Меню Рубрики

Зенитный угол скважины это

Скважина как математическое понятие траектории непрерывного поступательного движения бурового породоразрушающего инструмента в пространстве и трасса как ее дискретное графическое отображение в форме ломаной линии характеризуются координатами положения и направления, показанными на рис. 1

Рис. 1 Схема определения координат (и их приращений) пространственного положения скважины

Непрерывное определение координат траектории геологоразведочных скважин в настоящее время, как правило, не производится, а их координаты (или приращения) определяются по отдельным дискретным точкам инклинометрической съемки в географических прямоугольных декартовых координатах трехмерного пространства, где обычно выделяют: Х, Y, Z — начальные координаты заложения скважины; Хi, Yi, Zi— ее текущие координаты в i-й точке, например Ai и Xk, Yk, Zk координаты подсечения рудного тела скважиной конечного забоя точки Ki. (Ось X представляет собой касательную к магнитному меридиану в направлении магнитного (географического) севера; ось Y, перпендикулярная к оси X, направленная в сторону магнитного востока, ось Z направлена в сторону действия вектора силы тяжести).

На практике пространственное положение или направление скважины определяются по данным инклинометрической съемки в полярной координатной системе, т.к. большинство инклинометров осуществляют прямое измерение в вертикальной и горизонтальной плоскостях основных полярных параметров: в вертикальной плоскости зенитного угла иi, или угла наклона д, в горизонтальной плоскости азимутального угла или азимута бi; глубина измеряется также в каждой текущей i-й точке (например Ai).

Зенитным углом и скважины называется угол между вертикалью (линия OZ в любой текущей точке измерения) и осью скважины OAi (вектором скорости бурения) или касательной к ней в данной точке. Угол между осью скважины или касательной к ней и горизонталью в той же точке называется углом наклона д. Сумма зенитного угла и угла наклона равна 90°: и + д = р / 2. При увеличении зенитных углов происходит «выполаживание», а при уменьшении — «выкручивание» скважины.

Азимутальным углом, или азимутом бi скважины называется угол, отсчитываемый по часовой стрелке (в северном полушарии) и лежащий в горизонтальной плоскости и образованный каким-либо ориентированным направлением, принятым за начальный отсчет, например, 0x и горизонтальной проекцией оси скважины (вектора скорости бурения) в любой ее точке Ai. В зависимости от выбора начального направления отсчета азимут может быть истинным, магнитным или условным. В первом случае отсчет ведется от географического, во втором — от магнитного меридиана, а в третьем — от направления на произвольно взятый репер, географические координаты которого известны. При увеличении азимутального угла происходит правое «+», а при уменьшении левое «—» азимутальное искривление скважины.

Глубина L скважины представляет собой расстояние по ее стволу от устья 0 до забоя Kiили любой i точки замера углов. Глубины (длины) ствола измеряют по буровому снаряду в процессе его подъема из скважины и при контрольных замерах, которые проводятся периодически по мере углубки скважины. Замеры следует также осуществлять перед постановкой искусственного отклонителя в скважине, а также после ликвидации аварий и осложнений.

Для изображения положения скважины в пространстве в координатной системе ее точки рассчитываются для осей X, Y, Z, например, точка Аi проектируется на горизонтальную плоскость осей X, Y (точка А1 с координатами С1, С1), на вертикальную плоскость осей X, Z (точка А2 с координатами С1, С2)и вертикальную плоскость осей Y, Z (точка А3 с координатами С2, С3).

При построении геологических разрезов ее ось проектируют на две плоскости: вертикальную и горизонтальную и называют вертикальной ОА2 (профиль) и горизонтальной ОА1(план) проекцией скважины, а величины отрезков А1 С1 и Аi А1 определяют собой отход или смещение забоя скважины от вертикальной и горизонтальной плоскостей.

Вертикальная плоскость, проходящая через ось скважины, и вертикаль в любой точке оси называется апсидальной (зенитной) плоскостью, а двугранный угол, отсчитываемый по ходу часовой стрелки между апсидальной плоскостью и плоскостью искривления, апсидальным углом.

