Типы профилей скважин и рекомендации по их выбору

метки: Скважина, Профиль, Инклинометр, Зенитный, Участок, Колонна, Ствол, Измерение

Типы профилей скважин и рекомендации по их выбору

Профиль наклонно направленной скважины выбирается так, чтобы при минимальных затратах средств и времени на ее проходку было обеспечено попадание скважины в заданную точку продуктивного пласта при допустимом отклонении.

Профили скважин классифицируют по количеству интервалов ствола. За интервал принимается участок скважины с неизменной интенсивностью искривления. По указанному признаку профили наклонно направленных скважин подразделяются на двух, трех, четырех, пяти и более интервальные. Кроме того, профили подразделяются на плоские — расположенные в одной вертикальной плоскости, и пространственные, представляющие собой пространственную кривую линию. Далее рассматриваются только плоские профили.

Простейшим с точки зрения геометрии является двухинтервальный профиль (рис. 9, а), содержащий вертикальный участок и участок набора зенитного угла. Такой тип профиля обеспечивает максимальный отход скважины при прочих равных условиях, но требует постоянного применения специальных компоновок на втором интервале, что приводит к существенному увеличению затрат средств и времени на бурение. Поэтому такой тип профиля в настоящее время применяется сравнительно редко и только тогда, когда имеет место значительное естественное искривление скважин в сторону увеличения зенитного угла.

Трехинтервальный тип профиля, состоящий из вертикального участка, участка набора зенитного угла и третьего участка, имеет две разновидности. В одном случае (рис. 9, б) третий участок прямолинейный (участок стабилизации зенитного угла), в другом (рис. 9, в) — участок малоинтенсивного уменьшения зенитного угла. Трехинтервальные профили рекомендуется применять в тех случаях, когда центрирующие элементы компоновок низа бурильной колонны мало изнашиваются в процессе бурения (сравнительно мягкие, малоабразивные породы).

Такие типы профилей позволяют ограничить до минимума время работы с отклонителем и при наименьшем зенитном угле скважины получить сравнительно большое отклонение от вертикали.

Четырехинтервальный тип профиля (рис. 9, г) включает вертикальный участок, участок набора зенитного угла, участок стабилизации и участок уменьшения зенитного угла. Это самый распространенный тип профиля в Западной Сибири. Его применение рекомендуется при значительных отклонениях скважин от вертикали в случае, если по геолого-техническим условиям затруднено безаварийное бурение компоновками с полноразмерными центраторами в нижних интервалах ствола скважины.

«Бурение нефтяных и газовых скважин» :«Бурение наклонно-направленных ...

... глубины. Тангенциальный профиль обеспечивает максимальное отклонение ствола скважины от вертикали при минимальном зенитном угле, поэтому его предпочитают применять в случае кустового бурения. Тип 2 скважин предусматривает после бурения вертикального участка ствола отклонение ...

Редко применяемая на практике разновидность четырехинтервального профиля включает в себя четвертый интервал с малоинтенсивным увеличением зенитного угла (рис. 9, д), что обеспечивается применением специальных КНБК. Такая разновидность профиля дает достаточно большой отход скважины и вскрытие продуктивного пласта с зенитным углом скважины при входе в него равным 40-60 ^О . Это позволяет увеличить приток нефти в скважину, однако реализация такого профиля технически затруднена.

скважина инклинометрия искривление колонна

При большой глубине скважины в четырехинтервальном типе профиля первой разновидности в конце четвертого интервала зенитный угол может уменьшиться до 0 ^О , что при дальнейшем углублении скважины ведет к появлению пятого вертикального интервала (рис. 9, е).

Для обеспечения попадания ствола в заданную точку вскрытия продуктивного горизонта в реальной практике бурения, профиль скважины может содержать еще несколько дополнительных интервалов, например, набора зенитного угла, его стабилизации и т. д. Поэтому могут быть шести, семи, и более интервальные профили скважин.

Для всех рассмотренных профилей первый участок вертикальный. Ранее выпускались буровые установки, которые позволяли сразу забурить скважину под некоторым углом наклона. В настоящее время в ряде случаев с использованием современных установок наклонный ствол забуривается путем задавливания направления под зенитным углом 3-5 ^О . Это позволяет значительно сократить затраты времени на ориентирование отклонителей в скважине, так как в наклонном стволе эта операция осуществляется намного проще.

В последнее время все большее распространение получает бурение скважин с горизонтальным участком ствола, что позволяет существенно повысить дебит скважин и нефтеотдачу пластов. В практике буровых работ США такие скважины по типу профиля делятся на четыре категории в зависимости от величины радиуса кривизны при переходе от вертикального участка к горизонтальному (большой, средний, малый и сверхмалый радиусы).

Скважины с большим радиусом кривизны имеют интенсивность искривления от 0,6 до 2 град/10 м. С указанными интенсивностями искривления бурится подавляющее большинство наклонно направленных скважин в Западной Сибири. Длина горизонтальной части ствола в этом случае может быть весьма значительной и определяется, главным образом, только сопротивлением продольному перемещению бурильной колонны. Такой тип профиля скважин наиболее подходит для морских месторождений, когда требуется обеспечить добычу из пласта, находящегося на большом расстоянии от платформы.

Интенсивность искривления при бурении со средним радиусом кривизны составляет от 2 до 6 град/10 м. Западными фирмами по такому типу профиля бурится подавляющее большинство скважин с горизонтальным участком ствола. Это обусловлено следующим:

• многие зоны осложнений могут быть разбурены вертикальным стволом и обсажены;
• длина интервалов применения отклонителей существенно меньше, чем для скважин с большим радиусом кривизны;
• точка забуривания искривленного ствола располагается ближе к точке вскрытия продуктивного горизонта, что повышает точность попадания в заданный круг допуска.

Однако проходка таких скважин требует специального инструмента, вписывающегося в принятый радиус кривизны.

Наклонно-направленные скважины

... кривизны применяются при бурении одиночных скважин и для восстановления продуктивности эксплуатационных скважин. Максимальная интенсивность искривления скважины составляет 3-10 градусов на 10 м. проходки (радиус кривизны 60-190 м.), а длина ствола ...

