Способы направленного бурения скважин

Основная причина искривления скважин при бурении обычными механическими способами – избирательное разрушение пород. Скважины при этом отклоняются в сторону наименьшего сопротивления породы разрушению. Интенсивность искривления зависит от вращения в скважине бурильной компоновки, что не позволяет вести строго направленное разрушение пород, что и приводит к искривлению скважин.

Многие из известных способов разрушения горных пород и бурения скважин лишены этих недостатков – это вращательное бурение с забойными двигателями; ударно – вращательное; бездолотные способы (например, шароструйное бурение) [9].

При использовании таких способов можно ориентировать действие породоразрушающего инструмента в любом направлении, спуская его на изогнутой трубе, кривом переходнике, с эксцентрично расположенной накладкой или отклоняя с помощью клина и т.д.

Избирательность разрушения пород при этом будет сказываться значительно меньше, а действие технических и технологических причин искривления скважин может быть полностью устранено. Практически прибегают к комбинации вращательного и ударно-вращательного способов, позволяющих управлять искривлением скважин путем поочередного применения того или другого способа, с учетом закономерностей искривления скважин.

Ударно-вращательный способ с применением гидро- или пневмоударников характеризуется некоторой спецификой, обуславливающей закономерности искривления скважин При бурении этим способом более равномерно разрушаются породы на забое за счет действия высокочастотных ударных нагрузок при небольших осевой нагрузке и частоте вращения снаряда, что приводит к более направленному разрушению породы и уменьшению подработки (фрезерования) стенок скважины.

Ударно – вращательный способ с успехом применяется при бурении направленных скважин [8]. В указанной работе приведены данные об использовании пневмоударников для направленного бурения. Верхний наклонный участок скважины (до 150 м) бурился с использованием высокопроизводительного ударно - вращательного способа пневмоударниками.

При применении забойных ударных машин, имеющих шлицевое соединение и значительную массу, направление искривления скважин зависит от геологотехнических условий бурения. Наличие шлицевого разъема, в частности, играющего роль шарнира (кардана), и зазора между буровым снарядом и стенками скважины приводит к излому оси снаряда в шлицевом соединении.

При вращении снаряда вправо за счет действия эффекта «накатывания» верхний конец нижней части снаряда отклоняется вправо, а породоразрущающий инструмент – влево, что приводит к не симметричному разрушению породы на забое и азимутальному отклонению оси скважины влево. Интенсивность этого отклонения возрастает по мере выполаживания скважины и увеличения зазора между буровым снарядом и стенками скважины и обуславливается вращением колонковой трубы с инструментом вокруг своей оси за счет шлицевого разъема и значительной массы гидроударника.

В зенитной плоскости такая компоновка практически может занимать два основных положения, от которых зависит направление ствола бурящейся скважины: на выполаживание или на выкручивание. Теоретически можно представить себе и промежуточное положение колонковой трубы соосно со скважиной, при котором не должно происходить искривления. Однако, учитывая действие массы ударника и колонкового снаряда, есть основание считать, что главное положение снаряда будет таким, при котором он работает на «выполаживание» и отклонение скважины влево.

Интенсивная подработка лежачей стенки скважины снарядом за счет действия его веса при бурении в мягких породах приводит к преимущественному «выкручиванию» скважины. И тем заметнее это проявляется, чем мягче породы, что подтверждается установленными раннее закономерностями искривления скважин при ударно – вращательном бурении. На этот процесс еще влияет и наличие керна, заполняющего колонковую трубу и увеличивающего вес снаряда.

При использовании спаренной надетой на компоновку с ударной машиной свободно «плавающей» трубы интенсивность искривления при ударно – вращательном способе может быть сведена практически до минимума за счет устранения шарнирного эффекта.

Опробован способ бурения пневмоударниками с использованием в качестве очистных агентов воздуха или газо-жидкостной смеси (ГЖС) на основе сульфанола и других агентов. В результате было выявлено, что при бурении пневмоударником РП – 105 (диаметр долота 105, корпус забойной машины – 92мм) происходит выполаживание скважин, при этом в зависимости от состава компоновки интенсивность выполаживания можно достаточно надежно регулировать. Например, если над пневмоударником устанавливалась бурильная труба СБТМ-50, скважина выполаживалась с интенсивностью 8-11 град/100м. При установке над пневмоударником УБТ диаметром 89мм интенсивность выполаживания снижалась до 1-2 град/100м. Применение специальных трехгранных центраторов над УБТ диаметром 103-105мм позволило добиться надежного выполаживания с интенсивностью не более 1-3 град/100м. Изменение азимутального угла при применении сульфанола было незначительным из-за высокой смазывающей способности реагента и снижения угла наката компоновки на стенку скважины φ₀.

Причина стабильного выполаживания скважин связана с ориентированным перекосом компоновки с пневмоударником и применением ГЖС на основе сульфанола, что позволяет компоновке с пневмоударником, сохраняя перекос в наклонной скважине, вращаться в основном вокруг своей оси. Это стало возможно из-за невысоких осевых нагрузок (100-500даН), малой частоты вращения колонны (40-60мин^-1) и низкого коэффициента трения между корпусом компоновки и стенкой скважины.

Таким образом, появилась возможность при бурении скважины пневмоударником обеспечивать ее выполаживание и выводить скважину на траекторию с требуемым зенитным углом для того, чтобы при бурении шарошечными долотами и, в последующем, алмазной коронкой обеспечить подсечение рудного тела с заданным значением зенитного угла.