Зенітний кут свердловини це азимут і горизонтальне викривлення
Найголовнішим завданням при бурінні свердловин вважається потрапляння в задану точку водоносного горизонту. Іноді для досягнення цієї мети може знадобитися пробурити вироблення під заданим кутом і з необхідною траєкторією. Бурильникам для вирішення поставленого завдання необхідно мати навички управління трасою проходки, долати або уникати можливих ускладнень, що виникають в процесі прокладки стовбура споруди під впливом різноманітних технічних і геологічних причин. Все це неможливо буде зробити без знання таких понять буріння, як зенітний кут свердловини, її азимут, глибина і інші. Сучасні методи буріння дозволили освоїти безліч технологічних і технічних засобів, що допомагають виконувати якісні вертикальні і похило-спрямовані свердловини.
Визначення та особливості різних видів вироблення
Приклад стандартного горизонтального буріння свердловини
У бурильної практиці використовуються два поняття свердловин: вертикальна і горизонтальна (похило-спрямовану).
Вертикальна проходка - це свердловина, в процесі виконання якої використовуються спеціальні заходи для запобігання її викривлення. Тобто вісь свердловини надійно захищена від штучного викривлення. Оскільки зробити строго вертикальне буріння практично неможливо, більшість проходок мають незначні викривлення. Щоб зробити висновок про вертикальності гідротехнічної споруди необхідно знати зенітний кут вироблення. Якщо він не перевищує 5 градусів, то проходку вважають вертикальної. Якщо цей показник має велике значення, то конструкція вважається природно викривленої.
Горизонтальна вироблення - це похило-спрямовану проходка, яка має викривлення. В ході буріння вироблення, схильною до природному викривлення, дуже складно потрапити в потрібну точку на водоносному горизонті. В результаті конструкція може не виконати свої проектні функції. Однак накопичений досвід і знання закономірностей викривлення, на які впливають технічні, технологічні і гірничо-геологічні чинники, дозволяють прокладати свердловини в потрібному напрямку. При цьому похило-спрямовані проходки в свою чергу діляться на різні види, які стали особливо поширені в останні роки. Серед них варто перерахувати:
- Розгалужена-горизонтальні вироблення;
- Розгалужена-похилі свердловини;
- багатозабійного проходки.
Необхідні визначення та поняття
Приклад горизонтального буріння
Вважається, що свердловина викривлена, якщо її вісь має відхилення від вертикалі чи іншого напрямку, заданого проектом на буріння. При цьому на викривлення впливають як природні, так і штучні причини. До перших можна віднести:
- неоднорідність гірських порід;
- похиле залягання пластів, які вважаються анізотропними.
До штучним причин варто віднести використання спеціальної конструкції нижньої частини бурильної колони, яка дозволяє виконувати відхилення стовбура, а також вибір особливого режиму буріння.
На просторове розташування проходки впливають такі параметри:
- глибина свердловини;
- азимутальний кут;
- зенітний кут.
Зенітним кутом проходки на потрібній точці називається кут між дотичній лінією, проведеної в даній точці, і вертикальної прямої. Визначення тільки зенітних кутів проходки називається зенітним викривленням. Воно відбувається тільки у вертикальній площині. Азимутальний кут - це кут з напрямком на Північ, одержуваний між проекцією на горизонтальну площину від дотичній лінії, яка проведена до осі проходки в заданій точці. Якщо проводити вимірювання тільки азимутальних кутів, то ми отримаємо азимутальное викривлення свердловини.
Приклад обладнання для горизонтальної проходки водоносного шару
Втричі назву азимутального кута азимут свердловини. Цей параметр ділиться на:
- Географічний кут. Він відраховується від прямої, спрямованої на географічний Північ Землі.
- Магнітний (друга назва географічного азимута дирекційний кут). Він відраховується в напрямку годинникової стрілки від магнітного північного полюса планети.
Важливо: для визначення просторового викривлення свердловини необхідно вимірювати і азимутальні, і зенітні кути.
Глибина свердловини - це відстань, виміряний від гирла проходки до нижньої точки забою уздовж стовбура. При обчисленні зенітного і азимутального кута в певній точці глибина свердловини вимірюється від гирла до цієї точки забою.
Розташування проходки в просторі можна відобразити, виконавши проекцію осі на горизонтальну і вертикальну площину. Ось свердловини може характеризуватися двома поняттями:
- Дійсною віссю називається місце розташування центральних точок забою, що поглиблюється в міру виконання свердловини. Ця вісь може бути представлена просторової або плоскої кривої з різкими перегинами, яка точно повторює конфігурацію стовбура проходки.
- Наближена вісь вимірюється інклінометричної приладами і відображає загальне викривлення свердловини. Цей параметр називається трасою свердловини. Він відображається у вигляді згладженої просторової або плоскої кривої, що складається з прямих ділянок і дуг, з'єднаних між собою по дотичній або змикаються в певній точці.
Увага: зазвичай при бурінні під визначенням осі або траси свердловини мається на увазі її наближена вісь.
Призначення направленого буріння
Схема вимірювальних величин та площин при вертикальному бурінні
Головною метою вироблення, яка має викривлення, тобто проходки направленого буріння, є потрапляння кінцевого відрізка вироблення в точку, зазначену в проекті на водоносному шарі. Зазвичай це місце знаходиться у верхній позначці горизонту і є центральною точкою кола допуску. Для виконання проектного завдання проходка повинна закінчитися в межах цього кола допуску. Залежно від призначення забою, гірничо-геологічних характеристик породи діаметр цього кола може бути від 15 до 60 м. Також на радіус кола впливає глибина свердловини по вертикалі. Головним завданням горизонтальних свердловин є не вийти за межі простору, обмеженого умовними горизонтальними і вертикальними площинами. Це простір задається проектом і називається проектним коридором.
Важливо знати: іноді буріння може виконуватися для того, щоб заглушити фонтануючу свердловину. Для цього проектна горизонтальна проходка повинна точно перетнути стовбур консервируемого гідротехнічної споруди.
Горизонтальне буріння дає можливість збільшити продуктивність свердловини
Головні завдання направленого буріння:
- Зменшення витрат на розробку джерел при кущовий бурінні.
- Вироблення, яка має спрямовані викривлення, дозволяє розкрити водоносний горизонт під заданим кутом, що забезпечить збільшення площі фільтрації.
- Направлене буріння дозволяє виконувати відразу кілька забоїв з платформ або естакад, які перебувають на водній поверхні.
- Проходка, яка має викривлення, може дістатися до водоносної жили, що розташовується під місцевістю з пересіченим рельєфом, наприклад, коли на поверхні занадто багато ярів, гір або пагорбів.
- Метод дозволяє розкривати джерела, розташовані під поверхневими водними об'єктами (річками, озерами, морями, океанами).
- Якщо стара свердловина стала малопродуктивною або аварійної, то за допомогою похило-спрямованого буріння можна забурити в сторону бічній стовбур.
- Направлене буріння дозволяє дістатися до потрібних горизонтів, які перебувають межу паралельно розташованими або пологими скидами.
- Можна виконати відхилення стовбура свердловини в потрібну сторону, минаючи зону скидання.
- Спрямована проходка дозволяє розкривати водоносні горизонти, розташовані під соляними куполами з огляду на труднощі проходки через них.
Увага: направлене буріння іноді виконується без штучних отклонітелей. Для цього повинні бути відповідні дані про закономірності викривлення для регіону буріння.