурильных труб.

3. ѕроектируетс€ наклонно направленна€ скважина, точка заложени€ и профиль которой определены на основании расчета Ђтиповойї кривой при условии четкой коррел€ционной св€зи изменени€ зенитных и азимутальных углов с глубиной ствола.

4. ѕроектируетс€ наклонно направленна€ скважина, точка заложени€ которой и профиль определены на основании расчета комбинированной Ђтиповойї кривой.

ѕри проектировании в соответствии с первой схемой (рис. 2.1) начальный зенитный угол θ определ€етс€ возможност€ми бурового оборудовани€, поскольку угол наклона буровой мачты, равный λ=(90 Ц θ) не может превышать предельного значени€ по техническим услови€м еЄ эксплуатации.

ѕри проектировании неглубоких скважин (до 300 м) начальный зенитный угол может составить 20Ц30 º, глубиной 500Ц700 м до 15 º , глубиной 700Ц800 м не более 5Ц7 º , более глубоких не более 3º , а скважины глубиной более 1000Ц1200 м забуривают в основном вертикально.

λ=90º
a
λ=90º-60º
б
λ=90º-40º
в
г
–ис. 2.2. ¬арианты забуривани€ скважин различными типами буровых установок
д
”гол наклона проектируемой скважины зависит от типа примен€емого бурового оборудовани€.

ѕри использовании буровых установок с роторным вращателем забуривание скважины может осуществл€тьс€ только вертикально.

≈сли дл€ бурени€ скважины используетс€ буровой станок со шпиндельным или роторным вращателем (— Ѕ-7, «»‘-1200ћ–, — Ѕ-8) и бурова€ вышка, то забуривание скважины можно произвести только вертикально (рис. 2.2, а).

ќпыт бурени€ наклонных скважин в Ќорильской √–Ё с применением буровых вышек показал, что предельный угол наклона вышки может быть не более 5Ц6 градусов. ƒл€ установки вышки с наклоном еЄ следует усилить боковыми подкосами. ѕри этом работа на установке с наклоненной вышкой будет существенно осложнена.

Ѕуровые установки со шпиндельным вращателем (— Ѕ-5, — Ѕ-4, — Ѕ-3, «»‘-650ћ) и мачтами типа ћ–”√”, Ѕћ“ имеют предел наклона мачты 60Ц75 градусов (рис. 2.2, б).

Ѕуровые станки с подвижным вращателем, например, типа Diamec, фирмы Atlas Copco, практически не имеют ограничений по углу наклона скважины. ѕоэтому при бурении с поверхности земли с горизонтальной площадки угол наклона скважин может быть до 40Ц45 градусов и даже менее (рис.2.2, в), а при бурении на склоне возвышенности как из подземной горной выработки скважины могут буритьс€ полого наклонными, горизонтальными и восстающими (рис.2.2, г, д).

¬озможный угол встречи с рудным телом можно определить из соотношени€: γп = 180 Ц φп Ц λ.

R
H
φп
φп  
θ
Ќ
S
R
а
б
–ис. 2.3. —хемы к расчету траекторий скважин
ψ
ψ  
γп
γп
ѕри выборе начального зенитного угла или угла наклона буровой мачты и направл€ющей рамы-податчика подвижного вращател€ бурового станка ориентируютс€ на угол встречи с рудным телом, который должен быть не менее 30 градусов.

“аким образом, если возможности бурового обору-довани€ по начальному зенитному углу и требовани€ к углу встречи полезного ископаемого не противоречат друг другу, наклонна€ скважина проекти-руетс€ в виде пр€молинейной траектории с азимутом заложени€ в соответствии с направлением разведочного профил€. ¬ данном случае начальными проектными данными будут начальные величины азимутального угла, угла наклона скважины и проектной глубины скважины.

ѕри проектировании наклонно направленной скважины в соответствии со второй схемой, начальный зенитный угол не обеспечивает требуемого угла встречи с рудным телом, а поэтому необходимый угол подсечени€ рудного тела получают путем искривлени€ скважины в его направлении. ѕри этом дл€ решени€ данной задачи могут использоватьс€ как методы искусственного искривлени€, так и имеющеес€ естественное искривление, если оно не противоречит основному направлению бурени€ скважины в направлении рудного тела.

