книги / Решение геолого-технических задач при направленном бурении скважин

П рим ер. Для подсечения пласта полезного ископаемого в заданной точке при бурении скважины по траектории естественного искривления необходима подготовка площадки и подъездных путей на крутом склоне. Затраты средств по существующим нормам составят 4000 руб. Себестоимость проходки сква­ жины равна 10000 руб., а общие затраты средств будут 14000 руб.

Для решения этой задачи можно пробурить направленную скважину с уже существующей площадки с искусственным искривлением со средней интенсив­ ностью 1,3°'на Юм, однако себестоимость 1 м возрастает на 25%. Следова­

Таким образом, второй вариант проходки скважины является более экономичным.

2.6. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОВТОРНОГО ПЕРЕСЕЧЕНИЯ ПЛАСТА

ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО ПРИ НИЗКОМ ВЫХОДЕ КЕРНА

Эта задача решается путем забуривания дополнительного ствола и бурения . его до пересечения с пластом полезного ископаемого. Дополнительный ствол забуривают на возможно большей глубине в монолитных устойчивых породах средней крепости. При этом необхо­ димо использовать специальные технические средства для повторного перебуривания, так как создание искусственного забоя для последую­ щего бурения ствола с отклонителями непрерывного действия требует значительных затрат времени.

Глубина забуривания нового ствола не может быть больше технически возможной, при которой будет обеспечено бурение по полезному ископаемому без размыва целика горных пород между скважинами и будет исключено попадание дополнительного ствола в ранее пробуренный.

Цель экономических расчетов при решении этой задачи— опреде­ ление затрат на бурение дополнительного ствола и сравнение их с затратами на бурение новой скважины с поверхности. Затраты для обоих случаев определяются по существующим нормам с учетом фактически достигнутой производительности.

П рим ер. Пласт полезного ископаемого пропущен на глубине 70 м. Забу­ ривание дополнительного ствола возможно с глубины не менее 50 м. Себе­ стоимость 1 м скважины при обычном бурении, рассчитанная по методике, изло? женной выше, составляет 12,55 руб. При бурении дополнительного ствола себе­ стоимость 1 м скважины с учетом всех затрат по опыту предыдущих работ воз­ растает на 30%. Таким образом, себестоимость проходки дополнительного ствола

12,55 -1,3 -20=326,3 руб.

Себестоимость проходки нового ствола с поверхности 12,55 -70 = 878,5 руб.

Следовательно, для отбора керна в интервале низкого выхода его более экономичным является вариант проходки дополнительного ствола.

2.7. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОБХОДА МЕСТ СЛОЖНЫХ АВАРИЙ

Методы направленного бурения могут быть использованы при сложных авариях путем забуривания нового ствола и обхода таким

61

образом аварийного участка скважины. Глубина забуривания допол­ нительного ствола должна быть по возможности наибольшей, что дает минимум затрат средств. Величина этих затрат может быть определена по методике, изложенной выше.

С точки зрения экономики важно установить момент, когда следует прекратить ликвидацию аварии традиционными методами и начать забуривание нового ствола. В связи с этим при любой аварии сразу же необходимо определить плановые затраты средств на обход аварийно­ го участка дополнительным стволом и ликвидацию аварии обычными способами, исходя из опыта ликвидации подобных аварий, и выбрать из этих двух вариантов наиболее экономичный. Дополнительные затраты средств в том и другом случае необходимо сравнить с затратами на бурение новой скважины с поверхности и после этого принять окончательное решение.

2.8. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ БУРЕНИЯ МНОГОСТВОЛЬНЫХ СКВАЖИН ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ПРИ ЗАМЕНЕ ОДНОСТВОЛЬНЫХ

Если возможно заменить горную выработку скважинами, т. е. можно отобрать представительную пробу требуемой массы, то необходимо оценить техническую возможность замены одноствольных скважин многоствольными. После расчета объемов работ определяют себестоимость проходки С и удельные капитальные вложения К в том и другом случае, а далее экономический эффект по формуле (3.1).

Ввиду небольшой длины дополнительных стволов их искусственное искривление t незначительно, поэтому стволы можно принять за прямолинейные. Таким образом, максимальный экономический эффект будет всегда при минимальной длине дополнительных стволов. Проходка дополнительных стволов экономически целесообразна толь­ ко в том случае, если себестоимость их ниже себестоимости проходки скважин с поверхности. Из этих соображений может быть определена верхняя экономическая граница забуривания дополнительных стволов.

