Искривление скважин: причины и контроль

Искривление скважин. Практически все глубокие скважины при бурении отклоняются от заданного направления и в той или иной степени искривляются. Иногда искривление становится настолько существенным, что приходится прекращать дальнейшую проходку скважины. Различают геологические, технические и технологические причины искривления скважин.

Причины геологического характера обусловлены неоднородностью пересекаемого скважиной разреза. Встреча скважиной валунов, контактов с породами повышенной твердости, или наоборот, трещин, пустот, каверн вызывает отклонение скважины в ту или иную сторону. При пересечении скважиной сложного разреза, особенно если в нем чередуются тонкие пласты различной твердости, а также рассланцованных пород, наблюдаются определенные закономерности в искривлении скважин, вызванные тем, что ось скважины стремится занять положение, перпендикулярное к напластованию. Это приводит к изменению (обычно выпола- живанию) угла наклона скважины в вертикальной плоскости и ее направления по отношению к простиранию пород. В рыхлых и плывучих породах скважина становится более крутой (рис. 13).

Рис. 13. Основные закономерности искривления скважин. 1 — заданное направление скважины, 2 — фактическое направление; А и Б — искривление скважин при пересечении слоистых пород; В — искривление при угле встречи у менее критического; Г — искривление наклонной скважины при бурении в рыхлых и мягких породах; Л — возможное искривление скважины, заданной в направлении падения пород; Б и Ж — возможные азимутальные искривления скважин, заданных под острым углом к линии простирания пород; 3 — возможное искривление скважины при неправильной установке шпинделя станка

Технические причины искривления скважин включают: неправильную установку шпинделя станка, вызывающую изначальное отклонение скважины от заданного направления; неправильную установку направляющей трубы и кондуктора; бурение коротким колонковым снарядом, особенно в породах перемещающейся твердости; бурение трубами малого Диаметра в скважине большого диаметра; переход на меньший диаметр без спуска колонны обсадных труб и некоторые другие.

Причины технологического характера обусловлены параметрами режима бурения. Они могут вызывать неравномерное разбуривание забоя и стенок скважины, образование значительных зазоров между стенками и снарядом, а также увеличение сил, отклоняющих снаряд от оси скважины. К ним относятся: применение излишне сильной промывки, чрезмерная нагрузка на забой и др.

Для определения положения скважины в пространстве проводятся специальные замеры кривизны всех разведочных, опорных, структурных и эксплуатационных скважин.

Пространственное положение скважины определяется тремя параметрами: глубиной (Н), зенитным углом (θ) и азимутальным углом (α).

Глубина скважины определяется расстоянием по ее стволу от устья до забоя. Зенитным углом скважины называется угол между вертикалью и касательной к оси скважины в данной точке. Азимутальным углом, или азимутом, называется угол между направлением на север и проекцией оси скважины на горизонтальную плоскость (рис. 14). Положение оси скважины в пространстве определяется путем замеров зенитного и азимутального углов на различных глубинах скважины; чем меньше интервалы между замерами, тем точнее можно изобразить проекцию скважины на горизонтальной и вертикальной плоскостях, что является необходимым условием при увязке профилей, особенно разведочных. Элементы искривления замеряют специальными приборами - инклинометрами. Наиболее часто в инклинометрах для замеров зенитного угла используется принцип отвеса, а для замеров азимута — магнитная стрелка.

Рис. 14. Углы, определяющие пространственное положение скважины

Простейшим прибором такого рода является инклинометр Полякова. В латунном корпусе на двух полуосях подвешена рамка со смещенным центром тяжести за счет свинцового груза. В рамке также на двух полуосях подвешен компас, в нижней части которого имеется отвес и стрелка. При помещении прибора в скважину его ось совпадает с осью скважины, компас занимает горизонтальное положение, при этом нулевое деление его градусной шкалы направлено в сторону наклона скважины, а стрелка отвеса вертикально вниз. В таком положении производится арретирование магнитной стрелки и отвеса специальным часовым механизмом, размещенным также в корпусе инклинометра. Показания снимаются после того как прибор поднят на поверхность.

Более совершенными приборами являются каротажные инклинометры, в которых в компасе вместо шкалы установлен кольцевой реохорд, а в отвесе стрелка скользит по поверхности углового реохорда. Инклинометр спускается в скважину на кабеле, по которому при включении прибора подается электрический ток. В момент включения для снятия отсчета пружинные контакты магнитной стрелки и стрелки-отвеса касаются поверхности реохордов. Величины азимутального и зенитного углов регистрируются по величине сопротивления реохорда с помощью панели управления, включенной в электрическую цепь инклинометра и находящейся на поверхности. Таким образом, прибор позволяет за один спуск произвести замеры в любых точках скважины.

Другие конструкции прибора — фотоинклинометры — основаны на возможности определения углов путем фотографирования положения отвеса и магнитной стрелки.

Однако указанные инклинометры непригодны для замеров в магнитной среде (при обсадке скважины стальными трубами, при наличии в породах магнитных минералов и др.). В этих случаях используют гироскопические инклинометры, в которых вместо магнитной стрелки помещен гироскоп.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: В. В. Авдонин, и др.

Источник: Технические средства и методика разведки месторождений полезных ископаемых.

Данные публикации будут полезны для студентов инженерно-геологической и геохимической специальностей.