Направленное бурение скважин

     По  способу измерения и передачи информации на поверхность инклинометры подразделяются на забойные,  производящие измерения и передачу информации в процессе бурения,  автономные приборы,  опускаемые внутрь колонны бурильных труб и выдающие информацию только после подъема инструмента, и инклинометры, опускаемые в скважину на кабеле или тросе.

     В первом случае информация от забойных датчиков по каналу связи передается на поверхность,  где и расшифровывается.  В настоящее время используются как проводные, так и беспроводные каналы связи. Проводной канал связи широко используется с электробурами, так как в этом случае возможна передача сигнала с забоя по силовому кабелю. На этом принципе работает телесистема  СТЭ.  Существуют  системы с встроенными в каждую бурильную трубу кабелями,  соединяемые разъемами, линии с индукционной связью и линии из цельного сбросового кабеля.  Такие линии связи обеспечивают высокую передающую способность, но они достаточно дороги, осложняют спуско-подъемные операции, имеют низкую стойкость из-за износа кабеля, создают помехи при ликвидации обрывов бурильных труб.

     К беспроводным каналам связи относятся  гидравлический, электрический, акустический и некоторые другие. В гидравлическом канале информация передается по промывочной жидкости в виде импульсов давления, частота, фаза или амплитуда которых соответствует величине передаваемого параметра.  Беспроводный электрический  канал связи основан на передаче электрического сигнала по породе и колонне бурильных труб. Однако в этом  случае с увеличением глубины скважины происходит значительное затухание и искажение сигнала.  На этом принципе работает система ЗИС-4 и ее модификации.

     Другие  каналы связи пока не находят широкого применения.

     Забойные  инклинометрические системы позволяют  постоянно контролировать положение  скважины в пространстве,  что является их бесспорным преимуществом. Кроме замеров зенитного угла и азимута с помощью таких систем одновременно измеряются непосредственно на забое скважины и другие параметры процесса бурения,  а также характеристики проходимых пород. Однако применение телеметрических систем существенно увеличивает себестоимость работ.

     Автономные  инклинометры опускаются (бросаются) внутрь колонны бурильных труб и производят измерение зенитного угла и азимута  в процессе бурения,  но информация на поверхность не передается,  а хранится в памяти прибора и считывается  из нее после подъема колонны бурильных труб. Разрешающим сигналом для замера является, как правило, остановка процесса бурения, а при бурении инклинометр отключается. За один спуск инструмента может быть произведено до 50 замеров в зависимости от типа инклинометра.

     Наибольшее  распространение в  настоящее  время у нас в стране получили инклинометры, опускаемые в скважину на кабеле. При их применении на замеры  параметров искривления требуется дополнительное время, но такие инклинометры просты по конструкции и имеют низкую стоимость. По способу измерения азимута их можно подразделить на приборы для измерения в немагнитной среде,  в которых азимут измеряется с помощью магнитной стрелки, и приборы для измерения в магнитной среде.

     Из  первых наиболее известен инклинометр  типа КИТ.  В его комплект входят глубинный прибор и панель управления. Глубинный прибор включает в себя измерительную часть и переключающее устройство,  помещенные в немагнитный корпус, заполненный демпфирующей жидкостью. К головке корпуса крепится одножильный кабель,  на котором глубинный прибор опускается в скважину.

     Измерительная часть,  показанная на рис. 6, состоит  из рамки, ось вращения которой совпадает с осью прибора.  Рамка может вращаться вокруг оси в подшипниках 11 и 12. В наклонной скважине рамка под действием эксцентричного  груза 1 устанавливается так,  что плоскость качания маятника 2 совпадает с апсидальной плоскостью скважины.  Связанная с маятником 2 стрелка 3 занимает относительно реохорда 4 положение,  зависящее от зенитного угла скважины Q. Магнитная стрелка 5 датчика азимута опирается на острие иглы 7,  занимающей всегда вертикальное положение. Это обеспечивается грузом 8,  расположенным ниже опоры. Начало кругового реохорда 6 датчика азимута за счет эксцентричного груза 1 всегда располагается в апсидальной плоскости скважины.

     В верхней части рамки расположен коллектор с тремя контактными  кольцами 9 и двумя парами щеток 10.

     Арретирование магнитной стрелки и отвеса и переключение датчиков на измерение зенитного угла или азимута производится переключающим механизмом, который приводится в действие электромагнитом, находящимся в глубинном приборе и управляемым с поверхности. В процессе спуска и подъема глубинного  прибора стрелка отвеса и магнитная стрелка дугами 13 и 14 прижаты к реохордам.  При остановке для замера параметров искривления они освобождаются, выдерживаются некоторое время для успокоения, затем вновь прижимаются к реохордам  и  производится поочередное измерение зенитного угла и азимута путем измерения величины сопротивления реохордов от начала до соответствующей стрелки.

     Для сокращения  затрат  времени  при  измерении в процессе искусственного искривления скважины глубинный прибор инклинометра опускается внутрь колонны бурильных труб. При этом в КНБК включается 24-36 м ЛБТ. Для исключения влияния стальных труб глубинный  прибор  при  измерении должен находится не ближе 5 м от УБТ и 3 м от стальных замков ЛБТ.