Стандартный тип профиля со средним радиусом кривизны (рис. 9, ж) содержит наклонный прямолинейный участок 3, длина которого может меняться для обеспечения попадания ствола в заданную точку. Однако если накоплен значительный опыт бурения таких скважин, то этот участок может быть исключен (рис. 9, з).

Интервалы 5 (рис. 9, ж) и 3 (рис. 9, з) имеют интенсивность искривления порядка 1 град/10 м и возникают самопроизвольно вследствие невозможности резкого перехода от криволинейного интервала к прямолинейному даже при применении стабилизирующих компоновок. Длина этих интервалов около 30 м.

При бурении с малым радиусом кривизны интенсивность искривления составляет от 4 до 10 град/м, при этом радиус кривизны находится в пределах от 6 до 15 м. Для бурения таких скважин используется специальный инструмент — гибкие бурильные трубы и УБТ, ведутся работы по созданию гибких забойных двигателей. Основное преимущество такого типа профиля — точный подход скважины к выбранному объекту эксплуатации. Однако при этом низка механическая скорость бурения, отсутствует серийная забойная аппаратура для контроля за положением ствола скважины, и сравнительно невелика длина горизонтального участка. Очевидно, что для более широкого внедрения такого типа профиля требуются дополнительные научные исследования и конструкторские разработки.

Для получения сверхмалых радиусов кривизны (от нескольких сантиметров до 0,6 м) используются высоконапорные струи воды, с помощью которых создаются стволы диаметром 40 — 70 мм. Этот метод пока применяют только в экспериментальных целях.

Скважины с горизонтальным участком ствола, сооружаемые в Западной Сибири, имеют комбинированный профиль. До кровли продуктивного пласта скважина буриться с интенсивностью искривления до 2 град/10 м (большой радиус кривизны по американской классификации).

Зенитный угол скважины доводится при этом до 60-65 ^О . В продуктивном пласте интенсивность искривления ствола составляет 8-10 град/10 м, и зенитный угол доводится до 90^О , а далее продолжается бурение горизонтального интервала длиной до 1000 м. Имеется опыт бурения таких скважин при радиусах кривизны 250-460 м.

Выбор технических средств и описание методики проведения инклинометрии

В процессе бурения необходимо контролировать положение оси скважины в пространстве с целью: определения истинного положения полезного ископаемого и правильного построения геологического разреза и определения положения забоя скважины.

Различается два вида контроля искривления скважин — оперативный и плановый.

Оперативный контроль искривления скважин

Оперативный контроль — осуществляется силами буровой бригады через 15 — 20 м бурения скважины или один раз в сутки и предназначен для определения начала существенного искривления скважины и своевременного принятия мер для его устранения.

Оперативный контроль следует проводить при:

• пересечении буровым снарядом перемежающихся слоев пород различной твердости, сопровождающемся изменением зенитного и азимутального углов;
• пересечении мягких несцементированных или сильно разрушенных пород, тектонических нарушений, трещин, пустот, а также при выходе из зоны осложнения;

• смене пород с различными анизотропными свойствами;
• смене диаметра скважины;
• перед каждым циклом искусственного искривления и по окончания цикла искривления;

Плановый контроль искривления скважин

Плановый контроль — осуществляется геофизическими (каротажными) отрядами через определенные интервалы бурения (практически через 200 — 300 м проходки) или по всему стволу скважины после окончания ее бурения до проектной глубины.

Особенности технологии проведения планового контроля:

• измерение зенитных и азимутальных углов осуществляется обычно через 10 — 20 м при подъеме прибора (инклинометра) из скважины;
• скорость подъема прибора не >
• 2000 — 2500 м/час;

• глубины определяются по счетчику;
• при повторных замерах в одной скважине перекрывается не менее 5 точек прежнего замера;
• результаты измерений заносятся в буровой журнал.

Инклинометры

По назначению инклинометры разделяются на приборы:

• для измерения только зенитного угла;
• для измерения зенитного угла и азимута.

Датчики для измерения зенитного угла разделяются на две группы:

• использующие принцип горизонтального уровня жидкости;
• использующие принцип отвеса.

Датчики для измерения азимута:

• магнитная стрелка;
• гироскоп;
• щуп.

По способу измерения и передачи информации на поверхность инклинометры подразделяются на:

• забойные, производящие измерения и передачу информации в процессе бурения (телеметрические системы);
• приборы, опускаемые в скважину на кабеле и выдающие информацию в процессе подъема из скважины или спуска;
• автономные приборы, спускаемые на колонне бурильных труб и выдающие информацию только после подъема инструмента.

Инклинометры для оперативного контроля

Автономные компасные инклинометры оперативного контроля

Автономные компасные инклинометры оперативного контроля делятся на две группы [5].

Одноточечные приборы, обеспечивающие за один спуск в скважину измерение одной точки ее ствола (зенитного и азимута) в диапазоне зенитных углов от 2 до 178°.

Многоточечный фотографический инклинометр МТ-4-40 конструкции ВИТР, обеспечивающий за один спуск в скважину измерение до 100 точек ее ствола с регистрацией на 8-миллиметровой пленке; диапазон его работы от 2 до 60°.

Инклинометры оперативного контроля опускаются в наклонные скважины на тонком канате диаметром 3 — 4 мм с использованием портативных лебедок типа электрической лебедки ЛОК-1500 конструкции ВИТРа, а в горизонтальные и восстающие скважины с помощью бурильной колонны.

Спуск автономных инклинометров оперативного контроля должен осуществляться при использовании блок-трубы (рис. 4) скважины со счетчиком глубины.

К одноточечным инклинометрам относятся [5]:

электромеханический инклинометр ИОК-42 конструкции ВИТР

механические малогабаритные инклинометры МИ-42У и МИ-ЗОУ конструкции «Востказгеология».

Автономный одноточечный инклинометр ИОК-42

Автономный одноточечный инклинометр ИОК-42 представляет устройство, обеспечивающее его работу от автономного блока электропитания. Техническая характеристика представлена в табл 5 [5].

