Выбор и обоснование трассы скважины

Анализ геологических условий бурения данной скважины.

Для правильного решения технических и технологических задач бурения, в первую очередь, необходимо тщательно проанализировать горно-геологические условия.

До начала проектирования бурения, геолог выдает проектный (предполагаемый) разрез для будущей скважины. При этом в зависимости от наличия предварительной информации и косвенных данных, достоверность проектного разреза может быть большей или меньшей. В последнем случае реальные условия бурения могут значительно отличаться от проектных, и тогда потребуется корректировка запланированной технологии или даже таких серьезных решений как конструкция скважины, выбор очистного агента, меры борьбы с осложнениями. В геологическом разрезе (колонке) по проектируемой скважине указываются чередование пластов с наименованием пород, их категория по буримости, абразивность и, обязательно, их состояние: трещиноватость, закарстованность, кливаж, слоистость, перемежаемость. Особо указываются особенности пластов, которые могут вызвать геологические осложнения: обрушение стенок, разбухание, поглощение промывочной жидкости, водопритоки, дробленые и разрушенные породы и другие особенности, могущие повлиять на процесс бурения, возможности получения качественного керна, безаварийность работ. Особое внимание при анализе геологических условий нужно уделять зонам полезного ископаемого, поскольку именно получение полной информации из этих зон и является целью бурения данной скважины. С другой стороны, - именно эти зоны, как правило, связаны с наиболее сложными геологическими условиями, т. к. приурочены к тектоническим нарушениям, инфильтрационным зонам, часто представлены разрушенными, дроблеными и сильно перемежающимися породами. Анализ геологического разреза позволяет оценить факторы вызывающие естественное искривление скважины и степень воздействия этих факторов, что необходимо при разработке трассы скважины и проектировании направленного бурения.

Для качественного решения геологических задач необходима точная привязка геологической информации, получаемой с помощью буровой скважины, к определенным точкам на глубине геологического массива. Для этого необходимо проведение скважины в нужных местах геологического массива с целью пересечения толщи пород в заданных проектом координатах, при возможно меньшем объеме буровых работ и их минимальной стоимости.

Положение оси скважины в пространстве называется трассой скважины. В практике разведочного бурения проходятся скважины различного направления и формы трассы, и задача проектирования - выбрать оптимальный вариант трассы скважины, отвечающий геологическому заданию и учитывающий влияние геологических, географических и технико-экономических факторов.

Подробный анализ и расчеты трассы скважины изучается в курсе "Искривление скважин и направленное бурение". В данном пособии приводятся только общие сведения и подходы к выбору трассы скважины.

Трассы разведочных скважин различаются на прямолинейные, криволинейные и комбинированные и по направлению относительно вертикали; кроме того, скважина может быть однозабойной или многозабойной.

Прямолинейные скважины проектируются в наиболее простых геологических разрезах, как правило, в однородных породах с перпендикулярным пересечением осью скважины границ пластов. Направление прямолинейных скважин могут быть любыми, и соответственно скважины называются: вертикальные (вниз), наклонные, горизонтальные и восстающие (в том числе вертикальные вверх). Рис. 2

Выбор направления скважины обуславливается наиболее полным решением геологических задач. Самая точная информация о породах пласта (структура, мощность пласта) получается при пересечении скважиной пласта в крест простирания, т.е. под углом 90º.

При бурении скважины в сложных геологических разрезах на поведение её оси существенное влияние оказывают ряд факторов, прежде всего геологические (при переходе из пород одной твердости в породы с другой твердостью, анизотропные свойства пород и другие), а также технико-технологические. В результате ствол скважины в процессе бурения искривляется, и провести в таких условиях прямолинейную скважину оказывается весьма трудно или даже невозможно. В этих случаях целесообразно уже заранее, с учетом факторов, вызывающих искривление, проектировать, криволинейную трассу скважины. При этом криволинейные трассы часто являются не только легче осуществимыми, но и более рациональными, чем прямолинейные.