     Шаг измерений инклинометром в различных условиях показан на рис.6.

     Контроль  за измерениями производится путем  повторных замеров, перекрытием  предыдущих замеров и в особо  ответственных случаях двумя  инклинометрами.

3. Построение проекций  скважин по данным

инклинометрических  замеров и  контроль за траекторией ствола 

     Имея  данные по замерам зенитных углов  и азимутов скважины в отдельных  точках,  производится построение фактического профиля и плана скважины. Фактическая трасса скважины сравнивается с проектной, на основании чего делается вывод о возможности попадания скважины в заданный круг допуска. В случае, если это попадание невозможно, принимается решение о применении специальных технических средств направленного бурения с целью вывода скважины на проектную трассу. 

3.1. Графический способ построения проекций скважин 

     Для построения плана и профиля скважины предварительно определяются вертикальные  h и горизонтальные S проекции участков ствола между точками замеров зенитного Q и азимутального a углов скважины. При построении горизонтальной проекции используется следующая формула 

                                                            S_i = l_i ^. sin Q_{i ср},      (7) 

где l_i - длина участка ствола скважины между точками замера, м; Q_{i ср}- средний зенитный угол участка, град. 

                                                       Q_{i ср} = (Q_iн + Q_iк)/2,      (8) 

где Q_iн - зенитный угол в начале интервала,  град; Q_iк - зенитный угол в конце интервала, град.

     При построении вертикальной проекции скважины расчет величины горизонтальной проекции участка ствола ведется по формуле 

                                            S_i = l_i ^. sin Q_{i ср} ^. cos (a_пр - a_{i ср}),     (9) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

где a_пр - проектный азимут скважины,  град; a_{i ср} - средний азимутальный угол участка, град.

                                                        a_{i ср} = (a_iн + a_iк)/2,      (10) 
 

где a_iн - азимут скважины в начале интервала, град; a_iк - азимут скважины в конце интервала, град.

     Величины  вертикальных проекций участков ствола определяются по формуле

                                                            h_i = l ^. cos Q_{i ср}.      (11) 

     Построение  горизонтальной проекции ведется следующим  образом. Через точку О, принятую за устье скважины (рис. 7), проводится направление на  север.  От этого  направления откладывается проектный азимут скважины a_пр и отрезок ОА, равный в принятом масштабе проектному отходу (смещению) S. Далее через точку О проводится линия под углом a_{1 ср}, равным среднему значению азимута скважины на первом участке,  и по ней откладывается в принятом масштабе горизонтальная  проекция участка ствола S₁, определенная по формуле (7).  Через полученную точку 1 под углом a_{2 ср} к направлению на север проводится линия, по которой откладывается отрезок S₂ в том же масштабе, и т. д. до точки N, являющемся забоем скважины.

     Соединив  точки N и А,  можно определить требуемый азимут скважины a_тр для обеспечения попадания в заданную проектом точку, а также допустимые отклонения Da при заданном радиусе круга допуска r. Требуемый зенитный угол Q_тр  для попадания в проектную точку определяется по формуле 

                                                  Q_тр = arctg [S_тр /(H - H_N)],      (12) 

где S_тр - длина горизонтальной проекции отрезка NA, определяемая по рис. 7 с учетом масштаба построения, м; Н - проектная глубина скважины по вертикали (глубина кровли продуктивного пласта), м; H_N - глубина по вертикали точки     N, м.

     При построении вертикальной проекции скважины от точки О (рис. 8), принятую за устье, по вертикали вниз в принятом масштабе откладывается проектная глубина  скважины  по вертикали H,  а от полученной точки по горизонтали откладывается проектное смещение (отход)  S.  Полученная точка А  является  проектной  точкой вскрытия продуктивного горизонта. Далее от точки О по вертикали вниз в масштабе построения откладывается вертикальная проекция первого участка ствола,  рассчитанная по формуле (11), а от полученной точки по горизонтали в том же масштабе откладывается горизонтальная проекция первого участка, рассчитанная по формуле (9).  Полученная точка 1 соединяется с точкой О.  Отрезок О1  является проекцией ствола скважины на вертикальную плоскость,  проходящую через устье скважины и проектную точку вскрытия продуктивного горизонта. Затем от точки  О  по вертикали в масштабе построения откладывается сумма вертикальных проекций первого и второго участков ствола h₁ + h₂,  а от полученной точки по горизонтали откладывается в масштабе  сумма горизонтальных проекций S₁ + S₂.  Это делается для повышения точности и исключения ошибок построения.  Полученная точка 2 соединяется с точкой 1. Такое построение проводится до точки N, являющейся забоем скважины.

    Соединив  точку N с точкой А, можно определить требуемый зенитный угол скважины Q_тр   для обеспечения попадания ее  в проектную точку,  и  допустимые отклонения DQ этого угла при заданном радиусе круга допуска r.

     Однако  при определении требуемых зенитного Q_тр и азимутального a_тр углов необходимо учитывать естественное искривление скважин при бурении ее за оставшийся интервал.