Таблица 5

Техническая характеристика ИОК-42

Диапазон измерения углов, градус: зенитных азимутальных	0 — 180 0 — 360
Погрешность измерения углов, градус: зенитных (при углах 3 — 177°) азимутальных	±1 ±2,5
Питание скважинного прибора (сухие элементы А343 или дисковые аккумуляторы типа Д-0,26 С), В	2Ч4,5
Внешнее гидростатическое давление на защитном кожухе, МПа, не менее наружный диаметр защитного кожуха длина кожуха, в т. ч. с утяжелителем	20 42 2000/3000
Масса, кг, в т. ч. с утяжелителем	8/15,5

Спуск прибора производят с заарретированным (закрепленным) чувствительным измерительным элементом (ЧЭ), который по команде электронного таймера в заданной точке скважины, по истечении установленного времени, освобождает ЧЭ, магнитная стрелка устанавливается в плоскости магнитного меридиана Земли, затем по команде таймера ЧЭ основа закрепляется. После этого прибор извлекается из скважины. На дневной поверхности прибор с ЧЭ извлекается из защитной гильзы, и показания ЧЭ определяются визуально (желательно с помощью увеличительной лупы).

Прибор позволяет проводить измерения в скважинах любого направления от близких к вертикали до восстающих благодаря сферическому магнитно-гравитационному чувствительному элементу ЧЭ (2 — 178°).

При замере скважин с зенитными углами 2 — 60° наиболее эффективно спускать инклинометр на тросе с помощью любой лебедки. При измерении скважин с зенитными углами свыше 60° инклинометр в точку замера доставляется на бурильной колонне. При этом для устранения влияния стальной бурильной колонны на чувствительный элемент (датчик азимута) инклинометр должен быть удален от бурильной колонны на 3 — 5 м. Это может быть достигнуто использованием одной легкосплавной бурильной трубы (ЛБТ) или набором специальных антимагнитных штанг аналогичной длины. В сложных геологических условиях (большое количество шлама, обрушения стенок скважины и т.п.) следует помещать прибор в специальный контейнер из немагнитного материала.

Инклинометр состоит из защитного кожуха, тросовой головки, чувствительного элемента (ЧЭ), арретирующего механизма, таймера, блока питания.

Защитный кожух предохраняет инклинометр от механических воздействий и служит для защиты прибора от внешнего гидростатического давления столба жидкости в скважине. Кожух представляет собой трубу диаметром 42 мм из сплава Д16Т. Для увеличения скорости спуска инклинометра в скважине с вязкой промывочной жидкостью к нему присоединяется утяжелитель.

Тросовая головка является универсальным узлом, обеспечивающим крепление прибора к тросу лебедки или к колонне бурильных труб. Головка состоит из верхнего наконечника и тросовой муфты.

Магнитно-гравитационный чувствительный элемент инклинометра является датчиком зенитного угла и азимута и представляет собой две полусферы, подвешенные в подвижной рамке (рис. 5).

Нижняя полусфера (отвес) со смещенным вниз центром тяжести вращается на агатовых подпятниках в керновых опорах рамки и обеспечивает индикацию зенитного угла. В отвесе, перпендикулярно плоскости среза полусферы, установлен подпружиненный керн, на котором свободно вращается на агатовом подпятнике верхняя полусфера (картушка), являющаяся датчиком азимута, так как вклеенные внутри ее два постоянных магнита ориентируют картушку в направлении магнитного меридиана Земли. Рамка с полусферами вращается вокруг оси инклинометра на бронзовых подшипниках и, благодаря эксцентрично расположенному центру тяжести, всегда самоустанавливается в апсидальной плоскости скважины [5].

Рис. 5. Сферический чувствительный элемент автономного одноточечного инклинометра ИОК-42 ВИТРа.

1 — магниты; 2 — картушка компосная (азимутов); 3, 4 — керн, подпятник; 5 — отвес со шкалой зенитных углов; 6 — пружина; 7 — втулка; 8 — керн картушки; 9 — рамка апсидальная; 10 — стакан из оргстекла; 11 — основание (дно) картушки; 12 — подпятник

По взаимному расположению сферы отвеса и указателя, закрепленного на рамке, определяют зенитный угол, по расположению осей магнитов относительно апсидальной плоскости, нанесенной на нижней полусфере (отвесе) — азимут.

Арретирующий механизм фиксирует установившееся в точке замера состояние чувствительного элемента и обеспечивает неизменность взаиморасположения полусфер и рамки при подъеме инклинометра из скважины и при отсчете показаний.

Кинематическая схема инклинометра приведена на рис.6 [5].

Рис. 6. Схема кинематическая инклинометра ИОК-42 конструкции ВИТР.

1 — электродвигатель; 2 — муфта сцепления; 3 — винтовая пара; 4 — кулиса; 5 — уравнительная пружина; 6 — компенсационная пружина; 7 — фиксатор; 8 — подвижная вилка; 9 — измерительная сфера; 10 — фрагмент защитного колпачка

Приводом всех деталей арретирующего механизма служит электродвигатель 1 типа ИДР-6, который работает по команде, поступающей от таймера. По первой команде через муфту сцепления 2 вращение передается на винтовую пару 3, где оно преобразуется в поступательное движение. Через кулису 4 отводится толкатель, подпружиненный уравнительной пружиной 5, а компенсационная пружина б с помощью фиксатора 7 отводит вилку 8 от купола защитного колпака 10 и одновременно освобождает измерительную сферу 9. По второй команде полярность питающего напряжения меняется на обратную, и происходит арретирование измерительного узла чувствительного элемента.

Таймер — чувствительный элемент инклинометра в процессе хранения, транспортирования и спуска находится в заарретированном состоянии, что обеспечивает надежность его показаний и долговечность работы инклинометра. Временные интервалы цикла измерения обеспечиваются таймером.

Таймер позволяет устанавливать время задержки, необходимое для выполнения вспомогательных работ и спуска инклинометра до точки измерения. По истечении времени задержки автоматически включается двигатель в режим разарретирования (30 с), далее происходит остановка двигателя (1 мин) для установки и успокоения деталей чувствительного элемента, и затем снова происходит включение двигателя (30 с) в режим арретирования.

Таймер представляет собой печатную электронную плату с пятью движковыми переключателями (S1 — S5) для установки необходимого времени задержки и тумблера включения питания инклинометра.