Криволинейные трассы, как и прямолинейные, могут иметь любое направление и различаются ' на искривленные с постоянной кривизной, с переменной кривизной, с искривлением в двух направлениях, и комбинированные сочетающие прямолинейные и криволинейные участки. (Рис. 3)

Скважины, прибурении которых из одного основного ствола проходятся еще один или несколько дополнительных стволов, называются многозабойными. Трассы основного и дополнительных стволов многозабойных скважин могут быть весьма многообразны, располагаться в одной или нескольких плоскостях, количество дополнительных стволов достигает 20. (Рис. 4)

Наряду с многозабойными скважинами в практике разведочного бурения применяется многоствольное бурение (неправильно многоствольная скважина), когда с одной площадки (за- счет поворота шпинделя станка) одним буровым станком последовательно проходятся несколько скважин под разными углами (рис 5)

Такое решение дает существенный экономический эффект при бурении не очень глубоких скважин в труднодоступной местности, позволяя экономить на прокладке транспортных путей и оборудовании площадок.

При выборе и проектировании трассы скважины необходимо оперировать основными терминами и координатами, определяющими положение оси скважины в пространстве (Рис. 6 ).

Положение участков трассы скважины в упрощенном виде определяется расстоянием от устья скважины и двумя углами - угол между касательной к оси скважины в данной точке и вертикалью называется зенитным углом (θ), угол между горизонтальной проекцией к оси скважины и выбранным направлением (обычно направлением Север-Юг) называется азимутальнымуглом или просто азимутом скважины в данной точке –(α).

Проекция оси скважины на вертикальную плоскость называется профиль скважины, а проекция оси на горизонтальную поверхность называется планом или инклинограммой скважины.

Если трасса скважины лежит в одной вертикальной плоскости, то она называется плоскоискривленной, в противном случае скважина – пространственно-искривленная. К плоскоискривленным относятся все прямолинейные скважины.

Проектирование трассы скважины осуществляется в следующей последовательности:

1. Выбор между одноствольной и многозабойной скважиной. При этом, прежде всего, играет роль экономическая целесообразность и необходимость решения геологических задач. Необходимо сравнить получаемый выигрыш (эффект) за счет сокращения метража бурения, снижение перевозок буровой установки и объема монтажных работ при многозабойной скважине по сравнению с бурением соответствующего числа однозабойных скважин для решения той же геологической задачи, с дополнительными затратами и трудностями технологии при бурении многозабойной скважины. Особо важную роль в настоящее время начинают играть вопросы охраны природы - при каждой перевозке и монтаже буровой наносится серьезный ущерб природе - это обязательно надо учитывать.

2. Если выбрана одноствольная скважина, определяется ее направление: вертикальная, наклонная, горизонтальная, восстающая. С точки зрения трудозатрат, они возрастают в том порядке, как названы направления. Естественно, что наиболее легко проходятся вертикальные скважины, наклонные скважины уже требуют дополнительных технических условий (не могут применяться буровые вышки, некоторые самоходные установки, нужна дополнительная оснастка для спускоподъемных операций и т.д.), горизонтальное бурение требует специального оборудования для спуско-подъема; наиболее трудоемко бурение восстающих скважин. Таким образом, выбор направления скважины отличного от вертикального, должен быть обоснован геологической необходимостью или расположением точки заложения скважины (крутой склон, подземная горная выработка и т.п.)

3. Следующий шаг - определение прямолинейности или криволинейности трассы скважины. В наиболее простых геологических разрезах (с монотонным залеганием пластов или в монолитных массивах) обычно выбирается прямолинейная трасса. Однако в большинстве геологических разрезов на поведение трассы скважины в процессе бурения действуют различные геологические и технологические факторы, вызывающие искривление ствола скважины, и скважина становиться криволинейной независимо от нашей воли. В таких случаях можно бороться с искривлением скважины и добиваться ее прямолинейности, но это бывает весьма сложно и дорого. Гораздо выгоднее предусмотреть естественное искривление и спроектировать трассу скважины криволинейной. Криволинейная трасса проектируется и с целью решения определенных задач и может быть более эффективной, чем прямолинейная. Например, при подсечении скважиной крутопадающих пластов прямолинейная наклонная скважина должна закладываться с большим зенитным утлом, что создает технические трудности кроме того, протяженность такой скважины будет больше чем у криволинейной (L1>L2) (Рис 7)

Другой пример эффективности криволинейной скважины при необходимости попасть в точку, расположенную под недоступным местом (водоем, застройка и т.п.) Рис. 8.