Читайте также:  Группа электростанций разных типов объединенных линиями электропередач

Направленное бурение скважин

При бурении все скважины по различным причинам в той или иной мере отклоняются от первоначально заданного направления. Этот процесс называется искривлением. Непреднамеренное искривление называется естественным, а искривление скважин с помощью различных технологических и технических приемов – искусственным.

Вообще искривление скважин сопровождается осложнениями, к числу которых относятся более интенсивный износ бурильных труб, повышенный расход мощности, затруднения при производстве спуско-подъемных операций, обрушение стенок скважины и др. Однако в ряде случаев искривление скважин позволяет значительно снизить затраты средств и времени при разработке месторождений нефти и газа. Таким образом, если искривление скважины нежелательно, то его стремятся предупредить, а если оно необходимо, то его развивают. Этот процесс называется направленным бурением, которое может быть определено как бурение скважин с использованием закономерностей естественного искривления и с помощью технологических приемов и технических средств для вывода скважины в заданную точку. При этом искривление скважин обязательно подвергается контролю и управлению.

В процессе бурения направленной скважины необходимо знать положение каждой ее точки в пространстве. Для этого определяются координаты ее устья и параметры трассы, к которым относятся зенитный угол Q, азимут скважины a и ее длина L.

Зенитный угол – это угол между осью скважины или касательной к ней и вертикалью. Азимут – это угол между направлением на север и горизонтальной проекцией касательной к оси скважины, измеренный по часовой стрелке. Длина скважины – это расстояние между устьем и забоем по оси.

Проекция оси скважины на вертикальную плоскость называется профилем, а на горизонтальную – планом.

Вертикальная плоскость, проходящая через ось скважины, или касательную к ней, называется апсидальной.

При выполаживании скважины происходит увеличение зенитного угла (бурение с подъемом угла), а при выкручивании – уменьшение (бурение с падением угла). При искривлении скважины влево азимут ее уменьшается, а вправо – увеличивается.

Темп отклонения скважины от ее начального направления характеризуется интенсивностью искривления i, которая может быть определена как для зенитного iQ, так и азимутального ia искривления

где Qн и aн – соответственно начальные зенитный и азимутальный углы на определенном интервале скважины, град; Qк и aк – то же для конечных углов интервала, град; L – длина интервала скважины, м.

Если скважина искривляется с постоянной интенсивностью и только в апсидальной плоскости, то ее ось представляет собой дугу окружности радиусом R, величина которого может быть определена по формуле

Следует отметить, что интенсивность азимутального искривления существенно зависит от зенитного угла скважины и при малых зенитных углах может достигать весьма значительных величин, а это не дает полного представления о положении скважины. Для оценки общего искривления служит угол пространственного искривления j. В случае, если бы скважина, имеющая в точке А зенитный угол Qн и азимут aн, не искривлялась, то забой ее оказался бы в точке В, но за счет искривления фактически забой оказался в точке С, зенитный угол стал равным Qк, а азимут aк. Угол ВАС и является углом пространственного искривления. Величина его аналитически определяется по формуле

j = arccos [cos Qн. cos Qк + sin Qн. sin Qк. cos(aк – aн)].

С достаточной степенью точности этот угол может быть определен по формуле М. М. Александрова

j = [DQ2 + (Da. sin Qср)2]0,5,

где DQ и Da – соответственно приращения зенитного и азимутального углов на интервале, град; Qср – средний зенитный угол интервала, град.

Интенсивность пространственного искривления ij определяется по формуле

где L – длина интервала, для которого определен угол пространственного искривления, м.

Величина ij не может быть больше интенсивности искривления для тех или иных средств направленного бурения, определяемых их технической характеристикой.

Читайте также:  Дома в стиле хай тек видео

Кроме указанных величин направленные скважины характеризуются величиной отхода (смещения) S и глубиной по вертикали h. Отход – длина горизонтальной проекции прямой, соединяющей устье и забой скважины. Глубина по вертикали – длина вертикали, соединяющей устье с горизонтальной плоскостью, проходящей через забой скважины .