Блок питания обеспечивает автономное питание инклинометра и представляет цилиндрический контейнер из диэлектрического материала. В качестве элементов питания используют сухие элементы типа А343 (шесть штук), которые обеспечивают напряжение ± 4,5 В. Возможно использование других источников питания, обеспечивающих необходимое напряжение, например аккумуляторов типа Д-026Д или аккумуляторных батарей типа НКГЦ-0,45-1 (НКГЦ-1,8-1).

Инклинометры МИ-42У и МИ-ЗОУ

Инклинометры МИ-42У и МИ-ЗОУ конструкции «Востказгеология» имеют аналогичное конструктивное устройство.

инклинометр МИ-42У обеспечивает измерение в одной точке пространственного положения скважины диаметром 46 мм и более до глубины 3500 м;

— инклинометр МИ-30У может использоваться в скважинах 36 мм и более и, кроме того, для измерения скважин, буримых комплексами ССК-46 и больших диаметров при спуске прибора внутри колонны бурильных труб без подъема последних из скважины (рис. 7).

Инклинометр МИ-42У состоит из следующих основных частей:

измерительных узлов (0 — 90 ) и (0 — 5 )

часового фиксирующего механизма

защитной гильзы

заводного ключа.

Инклинометр МИ-ЗОУ измерительного узла 0 — 5 не имеет.

Техническая характеристика данных инклинометров представлена в табл. 6 [5]

Таблица 6.

Техническая характеристика инклинометров МИ-42У и МИ-ЗОУ

	МИ-42У	МИ-ЗОУ
Диапазон измерения углов, градус: зенитных азимутальных	0 — 180 0 — 360
Погрешность измерения углов, градус: зенитных азимутальных (> 4°)	± 0°30 ± 4 от — 10 до + 60
Диапазон рабочих температур, єС	25
Максимальное гидростатическое давление на прибор, МПа	7	5
Габаритные размеры, мм: наружный диаметр длина
	42	30
	1200

Измерительный узел (0 — 90) представляет собой несущую рамку, состоящую из корпуса 3, на торцах которой посредством штифтов 2 закреплены кремневые опоры 1, в которой вмонтированы измерительные элементы — угломер зенитных углов 8 и буссоль магнитная 4. Несущая рамка имеет форму вырезанного цилиндра для размещения буссоли и выполняет роль эксцентричного груза, так как в ее нижней части размещены три свинцовых груза и благодаря которым она устанавливается в апсидальной плоскости.

В средней части, Измерение инклинометром

Отсчет производится визуально после подъема прибора из скважины и его извлечения из защитной гильзы.

Измерительный узел (0 — 5) смонтирован в трубчатом корпусе, в котором в верхней части размещена буссоль, составляющая одну систему с маятником-отвесом, внизу — фиксирующее устройство и резьба для соединения с часовым фиксирующим механизмом.

При спуске прибора в скважину на бурильных трубах для избежания их магнитного влияния на стрелку буссоли необходимо между гильзой инклинометра и бурильными трубами ввести разделительную немагнитную штангу длиной не менее 6 м, изготовленную из нержавеющих (сталь Х18Н10Т), латунных или дюралюминиевых труб.

Инклинометр многоточечный оперативного контроля МТ-1-40

Данный инклинометр предназначен для многократных измерений в одной или многих точках скважины, что значительно повышает оперативность контроля и достоверность о ее пространственном положении и снижает затраты на инклинометрические измерения, особенно при искусственном искривлении, требующем нескольких измерений интервала.

Для измерения азимутов и зенитных углов, Принцип действия

Техническая характеристика данного инклинометра представлена в табл. 7.

Таблица 7

Техническая характеристика инклинометра МТ-1-40

Диапазон измерений углов, градус: зенитных азимутов	2 — 60 0 — 360
Основная погрешность (при зенитных углах более 4°), не более, градус: зенитных углов азимутов	0,5 2,5
Габаритные размеры, мм: диаметр длина	40 (42) 2000

Структурная схема инклинометра

Инклинометр МТ представляет собой автономное устройство, работающее либо в автоматическом режиме, либо в режиме управления без электрической связи с поверхностью. Структурная схема инклинометра показана на рис. 8 [5].

Рис. 8. Структурная схема инклинометра МТ-1-40

Выбор режима работы осуществляется соответствующей установкой переключателя режима работы АВТ-УПР. В автоматическом режиме инклинометр работает по временной программе, задаваемой датчиком временных интервалов. В этом режиме инклинометр перемещают по скважине, контролируя по секундомеру время прохождения циклов программы. Через промежутки времени, предусмотренные в цикле для успокоения ЧЭ и регистрации их показаний, его останавливают в точке измерения, и каждый кадр фотопленки соответствует одному измерению.

В автоматическом режиме, В режиме управления

За это время происходит успокоение ЧЭ, фотографирование его шкал азимута и зенитного углов и выключение фотоинклинометра. Для последующего измерения необходимо переместить (встряхнуть) инклинометр, а затем его остановить

Инклинометрический блок скважинного прибора (рис. 9) состоит из чувствительного элемента 1, зенитных углов и азимутов; фоторегистрирующего устройства — автоматического фотоаппарата, состоящего из фотокамеры 2, механизма транспортирования фотопленки 3 с электромагнитом 5, кассет с пленкой и программного блока 4; пусковых устройств (датчика временных интервалов 7 и датчика ускорений 6); блока питания 8, размещенных в защитной гильзе [5].

Рис. 9. Автономный многоточечный фотоинклинометр МТ-1-40 конструкции ВИТР.1 — чувствительный элемент; 2 — фотокамера; 3 — механизм перемотки фотопленки; 4 — программный блок; 5 — электромагнит; 6 — датчик ускорений; 7 — датчик временных интервалов; 8 — блок питания

Все измерительные узлы ЧЭ

Рис. 10. Чувствительный элемент фотоинклинометра МТ-1-40.