В практике эксплуатационного бурения используются криволинейные скважины, конечная часть которых, входящая в продуктивный пласт, приближается горизонтальному положению и проходит вдоль пласта, что увеличивает возможности добычи полезного ископаемого. (Рис. 9).

4. Обоснование выбора разновидности бурения.

Бурение геологоразведочных скважин на ТПИ включает несколько разновидностей, различающихся применяемым оборудованием и инструментом и, главное, технологическими решениями.

Можно выделить около двух десятков разновидностей бурения разведочных скважин, имеющих как принципиальные, так и незначительные частные различия. Основные разновидности бурения скважин при разведке месторождений твердых полезных ископаемых, и при гидрогеологических изысканиях приведены в таблице №1

Виды и разновидности геологоразведочного бурения наТ.П.И. Таблица № 1

(механическое вращательное бурение с циркуляцией очистного агента)

Виды и разновидности	Параметры бурения	Особенности и основные области применения
Породы	Максим. Глубина. м	Диам, мм.
Бескерновое	I –ХII		46 151	Там, где не нужен керн, (производительнее и дешевле чем колонковое, кроме пород Х11 категории).
Колонковое	Обычными снарядами.	Твердосплавное	I-VIII		36 151	Тенденция к уменьшению объемов.
С резцами из сверхтвердых материалов (СТМ)	V1 – 1Х		46 112	Перспективное, объемы расширяются, заменяет твердосплавное и частично алмазное.
Алмазное	VII-ХII		36 – 93	Основное для пород Х – Х11 категорий по буримости.
Дробовое	VII-ХII		76 151	Старое, но может использоваться для скважин большого диаметра в породах 1Х – Х11 категорий, как исключение.
Снарядами с забойным механизмом	С ударными Импульсами	Гидроударн.	Ударно-вращательное.	V1 – Х1		59 151	Для бурения твердых прослоек диметром до 151 мм. и для бурения строго вертикальных прямолинейных скважин.
Вращательно-ударное.	VII-ХII		59 – 76	При бурении алмазными коронками или коронками с СТМ для борьбы с самозаклиниванием керна и с заполированием алмазных коронок.
Пневмоударное	V1 – Х1		59 – 151	При бурении с продувкой. Повышает скорость бурения в 2 – 3 раза
С забойным двигателем	V1 Х11		59 - 76	Только для отбуривания интервалов направленного бурения (в других случаях не применяется из-за малого крутящего момента при имеющихся насосах).
Специальными снарядами с подъемом керна без подъема труб	Сосъемным керноприемником ноприемником	Снаряды ССК (снаряды ВИТР с гладкими бурильными трубами).	V11 Х1		46 - 59	Эффективны для высокооборотного алмазного бурения в однородных, монолитных породах в скважинах глубиной до 1500 м.
Снаряды КССК (снаряды СКБ с замковыми трубами).	V1 - Х		76 -	Эффективны при бурении в породах средней буримости в сложных геологических разрезах и при бурении скважин глубиной до 3000 м.
Странспс ртомкерна гитранспор- том керна	Комплект с гидро транспортом керна (КГК)	1 – V		76 - 215	Весьма перспективны, высокопроизводительны при отличной геологической информации (полный выход керна), но эффективны только в мягких и слабых породах.
Комплект с пневмотранспортом керна (КПК)	1 - V		76 – 93

Группа разновидностей разведочного бурения - " вращательное бурение с циркуляцией очистногоагента " и является собственно предметом изучения курса " бурение на ТПИ ". В этой группе объединены разновидности бурения, различающиеся применяемым породоразрушающим инструментом (ПРИ), применением специальных снарядов или забойных механизмов, особенностями технологии бурения.