–ассмотрим схемы на рис. 2.3, на котором даны два варианта проектируемых скважин Ц вертикально-наклонной и наклонной.

ƒл€ вертикально-наклонной направленной скважины (рис.2.3, а) необходимо определить глубину, с которой целесообразно начинать набор кривизны в направлении рудного тела и возможный угол набора кривизны.

ѕринципиальна€ необходимость искривлени€ вертикальной скважины, учитыва€, что угол встречи с полезным ископаемым должен быть не менее 30 º , возникает в том случае, если угол падени€ рудного тела 60 º и более.

¬ то же врем€, если поставлена задача обеспечить угол встречи с рудным телом более 30 º , необходимость искусственного искривлени€ возникает и при меньших значени€х угла падени€ рудного тела.

”гол набора кривизны дл€ обеспечени€ угла встречи γп будет равен

ψ = φп Ц θ Ц (90 Ц γп ). (2.1)

√лубина Ќ, на которой целесообразно начинать искусственное искривление в направлении рудного тела, определ€етс€ исход€ из условий работы бурильной колонны.  ак следует из расчетов допустимой, по условию прочности бурильной колонны, интенсивности искривлени€ в интервале искривлени€ скважины аварийно опасны бурильные трубы, наход€щиес€ при работе в скважине в состо€нии сжати€. ѕоэтому искривление желательно производить на таком рассто€нии от усть€ скважины, чтобы в момент заканчивани€ буровых работ нейтральное сечение бурильной колонны находилось несколько выше или, по крайней мере, незначительно ниже точки начала формировани€ кривизны. ѕоложение нулевого сечени€ Ц рассто€ни€ от забо€ до точки в бурильной колонне, в которой напр€жени€ сжати€ и раст€жени€ в материале равны нулю, можно рассчитать по формуле

, (2.2)

где q Ц вес 1 м трубы с учетом соединительных элементов, даЌ;

γж , γм Ц удельный вес соответственно промывочной жидкости и материала труб, даЌ/м3.

ѕолученное значение Z о-о следует использовать при выборе глубины, с которой следует производить набор кривизны на угол ψ в направлении рудного тела.

ƒлина криволинейного участка ствола скважины определ€етс€ исход€ из угла ψ и запроектированной допустимой интенсивности искривлени€ скважины - i д , котора€ выбираетс€ по условию прочности бурильной колонны. — учетом этих параметров длина криволинейного участка ствола скважину будет равна:

. (2.3)

ƒл€ наклонно направленной скважины (рис.2.3, б) длина ствола L определитьс€ как сумма наклонного пр€молинейного участка L п и криволинейного интервала L кр , на котором осуществлен набор угла ψ:

. (2.4)

”гол встречи рудного тела должен быть больше 30 º и может определ€тьс€ из формулы

γп = 90+ (θ+ψ) Ц φп. (2.5)

ѕроектирование траектории наклонно направленных скважин по третьей и четвертой схемам производитс€ на основании анализа статистических данных об искривлении скважин по Ђтиповымї кривым.

¬ы€вление закономерностей естественного искривлени€ Ц это установление функциональной зависимости изменени€ интенсивности искривлени€ и его направлени€ от различных факторов, действие которых следует рассматривать в совокупности.

»сходным материалом дл€ изучени€ закономерностей и интенсивности искривлени€ скважин служат замеры зенитных и азимутальных углов. “аких измерений по различным скважинам требуетс€ достаточное дл€ значимой статистической оценки число.

«акономерности естественного искривлени€ определ€ют в зависимости интенсивности естественного искривлени€ (i) от глубины скважины (L) или зенитного угла (θ) в виде функций i = f (L)или i= f (θ). ѕри этом ни глубина, ни зенитный угол скважины не оказывают непосредственного вли€ни€ на искривление, но с их изменением мен€ютс€ услови€ бурени€, а соответственно и степень вли€ни€ многочисленных факторов, от которых зависит положение скважины в подземном пространстве.