1 — компенсатор давления; 2 — вал вращения с подшипниками 11; 3 — апсидальная рамка эксцентричная; 4 — маятник; 9, 10 — керны; б — картушка азимутальная; 7 — кольцо из органического стекла с делениями зенитных углов; 8 — стекло с неподвижными индексами отсчета зенитных углов; 9 — защитное стекло с воздухозаборником; 12 — шаровая опора чувствительного элемента

Электрическое питание

Вспомогательные принадлежности инклинометра МТ-1 предназначены для обеспечения его работоспособности, обработки и расшифровки фотоснимков и состоят из устройства для подзарядки аккумуляторов; светонепроницаемого мешка, предназначенного для перезарядки кассет фотоаппарата; проявочного бачка и просмотровой лупы.

Инклинометр гироскопический автономный ИГА-1 производства ЗОА «Гирооптика»

Область применения: оперативный контроль пространственного положения скважин при строительстве горных выработок. Назначение: определение трехмерных координат х, у, z осевых точек группы вертикальных скважин [6].

Состав комплекта: скважинный прибор, наземное оборудование и программно-математическое обеспечение.

Скважинный прибор выполнен в виде прочного герметизированного корпуса цилиндрической формы, в котором установлены блок чувствительных элементов (БИЧЭ), электронный блок, вторичный источник питания и аккумуляторная батарея. В верхней и нижней частях корпуса скважинного прибора установлены два центратора, обеспечивающие установку его продольной оси по оси скважины [6].

Наземное оборудование включает ручную лебедку, устройства ее установки на обсадной трубе скважины, пульт управления и визирное устройство

Программно-математическое обеспечение включает пакет программ для камеральной обработки измерительной информации с использованием алгоритмов бесплатформенной инерциальной системы с помощью программно-аппаратных средств, отвечающих требованиям:

• ПК P-4, 1,2 ГГц;

256 Мбайт — ОЗУ;

• HDD — 20 Гбайт;
• ПО Windows 2000/XP.

В результате камеральной обработки определяются координаты х, у, z осевых точек группы скважин. Конечный результат обработки представляется в виде чертежей сечений группы скважин по заданным горизонтам [6].

Состав и назначение блоков

БИЧЭ включает двухканальный микромеханический преобразователь ускорений линейных (ПУС) и микромеханический преобразователь скорости угловой ПСК(У).

Ось чувствительности ПСК(У) расположена по продольной оси скважинного прибора, а оси чувствительности ПУС — взаимноортогональны и перпендикулярны продольной оси.

Электронный блок, включающий аналого-цифровые преобразователи, контроллер внутреннюю память, обеспечивает преобразование аналоговых сигналов БИЧЭ в цифровой код и регистрацию измерительной информации во внутренней памяти.

Вторичный источник питания преобразует постоянное напряжение аккумуляторной батареи 9 — 12 В в стабилизированные напряжения, необходимые для функционирования БИЧЭ и электронного блока.

Аккумуляторная батарея скважинного прибора выполнена в виде герметичного сменного блока, позволяющего осуществить его замену в полевых условиях.

Ручная лебедка, устанавливаемая на обсадной требе скважины с помощью устройств крепления, обеспечивает спуск и подъем скважинного прибора в скважине. В состав лебедки входит барабан с тросом, датчик глубины спуска, стопорное устройство. Датчик глубины спуска состоит из мерного колеса, охватываемого тросом и валкодера, включающего оптоэлектронные датчики угла поворота колеса. При спуске угол поворота мерного колеса пропорционален перемещению скважинного прибора.

Пульт управления обеспечивает управление режимами функционирования инклинометра и включает клавиатуру, дисплей, съемный модуль Flash-памяти, контроллер и автономный источник питания. Пульт управления подключается к скважинному прибору и датчику глубины спуска. При спуске скважинный прибор отсоединяется от пульта управления и переводится в автономный режим работы [6].

Визирное устройство предназначено для установки базовой линии скважинного прибора по направлению на реперный пункт с известными координатами. При визировании на реперный пункт визирное устройство устанавливается в верхней части корпуса скважинного прибора на базовой поверхности.

Технология съемки группы скважин включает последовательное выполнение процедур [6]:

• установку скважинного прибора инклинометра и наземного оборудования в исходном положении в устье одной из скважин;
• привязка с помощью визирного устройства базовой линии скважинного прибора к реперному пункту;
• включение с помощью клавиатуры пульта управления скважинного прибора, проверка его функционирования, ввод исходных данных (координат устья скважины и реперного пункта, параметров скважины);

• перевод скважинного прибора в автономный режим записи измерительной информации и отсоединение пульта управления от скважинного прибора;
• спуск скважинного прибора в положение забоя скважины и последующий подъем в исходное положение с помощью ручной лебедки;
• подключение скважинного прибора к пульту управления, выключение автономного режима записи, перезапись измерительной информации во Flash-память пульта управления, выключение инклинометра;

• выполнение перечисленных процедур на каждой скважине всей группы скважин;
• выполнение камеральной обработки с использованием программно-математического обеспечения инклинометра и построение конечного продукта съемки — чертежей сечений группы скважин по заданным глубинам.

Основные технические данные:

инклинометр работоспособен:

• в диапазоне температур окружающей среды от — 20 до +40 °С;
• при вибрации в диапазоне частот от 10 до 55 Гц с амплитудой — 2 10 м/с2;
• при многократных ударах с ускорением 20 м/с и длительностью ударного импульса 2 мс;

в обводненных скважинах с глубиной водяного столба до 50 м

инклинометр обеспечивает съемку вертикальных скважин, обсаженных стальными трубами со следующими параметрами:

• внутренний диаметр труб — 76 — 102 мм;
• глубина скважины — 100 м;
• диапазон зенитных углов скважины — ± 8°.

погрешность определения глубины — ± 0,3 м;

• диапазон измерения плановых координат X, Y — ± 2 м;
• случайная составляющая погрешности определения плановых координат X, Y, — 50/100 мм/м;

габаритные размеры скважинного прибора:

• диаметр — 68 мм;
• длина — 1270 мм;
• масса скважинного прибора — 10 кг.

Инклинометры для планового контроля

Отечественные электромеханические компасные инклинометры

Оперативный контроль искривления скважин при отсутствии специальных автономных инклинометров должен выполняться кабельными геофизическими инклинометрами.

Для измерения скважин в диамагнитных средах наиболее распространены следующие отечественные электромеханические компасные инклинометры: МИ-30, МИР-36, КИТ-60, КИТА-74 и др. Характеристики приведенных выше инклинометров приведены в табл. 8.

