Исследования и измерения при бурении горизонтальных скважин

При проводке горизонтальной скважины необходим контроль за ее положением в пространстве и определение состава и свойств как разбуриваемых пород, так и флюида. Такие исследования производятся либо после бурения определенного интервала горизонтального ствола (после окончания бурения), либо непосредственно в процессе бурения.

В случае исследования горизонтальной скважины после бурения могут использоваться обычные геофизические приборы и зонды, опускаемые на кабеле или колонне труб. В первом случае в скважину до нижней границы исследуемого интервала опускается колонна бурильных труб или НКТ и внутрь ее на кабеле, длина которого на 10-15 м больше длины колонны, опускаются необходимые приборы. После их остановки в интервале с зенитным углом скважины около 60^о (дальнейший спуск приборов под действием собственного веса невозможен) на верхнюю часть колонны труб устанавливается уплотнительное устройство, а через боковой отвод закачивается буровой раствор (рис. 47). Под действием потока промывочной жидкости приборы досылаются до забоя и выталкиваются в открытый ствол. Затем уплотнительное устройство снимается и начинается подъем колонны труб. После подъема каждой свечи кабель вытаскивается из нее. Подняв инструмент на длину, равную величине интервала ствола необходимого для исследований, кабель соединяется с лебедкой каротажной станции и начинаются измерения. Этот метод исследования впервые был предложен А.М. Григоряном [6].

При необходимости проведения инклинометрии горизонтального ствола колонна бурильных труб не поднимается из скважины. В этом случае в нижнюю часть колонны включаются ЛБТ, лучше беззамковые, что исключает влияние стальных замков на показания инклинометра с магнитными датчиками. Контроль дохождения инклинометра до торца колонны бурильных труб осуществляется установкой на торце инклинометра свинцовой печати, а в нижней части колонны «ножа», либо установкой в конце колонны стального патрубка длиной 2-3 метра. Показания инклинометра в патрубке (если инклинометр дойдет до него) и в ЛБТ будут существенно отличаться друг от друга.

Геофизические зонды могут опускаться в скважину непосредственно на колонне труб (бурильных, НКТ или гибких). Спустив колонну до глубины, где зенитный угол составляет 55-60^о, внутрь ее через переводник с боковым вводом (рис. 48) опускается кабель, в нижней части которого располагается электрический контакт, соединяющийся с соответствующим контактом зонда. Это электрическое соединение не изолируется от бурового раствора, но в то же время возможно измерение некоторых характеристик горных пород. Электрический контакт может быть и индукционным. После этого продолжается спуск труб до забоя с одновременным синхронным спуском кабеля в кольцевом пространстве. При подъеме инструмента производится измерение электрических характеристик горных пород. Этот метод исследования горизонтальных скважин впервые был предложен также А.М. Григоряном. Проталкивание кабеля с контактом возможно потоком бурового раствора.

Все геофизические исследования после бурения могут производится с помощью шлангокабеля, что позволяет существенно повысить качество измерений и снизить затраты времени, однако серийный выпуск его пока не налажен.

Измерения в процессе бурения имеет ряд существенных преимуществ. Системы для таких измерений, встроенные в компоновку низа бурильной колонны и позволяющие получать информацию непосредственно в процессе бурения (за исключение кратковременных остановок), называются забойными телеметрическими системами. Для определения состава и свойств проходимых пород и флюида используется LWD‑ системы (Logging While Drilling), т.е. системы геофизических исследований (каротажа) скважин. Передача информации на поверхность производится так же, как и в MWD-системах.

Из всех видов измерений, проводимых в горизонтальных скважинах, наиболее жесткие требования предъявляются к инклинометрии. Это связано с тем, что круг допуска для обычных скважин составляет, как правило, несколько десятков метров и нет значительных ограничений по зенитному углу и азимуту ствола при входе в продуктивный пласт. При бурении же горизонтальных скважин требуется точная их проводка по пласту толщиной 4-5 м, а иногда 1 м, либо в пластах большей мощности, но в определенном «коридоре допуска», привязанному к кровле или подошве пласта. Ширина этого «коридора» в ряде случаев составляет ±1 м. При этом отклонения по зенитному углу и азимуту от проектных значений должны быть минимальны. Вместе с тем, при увеличении зенитного угла точность измерений для используемых инклинометров снижается. По данным американских исследователей при расчете и построении вертикальных проекций скважин по замерам, полученным с помощью инклинометров с магнитной стрелкой, при зенитных углах близких к 90^о погрешность возрастает в 10 раз по сравнению со скважинами близкими к вертикальным. При расчете горизонтальных проекций рост погрешности еще больше, так как точность измерения азимута ниже, чем зенитного угла.