ѕри вы€влении закономерностей естественного искривлени€ путем сравнени€ и анализа инклинометрических измерений, последние должны группироватьс€ с учетом вли€ни€ основных факторов, действие которых св€зано с перечисленными ниже услови€ми бурени€:

1. способ бурени€ (вращательный, ударно-вращательный и др.);

2. тип и диаметр породоразрушающего инструмента (алмазные коронки, тип коронки, долото шарошечное, его тип и т. д.);

3. углы заложени€ ствола скважины Ц азимутальный и зенитный;

4.технологические особенности и параметры режима бурени€ (применение гидроударников, состав буровой компоновки, осева€ нагрузка, частота вращени€ и др.);

5. тип колонны бурильных труб.

ѕри этом следует учитывать, что интервалы скважин, пробуренных с применением технических средств искусственного искривлени€, из рассмотрени€ и анализа следует исключить.

 роме перечисленных условий, следует рассмотреть геологические услови€ месторождени€ или участка работ.

≈сли анализ геологических условий показывает, что месторождение отличаетс€ выдержанностью геологического строени€ (например, моноклинальное залегание пород), то все данные, полученные при бурении, с учетом вышеприведенных ограничений, могут группироватьс€ и использоватьс€ при анализе и вы€влении закономерностей естественного искривлени€.

¬
–ис. 2.4. —хема дл€ определени€ точки заложени€ скважины на профиле по Ђтиповымї кривым: 1 Ц проектна€ точка заложени€ скважины на профиле I; 2 Ц проектна€ точка подсечени€ рудного тела на глубине; 3 Ц лини€ естественного искривлени€ скважины; 4 Ц Ђтиповыеї кривые зенитного (а) и азимутального искривлени€ (б)  
4
2
¬
θ
1
3
а
1
Nord
 
 
4
ѕрофиль I
б
3
ј

≈сли анализ геологических условий показывает, что месторождение имеет сложное строение, изменчивые услови€ залегани€ горных пород, то составл€ющие месторождение структуры следует рассматривать как два или более участка с относительно однотипным залеганием горных пород. Ќапример, участок месторождени€ определен в виде синклинальной структуры, а скважины, пробуренные по профил€м I ЦIII и направленные вдоль оси складки, показывают различные тенденции естественного искривлени€. ¬ этом случае правильным будет решение о выделении трех участков дл€ анализа закономерностей искривлени€, совпадающих с профил€ми. ѕри этом соответственно, будут получены три группы результатов, пригодные дл€ применени€ только в пределах выделенных участков.

—огласно выделенным участкам данные инклинометрии группируют по принципу однотипности технических и технологических условий бурени€ в соответствии с изложенными выше позици€ми.

»зучение закономерностей естественного искривлени€ и получение аналитических моделей, отражающих процесс искривлени€ при бурении скважин в конкретных горно-геологических и технико-технологических услови€х, осуществл€ют по алгоритму, основу которого составл€ет статистический расчет Ђтиповойї трассы скважины (Ђтипова€ї крива€).

Ѕолее подробно методика расчета Ђтиповойї кривой приведена в работах [15,16].

Ќа основании полученных доверительных значений зенитных углов и приращений азимутальных углов на каждом интервале глубин скважины стро€тс€ вертикальна€ и горизонтальна€ проекции трассы скважины (рис. 2.4) с учетом минимального и максимального возможных отклонений еЄ ствола от типового профил€.

 
ѕолученные Ђтиповыеї трассы скважин (проекции на горизонтальную и вертикальную плоскости) можно использовать при проектировании новых скважин. ѕри этом, использу€ шаблон Ђтиповойї скважины, вычерченный на кальке или восковке, на геологическом разрезе и плане участка работ определ€ют корректировку точки заложени€ скважины с тем расчетом, чтобы не мен€€ проектного угла заложени€, привести скважину в заданную точку. “очка заложени€ новой скважины определ€етс€ Ђснизу-вверхї, то есть, закрепл€€ точку забо€ Ђтиповойї трассы (на рис. 2.4, а, позици€ 4) в точке подсечени€ на заданной глубине и не мен€€ проектного угла заложени€ проектной скважины (сплошна€ лини€ на рис.2.4), наход€т рассто€ние на поверхности, на которое следует сместить точку заложени€ скважины (рассто€ние ¬ - см. рис. 2.4, а).

јналогично определ€ют точку заложени€ с учетом азимутального искривлени€ (рассто€ние ј на рис. 2.4, б). ¬ результате получают возможность заложить скважину с учетом зенитного и азимутального искривлений (точка заложени€ скважины Ц точка на рис. 2.4, б).