Таблица 8

Техническая характеристика отечественных каротажных инклинометров

Тип инклинометра	Зенитный угол	Азимут	Диаметр скважинного прибора, мм	Температура max, °C	Давление, max, МПа
	Диапазон, градус	Погрешность, мин	Диапазон, градус	Погрешность, градус
КИТ	0 — 50	± 30	0 — 360	± 4	60	120	60
КИТА	0 — 50	± 30	0 — 360	± 4	74	120	120
ИМ-1	0 — 75	± 20	0 — 360	± 2	73	180	150
ИН1-721	3 — 100	24	0 — 360	± 2	73	120	60
МИ-30	0 — 50	± 30	0 — 360	± 5	30	130	80
МИР-36	0 — 45	± 30	0 — 360	± 4	36	80	20
«Зенит-40У»	2 — 70	± 30	0 — 360	—	40
ИММ-32-125/70	0 — 90	± 12	0 — 360	± 0,5	32	125	70
ИГИ-42-120/70	0 — 90	± 15	0 — 360	± 1	42	120	70

Примечания.

1. Погрешность измерения азимута дана для зенитных углов, превышающих 3°.

2. Инклинометры ИН1-721 и «Зенит-40У» обеспечивают непрерывную регистрацию углов.

Ферромагнитный ИММ-32-125/70 и гироскопический инклинометры ИГИ-42-120/70

В ГП «Момент» (С.-Петербург) разработана более современная и совершенная конструкция кабельного ферромагнитного инклинометра диаметром 32 мм с поверхностным прибором типа ПЭВМ, а также совместно с ВИТРом принципиально новая конструкция малогабаритного гироскопического инклинометра диаметром 42 мм для ферромагнитных сред со сферическим гироскопом-акселерометром с электромагнитным подвесом ротора [5].

Конструктивно чувствительный элемент ЧЭ представляет собой ротор, размещенный в сферической полости, создаваемой торцами окружающих ротор полюсов восьми электромагнитов (рис. 11) [5].

Рис. 11. Конструкция чувствительного элемента в форме шарового гироскопа-акселерометра с электромагнитным подвесом ротора гироинклинометра ИГИ-42-120/70.

1 — датчик момента; 2, 5 — статор подвеса; 3 — ротор; 4 — статор двигателя; 6 — корпус; 7 — датчик угла

Магнитопроводы электромагнитов объединены в два кольцевых ферритовых статора 2, 5. Аксиально отверстию ротора с обеих сторон размещены два идентичных четырехзубцовых электромагнитных статора 1, 7, выполняющих функции датчика момента, прилагаемого к ротору, и датчика угла.

В экваториальной плоскости ротора расположен статор двигателя 4, обеспечивающий вращение ротора на принципе асинхронной электромашины. Эти узлы расположены в цилиндрической вакуумплотной камере 6, необходимое разрежение в которой обеспечивается магниторазрядным газопоглотителем. Подводка питания и связь гироскопа с наземным прибором — ПЭВМ осуществляется через гермовводы, расположенные в торцевых крышках чувствительного элемента. Технические характеристики указанных ферромагнитного ИММ-32-125/70 и гироскопического инклинометров ИГИ-42-120/70 даны в табл. 8.

Зарубежные автономные инклинометры

В зарубежной практике автономные инклинометры применяются наиболее широко и представлены разнообразными вариантами конструкций. В зависимости от применяемых чувствительных элементов ЧЭ — датчиков измерения углов они разделяются на три группы: индикаторы зенитных углов, инклинометры с магнитными ЧЭ и с гироскопическими ЧЭ, а изготавливаются, как правило, с большим числом датчиков в комплекте с подразделением их на узкие поддиапазоны измерения зенитных углов ЗУ, нередко в 2 — 6° и 10 — 20°.

По методу регистрации показаний они разделяются на приборы [5]:

с механической регистрацией путем перфорации бумажного или фольгированного диска (одна точка ЗУ), на электрохимической бумаге,

фото- и кинорегистрация, иногда магнитный носитель.

Наиболее совершенные из них, например фирмы «Фридрих Лейтерт», обеспечивают измерение зенитного угла в диапазонах 0 — 10°, 0 — 20° и 17 — 130° с погрешностью его измерения соответственно ± 0,1°, ± 0,25°, ± 0,5° и азимута, равной ± 1°, иногда менее.

Технические характеристики некоторых зарубежных автономных инклинометров приведены в табл. 9 [5].

Таблица 9

Техническая характеристика некоторых зарубежных автономных инклинометров

Фирма (страна)	Название прибора	Измеряемый параметр	Тип датчика азимута	Метод регистрации	Диапазон измерения ЗУ, градус	Наружный диаметр, мм
«Истмэн уипсток» (США)	«Дрифт индикатор»	ЗУ	—	П	0,3 — 0,6 — 12, 0 — 30	41, 35, 32
	«Сингл шот», R и Е	ЗУ, А	М	Ф	0 — 10,20; 15 — 90, 15 — 120	45, 35
	«Магнетик малтирл шот»	ЗУ, А	М	К	0 — 5, 0 — 10, 0 — 17,0 — 90	45, 35
	«Гироскоп-инкмалтипл шот»	ЗУ, А	Г	К	0 — 12, 0 — 24, 0 — 34,0 — 70	76, 51
«Фридрих Лейтерт» (Германия)	НСТ	ЗУ, А	м	п	0 — 12, 9 — 21, 18 — 30	42
	НПЕ, НПР	ЗУ, А	м	Ф, К	0 — 10, 0 — 20, 17 — 130	45
	НГЕ, НГР	ЗУ, А	г	Ф, К	0 — 12, 0 — 20, 0 — 34,0 — 90	76, 51
«Кастер» (США)	«Сингл шот» «Малтишот»	ЗУ, А ЗУ, А	М М Г	Ф К К	0 — 3,0 — 20,0 — 80, 0 — 20,0 — 70,0 — 80, 0 -10,0 — 30	32 45 89, 76, 54
	«Магнетик сингл шот» А и В	ЗУ, А	М	Ф, К	0 — 2,0 — 6,0 — 20, 0 — 120	32 — 89
	«Шуруэл»	ЗУ, А	Г	К	0 — 6,0 — 20,0 -70, 0 — 90	45, 76
	«Сингл шот» S — S	ЗУ, А	Г	Ф		45
«Тотко» (США)	«Дабл рекордер»	ЗУ, А	М	П	0 — 3,0 — 8,0 — 16, 0 — 90	48, 41
					0 — 24,0 — 90	33
	«Дирекшнл дабл…»	ЗУ, А	М	П	0 — 12,9 — 21, 18 — 30	41
«Лиао Нинг дай-монд фактору…» (Китай)	XJL XDC XJD XLD-45	ЗУ, А ЗУ, А ЗУ ЗУ, А	М М — М	в в в в	0 — 50 0 — 6 0 — 90 0 — 90	33,5; 42 42 42 45