Прежде всего, разновидности геологоразведочного бурения этой группы делятся на две принципиально отличные подгруппы по площади разрушения породы на забое скважины:

• разрушение породы по всей площади забоя скважины - " бурение сплошным забоем " или правильнее " бескерновое бурение "

• разрушение породы по кольцевой площади - " бурение с кольцевым забоем " или " колонковое бурение"

При бескерновом бурении вся порода на забое скважины разрушается и отделяется от забоя в виде мелких частиц - " шлама ", которые очистным агентом удаляются с забоя и по стволу скважины на поверхность. При колонковом бурении порода на забое разрушается по кольцу, а в центре забоя остается неразрушенная часть, которая по мере углубления скважины образует столбик (колонку) породы - керн.

Принципиальное различие между этими подгруппами в том, что при бескерновом бурении углубка скважины продолжается до полного износа породоразрушающего инструмента. Углубка за рейс составляет в этом случае в мягких породах - сотни, в средних породах - десятки метров, но при этом не получается целых образцов породы, т.е. геологическая информация, представленная вынесенным на поверхность шламом, весьма ограниченна. В колонковом бурении, при использовании обычных снарядов, углубка скважины ведется ограниченными рейсами протяженностью от 0,5-1 м до 5-10 м, но при этом поднимаются на поверхность образцы породы - керн, что обеспечивает наиболее представительную геологическую информацию. При использовании специальных снарядов колонкового бурения (ССК, КГК) углубка за рейс сравнивается с рейсами бескернового бурения, но сохраняется получение керна. Однако использование специальных снарядов значительно дороже бескернового и колонкового бурения обычными снарядами, но при достаточной глубине скважин окупается повышением производительности и качества бурения, за исключением бурения в породах XI - XII категорий (где углубка за рейс и при бескерновом бурении и при бурении обычными колонковыми снарядами и ССК не превышает 5-8 м). В остальных случаях бескерновое бурение дешевле и производительнее колонкового. Если геологу необходим керн - выбирается колонковое бурение,В тех интервалах скважины, где геолог может обойтись без керна (по косвенной информации), применяется бескерновое бурение.

Обычно верхние интервалы разведочных скважин, представленные наносами или хорошо изученными пластами, проходятся бескерновым способом, а далее скважина бурится колонковым способом. Некоторые скважины (опорные, картировочные, структурные и т.п.) проходятся целиком колонковым способом. Полностью бескерновым способом проходятся эксплуатационные и некоторые разведочные скважины при достаточности косвенной геологической информации (сбор шлама, геофизические исследования в скважине и т.п.).

На интервалах колонкового бурения осуществляется выбор из трех разновидностей: бурение обычными снарядами, бурение специальными снарядами и бурение обычными снарядамис забойными механизмами. Каждая из разновидностей колонкового бурения отличается не только техническими средствами, но и технологией бурения и имеет свою рациональную область применения, определяемую характером буримых пород, глубиной и диаметром скважины, требованием к геологической информации и другими условиями бурения. Последовательность выбора разновидностей зависит от их доступности, способности решения конкретных задач бурения данной скважины и стоимости.

Бурение обычными снарядами наиболее простая дешевая и надежная разновидность. Недостатком этой разновидности является ограниченная углубка за рейс и неспособность решать некоторые частные задачи, например борьба с заполированием алмазов, борьба с самозаклиниванием керна, сохранение керна в сложных геологических условиях.

При бурении обычным снарядом различаются варианты по материалам резцов ПРИ - в данном случае коронок. Резцы из твердого сплава ВК- твердосплавное бурение, резцы из сверхтвердых материалов (СТМ), включающих спеки синтетических алмазов, нитриды бора, композицию твердого сплава и алмазного напыления (АТП) - бурение с резцами_из СТМ; резцы из природных и синтетических алмазов - алмазное бурение, и наконец, в качестве запасного варианта старое дробовое бурение с резцами в виде чугунной или стальной дроби. Область применения каждого из этих четырех вариантов определяется буримостью проходимых пород и, косвенно, глубиною скважины. Рациональные области применения разновидностей приведены в таблице№ 2 и видны из графика рисунок10, где показана зависимость эффективности применения разновидностей колонкового бурения по видам П.Р.И. от категории пород.