¬ случае, если бурение скважин осуществл€етс€ двум€ или трем€ способами, например, верхний интервал - шарошечными долотами диаметром 76 мм, а нижний - алмазным инструментом диаметром 59 мм; верхний - шарошечными долотами диаметром 76 м, затем алмазным инструментом диаметром сначала 76, а затем 59 мм, возможен вариант получени€ комбинированной Ђтиповойї кривой трассы скважины. ¬ данном случае Ђтипова€ї крива€ состоит из двух и более самосто€тельных типовых кривых, кажда€ из которых отражает закономерности искривлени€ конкретным способом и соответствующим ему инструментарием бурени€ определенного интервала ствола скважины.

ƒл€ расчета Ђтиповыхї кривых могут использоватьс€ другие известные методы анализа и математической статистики, например, метод наименьших квадратов, „ебышева и др.

 

Ј Ђ“ипова€ї трасса скважины (Ђтипова€ї крива€) Ц усредненна€, вы€вленна€ статистическими методами траектори€, отражающа€ с той или иной достоверностью характер (направление и интенсивность) искривлени€ скважин на месторождении или участке работ при определенных услови€х, заданных совокупностью технико-технологических и геологических причин.

Ј  омбинированна€ Ђтипова€ї крива€ Ц Ђтипова€ї трасса скважины, бурение которой осуществл€етс€ двум€ или более способами, а потому состо€ща€ (скомбинированна€) из двух или более участков (отдельных Ђтиповыхї кривых), каждый из которых отражает закон изменени€ направлени€ скважины при конкретных способе бурени€, технических средствах, буровом инструменте и технологии бурени€ в определенном интервале геологического разреза.

 

ƒл€ иллюстрации метода проектировани€ трассы скважины в соответствии с комбинированной Ђтиповойї кривой рассмотрим пример проектировани€ и бурени€ наклонно направленных скважин на одном из месторождений «абайкаль€.

”слови€ рассматриваемого примера. ѕри проектировании скважин средней глубины (до 700Ц800 м) начальный зенитный угол составл€л 15 , что обеспечивало требуемый угол встречи с рудным телом. Ѕурение осуществл€лось шарошечными долотами диаметром 76 и 59 мм до глубины 300Ц400 м, а в дальнейшем скважины бурились алмазными коронками диаметром 59 мм (рис.2.5, а).

√еологическим заданием на бурение скважин была установлена необходимость подсечени€ рудного тела без изменени€ начального зенитного угла (начальный зенитный угол соответствовал углу встречи с рудным телом (35 º), но при этом допускалась возможность увеличени€ зенитного угла на конечной глубине скважины до 20Ц30 градусов.

јнализ закономерностей искривлени€ на участках работ показал, что при бурении шарошечными долотами скважины достаточно сильно выкручиваютс€ (диаметром 59 мм с интенсивностью 4Ц5 град/100 м, диаметром 76 мм с интенсивностью 3Ц4 град/100 м). ѕри бурении алмазными коронками интенсивность выкручивани€ скважин снижалась до 2Ц3 град/100 м. »скривление скважин по азимуту было невыдержанным, и в основном, не оказывало существенного вли€ни€ на производство работ. ƒл€ выполнени€ геологического задани€ с целью подсечени€ рудного тела в заданном диапазоне возможных отклонений зенитного угла на одной скважине вынужденно производилось 4 Ц 6 постановок отклонителей типа “«-3-59 с ориентирующей приставкой ќѕ-3. ќсновна€ часть этих искривлений, Ц не менее 70 %, производилась в интервале бурени€ шарошечными долотами.