Примечание: ЗУ — зенитный угол; А — азимут; М — магнитный датчик; Г — гироскопический датчик; П — перфорация; В — визуальный отсчет; Ф — фоторегистрация; К — кинорегистрация. Широкий выбор датчиков обеспечивает большое удобство, более высокую точность измерений углов в узких диапазонах, значительную оперативность измерений и сохранность измерений по скважине на бумажных или фотоносителях для контроля.

Технология зарезки «окна» в эксплуатационной колонне

Подготовительные работы к зарезке «окна»

В интервале зарезки второго ствола прорезается «окно» в эксплуатационной скважине. Предварительно необходимо обследовать эксплуатационную колонну ребристым шаблоном, чтобы установить возможности спуска отклонителя. С помощью локатора муфт определяют точное местоположение муфт эксплуатационной колонны.

Затем в колонне создают цементный стакан с таким расчетом, чтобы упираясь в него, отклонитель обеспечил прорезку окна, минуя муфты. Для нахождения места расположения муфты и создания цементного кольца для опоры отклонителя применяют механический фиксатор (I ФГМ — 219).

После создания цементного стакана на бурильных, трубах спускают отклонитель (ОТ — 219) для обеспечения необходимого отклонения райберов при вскрытии «окна» в колонне и придающей начальное направление буровому инструменту при бурении второго ствола. Тип отклонителя выбирают с учетом диаметра колонны и её состояния. Перед спуском отклонителя в скважину необходимо проверить его размеры и все основные узлы. Затем болтами соединяют спускной клин с направляющим клином. Отклонитель в собранном виде на бурильных трубах при небольшой скорости спускают в скважину, наблюдая за показаниями индикатора веса. При достижении отклонителем забоя (цементный мост) телескопическое устройство срабатывает, шпильки срезаются, а отклонитель продолжил перемещаться вниз, закрепляется плашками в колонне. Затем резкой посадкой инструмента (8 — 10 тс) срезают болты, соединяющие отклонитель со спускным клином, и поднимают клин на поверхность.

Определение длины «окна» в колонне

Работы по вскрытию окна в колонне являются операцией, предшествующей бурению второго ствола, и, как правило, производятся с промывкой буровым раствором. Длина окна зависит от диаметра прорезаемой колонны, угла скоса отклонителя, диаметра и рабочей длины райбера. Определяем длину окна вскрываемого комбинированным райбером в 219мм в эксплуатационной колонне с толщиной стенок, равной 9мм. В скважину спущен отклонитель ОТ-219.

Длину окна l, мм, определяем по формуле:

где D _в — внутренний диаметр прорезаемой колонны, мм;

• угол скоса клина отклонителя, равный 3°;

d ₁ — наибольший диаметр райбера-192мм (райбер ФРС-219-3);

d ₂ — наименьший диаметр райбера— 148мм;

h — рабочая длина райбера, равная 580мм

Получим:

мм

Таким образом, длина вскрытого окна равна 1,366 м.

«Окно» считается полностью вскрытым и обработанным, когда райбер без вращения инструмента свободно входит в него.

Технические средства для вырезания щелевидного окна в обсадной колонне

В обсаженной скважине дополнительный ствол забуривают через щелевидный вырез или в интервале сплошного вырезанного участка в обсадной колонне. В качестве режущего инструмента при создании щелевидного выреза в обсадной колонне используют фрезеры или райберы различных типов. Наиболее распространены райберы типа ФРС № 1, 2 и 3. Основным райбером — №1 прорезывают отверстие в колонне, затем райбером № 2 отверстие увеличивают на длину скошенной части отклонителя, а райбером № 3 вырез обрабатывают и калибруют. Ствол из обсаженной скважины забуривают по трем схемам: с использованием стационарного клинового отклонителя через щелевидное окно в обсадной колонне; с применением стационарного или съемного отклонителя в интервале вырезанного участка обсадной колонны; с помощью отклонителей на базе забойных двигателей в интервале вырезанного участка обсадной колонны. Райбер с центрирующим направлением (РЦН), разработанный в АзНИПИнефти, является универсальным, так как позволяет за один рейс получить полноразмерный вырез в обсадной колонне. Конструкция райбера РЦН состоит из двух рабочих элементов, соединенных между собой переводником. Нижний рабочий райбер, имеющий форму усеченного конуса, прорезает колонну, а верхний, имеющий цилиндрическую форму, калибрует вырез. Нормальный ряд райберов типа РЦН разработан для обсадных колонн диаметрами 141, 146 и 168 мм.

Рисунок 3 — Схема вырезки «окна» в обсадной колонне

В местных условиях часто используются райберы оригинальной конструкции. Для примера на рисунке 4 показаны разборные райберы конструкции НГДУ «Хадыженнефть». Эти райберы технологичны в изготовлении и надежны в работе.

Рисунок 4 — Райберы конструкции НГДУ «Хадыженнефть»: а — РК-3; 1,3- верхняя и нижняя рабочие части; 2 — переводник; б — РТ-3-143; 1 — корпус; 2 — переводник; 3 -рабочая часть

Режущие элементы райберов армируются пластинами твердого сплава марок ВК8, Т17К12, Т5К12В. Ввиду высокой стоимости твердого сплава Азинмаш рекомендует изготовлять райберы путем литья в металлический кокиль магниевого чугуна с отбеленной коркой до глубины, несколько превышающей высоту зуба, твердость которого HRC = 85-86. Сердцевину литого райбера упрочняют термообработкой. Применять для изготовления режущих кромок сталь марки Р18 Азинмаш не рекомендует, так как при окружной скорости более 45 м/мин кромка быстро затупляется. В райберах малого диаметра, когда окружная скорость невелика, могут быть использованы быстрорежущие стали.