Колонковое бурение специальными снарядами отличается технологией извлечения на поверхность керна и может быть обозначено как " бурение с подъемом керна без подъема бурильных труб ". Два варианта, входящие в эту подгруппу (ССК и КГК) имеют принципиальные различия, как по технике, так и по технологии решения этой задачи.

Снаряды со съемными керноприемниками – ССК представляют собой одинарную колонну специальных бурильных труб с увеличенным внутренним сечением. В колонковой трубе размещается внутренняя тонкостенная труба со специальной головкой - съемный керноприемник, который может свободно проходить внутри бурильной колонны. На нижнем конце колонковой трубы алмазная коронка с увеличенной шириной торца, так что керн может заходить внутрь керноприемника. Во время бурения керн заходит в керноприемник (керноприемник надвигается на керн), который удерживается в колонковой трубе от смещения специальными упорами. (Рис.11.а)

После заполнения керноприемника керном (ℓкп = З; 4;5; 6 м) бурение останавливается; с поверхности на тонком канате с быстроходной лебедки спускается ловитель и захватывает за головку ксрноприемника, последний натяжением троса расфиксируется и быстро с керном поднимается на поверхность, керн извлекается и вснаряд сбрасывается пустой керноприемник. Затем потоком промывочной жидкости он быстро доставляется в колонковую трубу и там фиксируется - бурение продолжается. Таким образом, подъем керна осуществляется без подъема бурильных труб в несколько раз быстрее, чем при бурении обычным снарядом, что обеспечивает значительный рост производительности, особенно в благоприятных для ССК условиях. Кроме роста производительности к достоинствам ССК относится меньшее разрушение стенок скважины за счет уменьшения числа спускоподъемных операций (СПО), лучшие условия для сохранения керна (он защищен от прямого потока промывочной жидкости и керноприемник не вращается в процессе бурения). Главный недостаток ССК - его более высокая стоимость и более высокие требования к квалификации персонала. Применение ССК, оправданно, когда его более высокая стоимость окупается соответствующим ростом производительности и качества бурения. Рост производительности от применения ССК зависит от глубины скважины (чем глубже скважина, тем больше выигрыш времени на СПО) и проходки за один рейс, определяемой ресурсом алмазной коронки ССК. Имеется подробная методика расчета экономических границ рационального применения ССК, но примерно можно ориентироваться исходя из целесообразности применения ССК при глубине скважины не менее 300-500 м и при проходке за рейс (на коронку) не менее 30-50 м.. В последнее время разработаны работоспособные конструкции съемных алмазных коронок (СРК - Югова), которые спускаются весте с керноприемником, и после износа заменяются на поверхности на новую, что позволяет бурить всю скважину без подъема труб. Пока еще мало производственного опыта использования таких коронок и ориентироваться на их использование преждевременно.

В настоящее время могут быть использованы два варианта снарядов ССК отечественного производства: КССК-76 конструкции "СКБ" Москвы и ССК - 59 и ССК - 46 конструкции "ВИТР" С.Петербург.

КССК-76 – «комплект снаряда со съемными керноприемником» предназначен для бурения скважин в разрезах с перемежающимися породами средней крепости VI-IХ, частично X категорий буримости глубиной до 3000 м.

ССК – 46, ССК - 59 – «снаряды со съемным керноприемником» приспособлены для высокооборотного алмазного бурения в однородных устойчивых породах VIII - X, частично XI категории по буримости в скважинах глубиной до 1500 м.