П р и мер: Для отбора технологической пробы угля необходимо сделать 30 пересечений пласта при глубине скважины 100 м. Из одной скважины возможно пробурить четыре дополнительных ствола, минимальная длина каждого из которых 15 м. Следовательно, задача может быть решена бурением либо 30 одноствольных скважин, либо шести многоствольных. Объем работ при обычном бурении составляет 30 -100= 3000 м, а при бурении многоствольных скважин 6 • 100= 600 м по основным стволам и 24 • 15= 360 м по дополнительным стволам.

Себестоимость 1 м скважины при обычном бурении по фактическим данным 16,7 руб., а удельные капитальные вложения 3,2 руб. Себестоимость 1 м скважины по дополнительным стволам с учетом всех затрат, согласно расчету по методике, изложенной выше, возрастает на 25%, а удельные капитальные

Э=(16,7+0,2 -3,2)3000- [(16,7+ОД • 3,2)600+(16,7 • 1,25+ 0,2 • 3,2 • 1,1)360]=

=33 847 руб.

номия составит 24-120=2880 руб., а общий экономический эффект равен 33847+2880=36727 руб.

62

3. МЕТОДИКА ВЫЯВЛЕНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЕСТЕСТВЕННОГО ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН

3.1. СБОР МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН

Порядок проведения инклинометрии

Искривление скважин замеряют геофизические отряды. Оператив­ ный контроль зенитного угла проводится силами буровых бригад при использовании плавиковой кислоты или медного купороса. Шаг замера искривления зависит от его интенсивности и принимается при интенсивности 0,05°/м равным 20 м, при 0,03°/м— 30 м, при 0,0Г /м — 50 м. На каждом участке замеры следует делать через равные промежутки для того, чтобы ими удобно было пользоваться при выявлении закономерностей искривления.

Группировка инклинометрических данных при крутопадающих пластах

На месторождении следует выделить несколько профилей, которые проводят не вкрест, а параллельно простиранию основных структур, как показано на рис. 18. Инклинометрические данные заносят в специальные таблицы.

Т аб л и ц а 8

0

20

40

1000

Чтобы успешно выявить закономерности искривления, ~к па­ раллельному профилю следует относить не менее восьми-десяти скважин. Скважины, удаленные от рудного тела на одинаковое расстояние по горизонтали и имеющие равные или близкие зенитные и азимутальные углы заложения, последовательно пересекают одинако­ вые литологические разности пород, которые разбуриваются с исполь­ зованием одних и тех же технических средств и технологии. Это, в

63

свою очередь, приводит к тому, что у таких скважин на одинаковой глубине должны быть сходные направления и интенсивность искрив­ ления.

Группировка инклииометрических данных при пологозалегающих пластах

На месторождении следует выделить несколько групп скважин, которые должны быть пробурены примерно в одинаковых геолого­ технических условиях. При этом надо обращать внимание на следую­ щие факторы: конечную глубину скважины; зенитный угол и азимут

64

заложения; свойства пород и степень их анизотропии; наличие рассланцованных, слоистых, флюидальных и других толщ пород на одинаковой глубине; способ бурения и тип породоразрушающего инструмента; конструкцию скважины; технологию бурения; наличие в нижней части бурильной колонны специальных устройств, уменьша­ ющих или увеличивающих возможность перекоса инструмента в призабойной зоне (расширители, центраторы, шарнирные соединения и т. д.).

Перечисленные признаки должны быть примерно одинаковыми у скважин одной группы. В этом случае на одинаковой глубине скважины будут находиться в примерно одинаковых геолого-техни­ ческих условиях, что позволяет увязывать закономерности естествен­ ною искривления с глубиной скважин.

Группировка инклинометрнческих данных в сложных геологических условиях

Для выполнения такой работы прежде всего необходимо составить перечень факторов, влияющих на искривление скважин. Перечень включает следующее: глубину скважины, свойства горной породы, коэффициент анизотропии породы, категорию по буримости, угол встречи оси скважины со слоистостью, степень рассланцевания и угол встречи оси скважины с плоскостью рассланцевания, выход керна, способ бурения, тип и характеристику породоразрушающего инстру­ мента, длину и диаметр колонковой трубы, диаметр бурильных труб, длину и диаметр утяжеленных бурильных труб, массу УБТ, место установки расширителей и центраторов, осевую нагрузку, частоту вращения, направление вращения снаряда.

Угол встречи оси скважины с плоскостями слоистости, рассланце­ вания и трещиноватости надо брать в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Данная группа факторов может пополняться и уточняться в конкретных условиях бурения на каждом месторождении.