Отклонение скважин от проектного положения может происходить вследствие неправильного заложения оси скважины при забуривании или искривления в процессе бурения. В первом случае имеют место причины субъективного характера, которые могут быть легко устранены. Для этого необходимо обеспечить соосность фонаря вышки, проходного отверстия ротора и оси скважины; горизонтальность стола ротора, прямолинейности ведущей трубы, бурильных труб и УБТ согласно техническим условиям.

Во втором случае действуют объективные причины, связанные с неравномерным разрушением породы на забое скважины. Каждая из этих причин проявляется в виде сил и опрокидывающих моментов, действующих на породоразрушающий инструмент. Все эти силы и моменты могут быть приведены к одной равнодействующей и главному моменту. При этом возможны четыре случая.

  • Все силы приводятся к равнодействующей, совпадающей с осью скважины, момент отсутствует . В этом случае обеспечивается бурение прямолинейной скважины. Таким образом, если искривление нежелательно, то необходимо создать вышеприведенные условия, что, однако, трудно достижимо.
  • Все силы приводятся к равнодействующей, направленной под углом к оси скважины, момент отсутствует . Под действием боковой составляющей равнодействующей силы происходит фрезерование стенки скважины, а следовательно, искривление. Интенсивность искривления зависит от физико-механических свойств пород, боковой фрезерующей способности долота, механической скорости бурения и других факторов. Следует отметить, что при искривлении только за счет фрезерования стенки скважины имеют место резкие перегибы ствола, что приводит к посадкам инструмента при спуске и требует дополнительной проработки скважины.
  • Все силы приводятся к равнодействующей, совпадающей с осью породоразрушающего инструмента и к опрокидывающему моменту относительно его центра. Вследствие этого между осью скважины и осью инструмента образуется некоторый угол d, в результате чего и происходит искривление. Интенсивность искривления в этом случае практически не зависит от физико – механических свойств горных пород и фрезерующей способности долота, ось скважины представляет собой плавную линию близкую к дуге окружности, что облегчает все последующие работы.
  • Все силы приводятся к равнодействующей, не совпадающей с осью скважины, и к опрокидывающему моменту . В этом случае искривление скважины происходит за счет совместного действия фрезерования стенки скважины и наклонного положения инструмента относительно оси скважины.

Возникновение вышеуказанных сил и моментов, действующих на породоразрушающий инструмент, происходит из-за множества причин, не все из которых известны. Все они условно могут быть подразделены на три группы – геологические, технологические и технические.

Общие закономерности искривления скважин

Анализ искривления скважин показывает, что оно подчиняется определенным закономерностям, но для разных месторождений они различны и могут существенно отличаться. Однако можно сформулировать следующие общие закономерности искривления.

  1. В большинстве случаев скважины стремятся занять направление, перпендикулярное слоистости горных пород. По мере приближения к этому направлению интенсивность искривления снижается.
  2. Уменьшение зазора между стенками скважины и инструментом приводит к уменьшению искривления.
  3. Места установки центрирующих элементов и их диаметр весьма существенно влияют на направление и интенсивность зенитного искривления.
  4. Увеличение жесткости инструмента уменьшает искривление скважины, поэтому скважины большего диаметра искривляются менее интенсивно, чем скважины малого диаметра.
  5. Увеличение осевой нагрузки приводит к увеличению интенсивности искривления, а повышение частоты вращения колонны бурильных труб – к снижению искривления.
  6. Направление и интенсивность азимутального искривления зависят от геологических факторов.
  7. Абсолютная величина интенсивности азимутального искривления зависит от зенитного угла скважины. С его увеличением интенсивность азимутального искривления снижается.

Определение координат пространственного положения и направления скважины

Скважина как математическое понятие траектории непрерывного поступательного движения бурового породоразрушающего инструмента в пространстве и трасса как ее дискретное графическое отображение в форме ломаной линии характеризуются координатами положения и направления , показанными на рис. 9.1 .