Комплекты КГК. Значительно больший прирост производительности за счет сокращения СПО даст применение второго варианта бурения с подъемом керна без подъема бурильных труб - комплекта сгидравлическим (пневматическим) транспортом керна - КГК (КПК) Суть этого метода заключается в том, что бурение осуществляется с использованием двойной колонны бурильных труб и специальной коронки, которая направляет всю разрушенную породу и столбик керна во внутреннюю трубу. Поток очистного агента (жидкость или воздух) подается к забою по зазору между трубами и поднимается по внутренней трубе, вынося на поверхность шлам и (предварительно обломанные специальным керноломом) кусочки керна (Рис 11 б). При такой разновидности бурения на подъем керна вообще не затрачивается время, и проходка за рейс обусловлена только ресурсом коронки. Наиболее эффективно использование КГК, - когда вся скважина пробуривается за один рейс. Это достигается в толщах мягких и полускальных пород I-IV, частично V категории по буримости и при глубине скважины до 150- 300 м. Бурение скважины за один рейс, являясь идеальным по производительности, позволяет бурить в рыхлых, неустойчивых породах без закрепления стенок скважины обсадными трубами, лишь заливая в затрубное пространство вязкую тиксотропную жидкость. В настоящее время имеются технические средства для бурения КГК, (КПК при продувке) разведочных скважин глубиной до 500 м, диаметром 76-93. мм и гидрогеологических и водозаборных скважин в породах I-V категорий диаметром до 250 мм. В этих условиях такая разновидность бурения позволяет повысить производительность в 3-5 раз при наиболее полном геологическом опробовании.

Бурение обычным снарядом с забойным механизмом,

Разновидности этой группы, как правило, применяются на отдельных интервалах скважины для решения конкретных задач, связанных со свойствами проходимых пород или с особенностями бурения. Забойные механизмы применяются для создания ударных импульсов (гидроударники, пневмоударники), для сохранения керна (ДКС, ЭКС), или для вращения П.Р.И. без вращения бурильных труб (забойные двигатели).

При использовании ударных машин, добавляющих ударные импульсы к вращательному движению, разновидность бурения называется ударно-вращательное или вращательно-ударное в зависимости от того, какое воздействие на породу ударное или вращательное преобладает.

. При бурении с промывкой (кроме промывки вязкими, плотными, глинистыми растворами) в скальных породах VI-ХII категорий могут применяться гидроударники. При этом возможны два случая применения гидроударников: использование среднечастотных гидроударников с повышенной энергией ударов и использование высокочастотных гидроударников с малой энергией ударов. Первый вариант, называемый " Ударно-вращательное " бурение применяется там, где эффективно использовать разрушение породы коронками с твердосплавными резцами за счет энергии удара при минимальной осевой нагрузке. Это позволяет бурить прослойки твердых пород IХ-ХI категорий в скважинах диаметром151 мм. (таких алмазных коронок нет), или бурить вертикальные строго прямолинейные скважины, поскольку при малой осевой нагрузке буровой снаряд висит в скважине как отвес (скважины вращательного бурения всегда искривляются). В остальных случаях незначительный выигрыш производительности от ударно-вращательного бурения не покрывает дополнительных затрат.

Вращательно-ударное бурение осуществляется высокочастотными гидроударниками, создающими небольшую энергию удара с большой частотой, т.е. они создают направленную вибрацию и используются с алмазными коронками. Повышение скорости бурения при этом очень незначительное и не во всех породах; применяются они только в тех случаях, когда свойство вибрации снижать трение необходимо для улучшения процесса бурения. Так в твердых малоабразивных породах происходит интенсивное истирание контактной поверхности алмазных резцов за счет трения и резцы (еще не изношенные) заполировываются, при этом проходка за рейс снижается до 1.0 - 0,5 метра. Мелкие ударные импульсы снижают трение, облегчают внедрение алмазов в породу и заполирование уменьшается. Другой случай эффективного применения вращательно-ударного варианта - бурение в трещиноватых или перемежающихся породах, где происходит самозаклинивание кусочков керна в коронке или в колонковой трубе. Осевая вибрация, снижая трение, уменьшает или ликвидирует самозаклинивание керна, позволяет сохранить керн и увеличить углубку за рейс.