Оси пробуренных скважин следует разбить на отрезки, исходя из условий постоянства искривляющих факторов, действующих в этих интервалах, и для каждого такого отрезка определить характеристики реального искривления. После обработки достаточного объема факти­ ческого материала появляется набор стандартных ситуаций бурения, в которых скважины искривлялись с какой-то конкретной интенсив­ ностью и в определенном направлении.

Используя эти данные, можно как бы моделировать условия искривления скважин и прогнозировать поведение их проектной траектории независимо от глубины. При выполнении данной работы, сопряженной с выбором определенной информации из большого массива исходных данных, рекомендуется использовать перфокартный метод.

3.2. РАСЧЕТ СРЕДНЕЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИНЫ

Расчет средней интенсивности искривления приведен в табл. 9.

65

Т а б л и ц а 9

ijpj—интенсивность искривления, шаг которой принимается в соответствии с разрешающей способностью измерительного прибора.

часто возникает необходимость установления тесноты и формы зависимости между интенсивностью искривления скважин и их глубиной. В связи с большим разнообразием факторов, влияющих на искривление, взаимосвязь их с параметрами искривления носит не функциональный, а вероятностный характер. При этом одному произвольно выбранному значению признака х соответствует не­ сколько значений признака у с разными вероятностями. Совместное исследование таких признаков осуществляется на основе теории корреляции [11].

При проектировании траектории скважин наиболее удобна зависи­ мость интенсивности естественного искривления от глубины. Обозна­ чим интенсивность искривления х, а глубину скважины у. Как показывает практика, наиболее часто интенсивность искривления связана с глубиной скважины линейной или параболической зависи­ мостью. Форма зависимости предварительно может быть оценена по

66

виду эмпирического графика, построенного на основании статистиче­ ского ряда (см. табл. 9).

показателем тесноты связи между ними является коэффициент корре­ ляции. В связи с большим объемом фактических данных расчет коэффициента корреляции и коэффициентов в уравнении регрессии

коэффициента корреляции между интенсивностью зенитного искрив­ ления и глубиной скважин. Буквой х обозначена интенсивность зенитного искривления, а буквой у — глубина скважин. Цифрами в клетках обозначено число замеров искривления. Например, цифра 7 во второй клетке слева верхней строки показывает, что 7 скважин при

должны быть одинаковы по всей таблице. Одинаковыми также должны быть интервалы величины у, но интервалы по х вообще не равны интервалам по у, хотя в отдельных случаях они могут совпадать.

В корреляционной таблице слева и сверху находятся однотипные расчетные графы. В правой части в графе / приведены номера строк, а в строке к — номера столбцов. Нулевой номер ставится обычно между средней строкой (столбцом) и строкой (столбцом) с наибольшим числом замеров. Вверх от нуля по / и влево от нуля по к идут отрицательные значения (—1; —2), вниз от нуля по / и вправо от нуля по к — положительные значения (+1; +2 и т. д.). От места нуля результат вычислений не зависит, но при правильном выборе этого места расчеты облегчаются.

Столбец л, и строка пк обозначают число замеров в данной строке или столбце. Итог по л, равен итогу по пк.

В столбце л,/ и строке пкк приведены произведения числа замеров в строке и номера строки в первом случае и числа замеров и номера столбца— во втором.

В столбце л,/2 и строке пкк г приведены произведения чисел предыдущего столбца или строки на соответствующий ранг.

умножаем 7 на —1 и получаем —7 и т. д.

В столбце Г£пк1к записано произведение числа, стоящего в предыдущем столбце, и ранга величины у.

Ниже дается расшифровка отдельных обозначений и расчет

68

Далее необходимо выяснить, устойчива или неустойчива связь между х и у. Для этого определяем степень значимости коэффициента корреляции.

Проверяем наличия корреляции в совокупности. Значимость коэф­ фициента корреляции находим с помощью статистики

0,53

У 150—2 = 7,6;

У 1 —0,532

*о,о5 ;1 4 8 = 1.96<7,6, поэтому совокупность следует считать коррели­ рованной (табл. 11).

69

Т а б л и ц а 11

Читгпиг СИПК1ИЯ t яря разных уровнях зяачнмостн е я данном числе степеней свободы г

Свойства коэффициента корреляции:

1)- 1 < г < + 1;

2)если г<0, то между показателями имеется обратная за­ висимость;

3)если г>0, то между показателями имеется прямая зависимость;

4)если r= +1, то между показателями существует функциональная зависимость;

5)если г —0, то связь между показателями отсутствует.

Расчет коэффициентов в линейном уравнении регрессии

4=0,055 +0,0043L.