–ис. 2.5. —хемы вариантов проектировани€ траекторий наклонно-направленных скважин: а Ц исходна€, с Ђтиповымиї траектори€ми шарошечно-алмазного бурени€ и корректировкой отклонител€ми (корректировки отклонител€ми не показаны); б Ц заложение скважины с учетом Ђтиповыхї траекторий шарошечно-алмазного бурени€ с применением и без буровых компоновок дл€ снижени€ искривлени€ при бурении шарошечными долотами; в Ц бурение скважины с применением пневмоударника –ѕ-105, шарошечно-алмазного бурени€ и соответствующей технологий управлени€ направлением скважины
75º
75º
- проектируема€ траектори€;   - Ђтипова€ї траектори€ бурени€ шарошечным долотом диаметром 59 мм без компоновок;  
- Ђтипова€ї траектори€ бурени€ шарошечным долотом диаметром 59 мм с компоновкой; - Ђтипова€ї траектори€ бурени€ пневмоударником –ѕ-105;
- Ђтипова€ї траектори€ бурени€ алмазными коронками диаметром 59 мм.
75º
а
б
в
“ехнологические решени€ при проектировании. Ќа первом этапе разработки технологических меропри€тий по совершенствованию технологии направленного бурени€ было предложено использовать специальные буровые компоновки дл€ снижени€ искривлени€ скважин при бурении шарошечными долотами диаметром 59 мм. ¬ качестве технических средств использовались трехгранные компоновки, а затем компоновки со смещенным центром т€жести поперечного сечени€, что позволило снизить естественное искривление скважин в 3Ц4 раза и число искусственных искривлений. Ќазванные компоновки не изменили вы€вленных закономерностей естественного искривлени€, но снизили его интенсивность (рис.2.5, а).

ƒл€ сокращени€ числа постановок отклонителей некоторые скважины проектировали с учетом закономерностей естественного искривлени€ как с учетом применени€ компоновок дл€ снижени€ искривлени€, так и без них (рис.2.5, б), что позволило еще более уменьшить число постановок отклонителей и повысить производительность работ.

¬ дальнейшем верхний интервал скважин (до 100Ц150 м) было предложено бурить с применением высокопроизводительного ударно-вращательного способа бурени€ пневмоударниками –ѕ-105 с использованием в качестве очистных агентов воздуха или газожидкостной смеси (√∆—) на основе сульфонола и других реагентов (рис.2.5, в).

¬ результате было вы€влено, что при бурении –ѕ-105 (диаметр долота 105 мм, а корпуса забойной машины 92 мм) происходит выполаживание скважин, при этом в зависимости от состава компоновки интенсивность выполаживани€ достаточно надежно регулировалась. Ќапример, если над пневмоударником устанавливалась бурильна€ труба —Ѕ“ћ-50, скважина выполаживалась с интенсивностью 8Ц11 град/100 м. ѕри установке над пневмоударником ”Ѕ“ диаметром 89 мм интенсивность выполаживани€ снижалась до 1Ц2 град/100 м. ѕрименение специальных трехгранных центраторов над ”Ѕ“ диаметром 103Ц105 мм позволило добитьс€ надежного выполаживани€ с интенсивностью не более 1,3 град/100 м. »зменение азимутального угла при применении сульфонала было незначительным из-за высокой смазывающей способности реагента и уменьшени€ угла φ0 наката компоновки на стенку скважины.

ѕричина стабильного выполаживани€ скважин св€зана с ориентированным перекосом компоновки с пневмоударником и применением √∆— на основе сульфонола, что позвол€ет компоновке с пневмоударником, сохран€€ перекос в наклонной скважине, вращатьс€ в основном вокруг своей оси. Ёто стало возможно благодар€ невысоким осевым нагрузкам (1,0Ц5,0 кЌ), малой частоты вращени€ колонны (40Ц60 мин-1) и низкому коэффициенту трени€ между корпусом компоновки и стенкой скважины.

“аким образом, по€вилась возможность при бурении скважины пневмоударником обеспечивать еЄ выполаживание и выводить скважину на траекторию с требуемым зенитным углом с тем, чтобы при бурении шарошечными долотами и в последующем алмазной коронкой обеспечить подсечение рудного тела с заданным значением зенитного угла.

“ехнологи€ проектировани€ и выполнени€ работ с учетом вы€вленных закономерностей естественного искривлени€ при бурении различными буровыми компоновками и различными способами бурени€ скважин позвол€ет свести практически к минимуму число постановок отклонителей и существенно повысить производительность буровых работ с возросшим качеством их исполнени€, обеспечить снижение аварийности с бурильными трубами.





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-01-29; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 898 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ќадо любить жизнь больше, чем смысл жизни. © ‘едор ƒостоевский
==> читать все изречени€...

465 - | 359 -


© 2015-2023 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.03 с.