Если бурение ведется с продувкой (районы с многолетнемерзлыми породами, суровые зимние условия, безводные районы) и в скальных породах V1 – Х категорий, то очень эффективно применять пневмоударники, которые, используя энергию потока сжатого воздуха, создают мощные ударные импульсы, что позволяет существенно увеличить разрушение породы на забое и за счет этого в 2 – 3 раза повысить скорость бурения.

Забойные двигатели - имеющиеся винтовые гидравлические двигатели диаметром 54 и 76 мм., разработанные нефтяниками для прочистки нефтеподъемных труб, применяются в разведочном бурении исключительно по целевому назначению при отбуривании участков скважин направленного бурения в комплексе со специальными средствами направленного бурения. Для обычного бурения разведочных скважин, имеющиеся забойные двигатели оказались неэффективными, так как их параметры (крутящий момент, частота оборотов) при имеющихся в геологоразведке насосах недостаточны для обеспечения нормальной производительности бурения.

Снаряды для получения кондиционного керна (двойные колонковые трубы, снаряды с обратной циркуляцией) представляют собой специальные колонковые наборы, предназначенные для бурения в тех интервалах скважины, где необходимо защищать образующийся столбик керна от разрушения в процессе бурения. Эти снаряды используются в перемежающихся, трещиноватых, раздробленных, разрушаемых, рыхлых, размываемых и легко разрушаемых породах, там, где геологу необходим кондиционный керн, особенно в зонах полезного ископаемого. В некоторых случаях, например, при бурении в твердых трещиноватых породах, даже если это не связано с необходимостью защищать керн от разрушения, двойные колонковые трубы могут применяться для повышения производительности бурения за счет снижения самозаклинивания керна и за счет этого повышения углубки за рейс. В остальных случаях применение снарядов для получения кондиционного керна нецелесообразно, так как это вносит дополнительные затраты.

Подводя итоги, повторим исходные позиции выбора разновидности и вариантов бурения отдельных участков и интервалов скважины:

- полное (но не излишнее) выполнение конкретной задачи бурения данного интервала;

- соответствие реальным, географическим и геологическим условиям;

- максимальная производительность без ущерба качества;

Составление рациональной конструкции является одной из наиболее важных задач проектирования бурения скважины. Конструкция скважины - это устройство скважины с указанием диаметров и глубин интервалов ствола скважины, размеров колонн обсадных труб и условия их закрепления в стволе скважины, интервалов и видов дополнительных операций по закреплению или расширению ствола скважины. Конструкция скважины изображается графически в виде схе мы- разреза и обозначается шифром, отражающим все параметры скважины. Рациональная конструкция скважины должна обеспечивать наиболее экономичное, производительное и безаварийное сооружение скважины.

Основные принципы построения конструкции скважины:

1. Снизу-вверх. Только такой принцип позволяет обоснованно выбрать диаметры интервалов ствола скважины. Составление конструкции начинается с обоснования конечного диаметра скважины. Величина конечного диаметра скважины, в первую очередь, зависит от назначения скважины. При этом следует исходить из того, что чем меньше размер конечного диаметра, тем дешевле и быстрее осуществляется бурение. Для геологоразведочных скважин при разведке месторождений твердых полезных ископаемых минимальный размер конечного диаметра строго регламентируется требованиями геологического опробования и должен обеспечивать получение керна минимально допустимого диаметра. Минимальный диаметр керна зависит от вида полезного ископаемого, типа месторождения, состояния пород и полезного ископаемого. В учебной и справочной литературе имеется таблица с примерными значениями минимальных диаметров керна для различных видов полезного ископаемого и типов месторождений. В каждом конкретном случае минимально необходимый диаметр керна определяется геологом. После определения минимального диаметра керна, величина конечного диаметра скважины корректируется с учетом применяемого бурового инструмента (бурильные трубы, породоразрушающий инструмент - так для бурения скважин глубиной более 50 м минимальный размер бурильных труб 42 мм. и, следовательно, конечный диаметр не может быть меньше 46 мм., даже если керн достаточен диаметром 22 мм., который получается при диаметре скважины 36 мм), а также возможностью применения специальных средств: гидро - или пневмоударников, забойных двигателей и других средств направленного бурения и некоторых измерительных приборов, опускаемых в скважину, для которых минимальный размер скважины 59 мм, а иногда даже 76 мм..