За рубежом райберы выпускают многие фирмы, изготавливающие бурильный инструмент. Райберы, как правило, армируются осколками карбида вольфрама, что дает возможность после сработай повторно наплавлять рабочие поверхности инструмента. Ряд фирм выпускает для получения выреза в обсадной колонне алмазные фрезы, которые используют в сочетании с фрезой цилиндрической формы, расположенной выше. Применение таких фрез на глубине свыше 3000 м в колоннах из высокопрочной стали марки Р-110 позволяет сократить число спускоподъемных операции не менее чем на два рейса для получения одного полноразмерного выреза.

В ряде случаев для забуривания дополнительного ствола из обсаженной скважины удаляют участок колонны на заданном интервале. Для этой цели применяют секционные (интервальные) фрезы, являющиеся разновидностью раздвижных буровых инструментов, которые используют при расширении или калибровке ствола скважины. ВНИИБТ разработал два типа устройств для вырезания участков обсадных колонн различного диаметра. Устройство вырезающее универсальное УВУ предназначено для вырезания участка обсадной колонны диаметрами 168, 178, 194 и 219 мм (в зависимости от варианта исполнения) с целью забуривания в этом интервале нового ствола скважины или вскрытия продуктивного пласта.

Основные технические характеристики

Длина без центраторов, мм 1866

Осевая нагрузка на резцы, кН, не более 40

Частота вращения изделия, с» 0,66-1,17

Температура рабочей среды, °С, не более 100

Перепад давления на устройстве, МПа 2-4

Средняя механическая скорость вырезания, м/с 19-10°

Проходка на комплект резцов по трубе из стали группы прочности Д

для забуривания ствола, м, не менее 9

Число резцов 5

Рисунок 5 — Универсальное вырезающее устройство конструкции ВНИИБТ

Основные технические данные нормального ряда УВУ приведены ниже.

Диаметр обсадной колонны, мм	Диаметр, мм	Длина, мм (с центраторами)	Масса, кг (с центраторами)
	По направляющим	По корпусу	По раскрытым резцам
168	160	140	212	3830	310
178	170	148	220	3830	320
194	184	164	236	3830	329
219	210	190	260	3830	336

Универсальное вырезающее устройство представляет собой фрезерующий инструмент, резцы которого выдвигаются под действием давления промывочной жидкости. Обсадная колонна фрезеруется при вращении бурильного инструмента.

В случае прекращении подачи бурового раствора при отрыве резцов от поверхности резания возвратная пружина перемещает поршень с толкателем в исходное положение и резцы возвращаются в пазы патрона.

Вырезающее устройство центрируется в обсадной колонне направляющими центраторами, размещенными выше и ниже резцов. Усилие центрирования регулируется подбором и установкой пружин с расчетными характеристиками. Место положения верхнего центратора выбирают из расчета, чтобы оно находилось в обсадной колонне выше выреза. Место расположения нижнего центратора не изменяется в процессе работы устройства.

Число режущих пластин выбирают исходя из необходимости своевременного удаления стружки с обрабатываемой поверхности. Для прорезания и торцевания колонны используют резцы различных типов. Форма прорезных пластин 0143А (ГОСТ 2209-82), материал — титаново-танталовый сплав марки ТТ17К12. Для отвода стружки металла перед передним режущим элементом имеется фаска, перед вторым — канавка.

Для торцевания колонны в обычных условиях применяют резцы со ступенчатым расположением режущих элементов. Глубина резания обеспечивается тремя расположенными друг над другом пластинами из твердого сплава.

В каждом варианте исполнения вырезающего устройства резцы, направляющие и ограничители имеют различные размеры, соответствующие внутреннему и наружному диаметрам обсадной колонны. Остальные детали по размерам одинаковы для обеспечения универсальности вырезающего устройства.

Испытания вырезающего устройства типа УВУ, проведенные в ряде НГДУ, показали, что в среднем на вырезание участка длиной 6-8 м затрачивается от 13 до 26 ч при четырех рейсах инструмента. Для нормальной работы вырезающего устройства подача бурового раствора должна составлять 10-14 л/с, частота вращения инструмента 40-50 об/мин, осевая нагрузка при прорезании 5-10 кН, при торцевании колонны 40 кН. Опыт показывает, что на прорезание колонны затрачивается 0,17-0,25 ч, средняя проходка на комплект прорезных резцов 0,95 м, торцовых 2,12 м, средняя механическая скорость вырезания участка колонны прорезными резцами 0,2 м/ч, торцовыми резцами 0,9 м/ч.

За рубежом участок обсадной колонны вырезают с помощью секционных фрезеров, являющихся разновидностью раздвижных буровых инструментов, применяемых для расширения и калибровки ствола скважины. Многие американские фирмы в настоящее время изготовляют универсальные раздвижные инструменты, которые при установке соответствующего режущего элемента могут выполнять функции расширителя, фрезы или трубореза. Наиболее простыми являются фрезерные инструменты, предложенные А. Каммерером. В этих фрезах резцы в транспортном положении фиксируются с помощью шпинделя. При переводе резцов из транспортного положения в рабочее шпиндель остается неподвижным, а корпус перемещается, что снижает опасность заклинивания фрезера в скважине. Один из вариантов секционного фрезера Каммерера, предназначен для работы на больших глубинах. Особенностью этой конструкции является то, что на больших глубинах затруднено создание больших гидравлических перепадов давления промывочной жидкости из-за больших гидравлических сопротивлений. Поэтому для раздвижения лап с резцами используют специальную пружину, создающую дополнительное усилие 7-8 кН. Колонна прорезается внешними выступами лап, армированными твердым сплавом. После того, как колонна прорезана, резцы выдвигаются полностью из корпуса и фрезерование продолжается до их полной сработки. При подъеме инструмента резцы упираются в торец трубы, а шпиндель движется вверх, сжимая пружину и утапливая резцы в пазы.