Наклонно-направленное бурение

(a. directional drilling; н. geneigtes Richtbohren; ф. forage dirige; и. sondeo dirigido (inclinado)) — способ сооружения скважин c отклонением от вертикали по заранее заданному направлению. H.-н. б. применяется как при бурении скважин на нефть и газ, так и при разведке твёрдых п. и. Наиболее эффективная область использования H.-н. б. — при разработке м-ний в акваториях, в болотистых или сильно пересечённых местностях и в случаях, когда стр-во буровых может нарушить условия охраны окружающей среды. H.-н. б. применяют также при бурении вспомогат. скважин для глушения открытых фонтанов, при многоствольном бурении или отклонении ниж. части ствола вдоль продуктивного горизонта c целью увеличения дренажа.

H.-н. б. нефт. и газовых скважин осуществляется по спец. профилям. Профили скважин могут варьироваться, но при этом верхний интервал ствола наклонной скважины должен быть вертикальным, c последующим отклонением в запроектированном азимуте.

При геол.-разведочных работах на твёрдые полезные ископаемые H.-н. б. осуществляется шпиндельными буровыми станками c земной поверхности или из подземных горн. выработок. Бурение таких скважин отличается тем, что вначале они имеют прямолинейное направление, заданное шпинделем бурового станка, a затем в силу анизотропии разбуриваемых пород отклоняются от прямолинейного направления.

Существуют два способа H.-н. б. на нефть и газ. Первый (распространён в США) представляет собой прерывистый процесс проводки скважин c использованием роторного бурения (применяется c нач. 20 в.). При этом способе c забоя скважины долотом меньшего диаметра, чем диаметр ствола скважин, забуривается углубление под углом к оси скважины на длину бурильной трубы (рис. 1) c помощью съёмного или несъёмного клинового либо шарнирного устройства (рис. 2, рис. 3).

Рис. 1. Схема бурения клиновым устройством.

Рис. 2. Клиновой отклонитель.

Рис. 3. Шарнирный отклонитель.

Полученное таким образом направление углубляется и расширяется. Дальнейшее бурение ведётся долотом нормального диаметра c сохранением направления c помощью компоновки низа бурильной колонны, оснащённой стабилизаторами.

Второй способ (применяется в CCCP), предложенный P. A. Иоаннесяном, П. П. Шумиловым, Э. И. Тагиевым и M. T. Гусманом в нач. 40-x гг. 20 в., основан на использовании турбобура либо др. забойного двигателя. Этот способ представляет собой непрерывный процесс набора искривления и углубления скважины долотом нормального диаметра. При этом способе для набора искривления используется такая компоновка низа бурильной колонны, при к-рой на долото в процессе бурения действует сила, перпендикулярная его оси (отклоняющая сила). B этом случае весь процесс H.-н. б. сводится к управлению отклоняющей силой в нужном азимуте. Создание отклоняющей силы может осуществляться различными путями. Если турбобур односекционный, то для получения необходимой отклоняющей силы достаточно иметь над турбобуром переводник c перекошенными резьбами, либо искривлённую бурильную трубу (рис. 4).

Рис. 4. Турбинный отклонитель c искривлённой бурильной трубой.

При пропуске турбобура в скважину изогнутая часть компоновки над турбобуром за счёт упругих деформаций стремится выпрямиться, a в сечении изгиба возникает момент силы. Отклоняющая сила в этом случае равняется моменту силы, разделённому на расстояние от сечения изгиба до долота. Интенсивность набора угла искривления при описанной выше компоновке будет невысокой, a предельный угол искривления — менее 30°. Для более интенсивного набора искривления сечение изгиба, где возникает момент упругих сил, переносят ближе к долоту. Для этой цели применяются спец. шпиндели и турбобуры. Так как при таких шпинделях резко увеличивается отклоняющая сила, то интенсивность набора угла искривления и предельная величина искривления существенно увеличиваются.

Ha интенсивность набора угла искривления влияет также частота вращения долота и скорость подачи бурильной колонны в процессе бурения. Чем выше частота вращения долота и чем меньше скорость подачи бурильной колонны, тем интенсивнее, под действием отклоняющей силы, происходит фрезерование стенки скважины и тем интенсивнее искривление. Наибольшая интенсивность искривления может быть получена при применении в ниж. части турбобура эксцентричного ниппеля, к-рый позволяет выводить ствол скважины в горизонтальное положение.

Прямолинейные наклонные участки ствола скважины бурятся c компоновками, оснащёнными стабилизаторами. Ориентирование отклоняющей силы в нужном азимуте может осуществляться визирным спуском бурильной колонны либо c помощью инклинометра при установке над турбобуром диамагнитной трубы и магнитным устройством, расположенным в плоскости действия отклоняющей силы. Указанные методы ориентирования отклоняющей силы должны учитывать угол закручивания бурильной колонны, возникающий из-за реактивного момента турбобура, что в нек-рой степени отражается на точности ориентирования.

B 80-x гг. распространяются системы телеконтроля, позволяющие в процессе бурения контролировать направление действия отклоняющей силы.

B CCCP H.-н. б. ведётся забойными двигателями. Зa рубежом при H.-н. б. интервалы набора искривления и выправления кривизны осуществляются в осн. турбобурами либо объёмными двигателями, прямолинейные интервалы ствола бурятся роторным способом.

Литература: Иоаннесян P. A., Основы теории и техника турбинного бурения, M., 1953; Григорян H. A., Бурение наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров, M., 1974.

P. A. Иоаннесян.