2. Максимально возможная простота и экономичность конструкции скважины. Для этого должно быть минимальное число изменений диаметра скважины (ступеней), и главное, минимальное количество обсадных труб (наиболее дорогая часть стоимости скважины). Желательно чтобы общая длина обсадных труб не превышала 30% длины скважины. Поскольку обсадные трубы используются для закрепления стенок скважины в интервалах неустойчивых пород или в зонах геологических осложнений, сокращение количества обсадных труб может быть достигнуто использованием других средств борьбы с осложнениями - цементация, тампонаж, применение специальных очистных агентов.

3. Обоснованность выбора всех ступеней и размеров в конструкции скважины. Должна быть убедительно обоснована необходимость установки обсадных колонн, невозможность их замены более дешевыми методами борьбы с осложнениями. Должна быть обоснована необходимость каждого изменения диаметра ствола скважины, особенно если это не связано с установкой обсадных труб (например, при использовании УБТ диаметр скважины должен быть не менее 76 мм), особенно надо обосновывать изменение диаметра сразу через размер (например, разбухающие породы, условия цементации затрубного пространства).

4. При составлении конструкции скважины должны быть учтены возможные специальные работы в скважине - расширение ствола, отбор боковых проб, использование кернометрии, а также оставление запасного диаметра на случай аварии (в весьма сложных геологических условиях).

5. Конструкция скважины представляется графически в виде схемы (либо полный продольный разрез (Рис. 12.а), либо, учитывая симметричность, его половина (Рис. 12.б)).

6. Кроме графического изображения конструкция скважины определяется ее шифром и пояснительной запиской с обоснованием ее параметров. Из опубликованных методик составления шифра конструкции скважин наиболее полной и точной является методика, предложенная Донецким ПТИ.

Пример описания конструкции скважины шифром ( на примере рис.13):

132…………………..-цифра, обозначающая диаметр бурения

/……………………..-знак, обозначающий крепление трубами

127…………………..-цифра, стоящая за знаком /, обозначает диаметр обсадных Труб (20)………………….-цифра в круглых скобках обозначает до какой глубины скважины

(440...480)…………..-интервал установки потайной колонны

; - знак расширения скважины. Ставится перед обозначением диаметра инструмента, который

ц - знак цементирования всей колонны. Ставится за диаметром обсадных труб.

цб - знак цементирования только башмака (нижней части) колонны

цп - знак цементирования башмака и верхнего конца потайной обсадной колонны

+ - обозначение, применимое для ступенчатых обсадных колонн

" - обозначение извлекаемой обсадной колонны. Ставится перед обозначением диаметра обсадной

колонны, после которого в скобках может быть указана длина колонны, если она извлекается

Приведенные обозначения охватывают весь комплекс параметров, входящих в обычное понятие конструкции скважины или изображаемых на схемах конструкций. Однако при необходимости можно вводить и любые другие дополнительные буквенные индексы.

В данном примере: - скважина забурена коронкой диаметром Ø 132 мм и закреплена направляющей трубой Ø 127 мм до глубины 20 м. Здесь трубы Ø 127 мм цементируются на всю длину. Далее диаметр бурения был 112 мм до 220м, и скважина закреплена до этой глубины кондуктором Ø 108 мм. У колонны диаметром 108 мм цементируется только башмак (нижняя часть колонны). Дальнейшее бурение осуществляется коронкой Ø 93 мм до глубины 480 м. В интервале от 440 до 480 м. зона осложнений и ствол скважины закреплен потайной колонной Ø 89 мм (у потайной колонны закрепляются цементом башмак и верхняя часть). До глубины 1000 м скважина имеет Ø 76 мм. без закрепления.