Читайте также:  Quint oring 24dc 2x20 1x40

Рис. 9.1. Схема определения координат (и их приращений) пространственного положения скважины.

Непрерывное определение координат траектории геологоразведочных скважин в настоящее время, как правило, не производится, а их координаты (или приращения) определяются по отдельным дискретным точкам инклинометрической съемки в географических прямоугольных декартовых координатах трехмерного пространства, где обычно выделяют: Х 0 , Y 0 , Z 0 — начальные координаты заложения скважины; Х i , Y i , Z i — ее текущие координаты в i -й точке, например A i и X k , Y k , Z k координаты подсечения рудного тела скважиной конечного забоя точки K i . (Ось X представляет собой касательную к магнитному меридиану в направлении магнитного (географического) севера; ось Y , перпендикулярная к оси X , направленная в сторону магнитного востока, ось Z направлена в сторону действия вектора силы тяжести).

На практике пространственное положение или направление скважины определяются по данным инклинометрической съемки в полярной координатной системе, т.к. большинство инклинометров осуществляют прямое измерение в вертикальной и горизонтальной плоскостях основных полярных параметров : в вертикальной плоскости зенитного угла θ i , или угла наклона δ, в горизонтальной плоскости азимутального угла или азимута α i ; глубина измеряется также в каждой текущей i -й точке (например A i ).

Зенитным углом θ скважины называется угол между вертикалью (линия OZ в любой текущей точке измерения) и осью скважины OA i (вектором скорости бурения) или касательной к ней в данной точке. Угол между осью скважины или касательной к ней и горизонталью в той же точке называется углом наклона δ. Сумма зенитного угла и угла наклона равна 90°: θ + δ = π / 2. При увеличении зенитных углов происходит «выполаживание», а при уменьшении — «выкручивание» скважины.

Азимутальным углом , или азимутом α i скважины называется угол, отсчитываемый по часовой стрелке (в северном полушарии) и лежащий в горизонтальной плоскости и образованный каким-либо ориентированным направлением, принятым за начальный отсчет, например, 0 x и горизонтальной проекцией оси скважины (вектора скорости бурения) в любой ее точке A i . В зависимости от выбора начального направления отсчета азимут может быть истинным, магнитным или условным . В первом случае отсчет ведется от географического, во втором — от магнитного меридиана, а в третьем — от направления на произвольно взятый репер, географические координаты которого известны. При увеличении азимутального угла происходит правое «+», а при уменьшении левое «—» азимутальное искривление скважины.

Глубина L скважины представляет собой расстояние по ее стволу от устья 0 до забоя K i или любой i точки замера углов. Глубины (длины) ствола измеряют по буровому снаряду в процессе его подъема из скважины и при контрольных замерах, которые проводятся периодически по мере углубки скважины. Замеры следует также осуществлять перед постановкой искусственного отклонителя в скважине, а также после ликвидации аварий и осложнений.

Для изображения положения скважины в пространстве в координатной системе ее точки рассчитываются для осей X, Y, Z , например, точка А i проектируется на горизонтальную плоскость осей X, Y (точка А 1 с координатами С 1 , С 1 ), на вертикальную плоскость осей X, Z (точка А 2 с координатами С 1 , С 2 )и вертикальную плоскость осей Y, Z (точка А 3 с координатами С 2 , С 3 ).

При построении геологических разрезов ее ось проектируют на две плоскости: вертикальную и горизонтальную и называют вертикальной ОА 2 ( профиль ) и горизонтальной ОА 1 ( план ) проекцией скважины, а величины отрезков А 1 С 1 и А i А 1 определяют собой отход или смещение забоя скважины от вертикальной и горизонтальной плоскостей.

Вертикальная плоскость, проходящая через ось скважины, и вертикаль в любой точке оси называется апсидальной (зенитной) плоскостью , а двугранный угол, отсчитываемый по ходу часовой стрелки между апсидальной плоскостью и плоскостью искривления, апсидальным углом.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector