Науаның түзілу механизмі

Науаның түзілуі – ұңғыманың ашық оқпан қабырғасында біржақты бойлық қуыстың түзілу үрдісі. Бұл жағдайда ерекше пішінді қуыс түзіледі – құлыпты ұңғыма түрінде (науа тәріздес сопақ). Осы типті күрделіктер қисайтылған және біршама қисайған жері бар ұңғымалар үшін сипатты. Науалар ұңғыма осінің тік бағытынан 2-3° ауытқу кезінде жұмсақ таужыныстарда бұрғылау кезінде де пайда бола алады [11]. Науаның түзілуі кезінде бұрғылау құбырлар бағанасының оқпанның таралған бөлігіне түсіп, бұрғылау құбырлардың үзілуіне әкелетін олардың тұрып қалу қауіптілігі пайда болады.

Науалардың түзілуі көтеру-түсіру жұмыстарын жүргізу кезіндежәне бұрғылау құралын ары-бері қозғалту кезінде орын алады. Бұл жағдайда бұрғылау құбырлар бағаналарының қосынды бөлшектерінің шеткі бөліктері (муфталар және құлыптар) таужыныстарда бойлық науалы өнімдерді бұрғылайды. Белгілі жағдайларға байланысты осындай өнімдер ұңғыма оқпанының жатқан, сонымен қатар аспалы бөлігінде қалыптасуы мүмкін. Оның ені қолданып жатқан қоспалы бөлшектердің (муфталар, құлыптар) сыртқы диаметріне тәуелді болады.

Науаның қалыптасу жылдамдығын және тереңдігін анықтайтын негізгі факторларға бұрғылау құралын түсіру және көтеру саны, сонымен қатар бұрғылау құралының ұңғыма қабырғасына жабысу күші және бұрғылау құбырлар бағанасының қосынды бөлшектерінің таужыныстарға енумен негізделген.

Науаның түзілуінің геологиялық себептеріне қимада шөгінді кешеннің таужыныстар (саздар, аргилиттер, тақтатастар, әксаздар, алевролиттер және т.б.), сонымен қатар тұз шөгінділерінің таралуы жатады. Саз және сазқұрамды таужыныстарда, әдетте, науаның тереңдігі құстастар мен алевролиттерге қарағанда біршама терең болатыны анықталған. Науаның түзілу үрдісі ұңғыманың тереңдігіне байланысты емес. Қаттылығы бойынша алмасып келетін таужыныстарда науаның түзілу қауіптілігі жоғары болады. Бұл ұңғыманың қисаю қарқындылығының жоғарлауымен түсіндіріледі.

Науаның түзілуіне геологиялық қимада тұрақсыз, қуыстардың түзілуне икемді таужыныстарда, әсіресе ұңғыма оқпанында қуыстар учаскесі мен номиналды диаметрі бар учаскесінің алмасып келу кезінде үлкен әсер етеді. Бұл жағдайда көтеру-түсіру операциясы кезінде бұрғылау құбырлардың қосындылық бөлшектері қуыстар арасындағы учаскілерде таужыныстарды қарқынды қиып өтеді. Бұл жағдайда науалардың түзілу жылдамдығы 1,5-2 есе жылдамдайды. Науаның тереңдігі қуыстың тереңдігіне жетпегенше дейін өсуі жалғасады. Қуыстың тереңдігіне жеткеннен кейін оның өсуі төмендейді. Қуыстың түзілуі кезінде көлденең өнімнің сопақ пішінді немесе айналасының пішіні өзгеруіне және енінің кеңеюіне әкелетін таужыныстардың опырылуы орын алған кезінде бұрғылау құбырлар бағанасының тұрып және бекітіліп қалу түріндегі күрделіктер қауіптілігі төмендейді.

Науаның түзілуінің технологиялық себептерге келесілерді жатқызуға болады: ұңғыма оқпанының қарқынды қисаюы, ойыстардың пайда болуы, жасанды қисаюдың әрбағыттылығы. В.К. Красовский Талхан кенді өріс жағдайлары үшін науаның түзілу жиілігі мен ұңғыма қисаюының толық бұрышы арасында тәуелділікті анықтады. Осыған байланысты АСУ ПГО «Читагеология» партиясының материалдары бойынша Ю.С. Костин алған мәліметтер үлкен қазағушылық тудырады, бұл мәліметтер толық қисаю бұрышынан, сонымен қатар ұңғыманың қисаю қарқындылығынан қисаю циклда ұңғымада бұрғылау құбырлардың үзілу тәуелділігін көрсетеді (12.1, а,б сурет). Ю.Т. Морозов бұрғылау құбырлармен апаттылық СО СНБ-КО типті ауытқу снарядтарды және сына түрінде басқа снарядтарды орналастыру орындарында жоғарлағанын көрсеткен.

12.1 сурет. Қисаю циклда үзілу санының n_об тәуелділігі:

а – толық қисаю бұрышынан, ; б – қтсаю қарқындылығынан i

науаның түзілуіне тозған таужыныстарды түзуші құралды қолдану, оснымен қатар көтеру-түсіру құралдар санын жоғарлауына, оларды ары-беру түсіріп-көтеруге, ұңғыманы тереңдету және көтеру-түсіру операциялары кезінде ұңғыма оқпанын тұтастылығын сақтауды қамтамасыз етпейтін технологияларды қолдануға, жуу режимінің белгілі жағдайларын сақтамауға, жуу сұйықтығының қасиеттері, бұрғылау құбырлар бағанасының діріліне және т.б. әкелетін шараларды жүргізу әсер етеді.

Науалардың түзілуінің ұйымдастық себептері – қуыстардың түзілуіне ұшырайтын таужыныстарда ұңғыманың қисайған учаскілерін орналастыруды жобалау, сонымен қатар бұрғылау кезінде қисайға бұрғылау құбырларын қолдану.

Науа түзілуінің диагностикасы.

Ұңғыма оқпанында науаның түзілуі бұрғылау құралының тұрып қалу түріндегі күрделіктердің, ұңғыма оқпанының бұрғыланған таужыныстар шламымен оны ұңғымадан шығару жағдайларының нашарлауынан ластанудың (шламның тұнбалы белдемдерде жиналуы), ұңғыма оқпанының көлемін дұрыс бағаламаудан пайда болған тампождау кезінде қателіктерден пайда болу мүмкіндігімен байланысты біршама қауіпті болып келеді.

Берілген түріндегі күрделіктердің пайда болуының жанама белгілеріне бір тереңдігінде белгіленген ілмекте жүктеменің өзгеруі, оның бекітіліп қалу кезінде жоғарлауы, ұңғыманың бұрғылау құралының забойға жеткен кезінде тұрып қалуы жатады. Қосымша белгілерге бұрғылау құбырлар бағанасының бос жүрісі кезінде айналу моментінің жоғарлауы.

Тік ұңғымаларды бұрғылау кезінде тік бағытынан ұңғыма оқпанының ауытқу көлемі бойынша науцаның мүмкін болатын тереңдігін болжауға болады: ауытқу жоғары болған сайын, науаның тереңдігі де жоғарлайды. Сондықтан да тік ұңғымада және тік бағытынан ауытқу 2⁰ құрайтын ұңғымада науаның түзілуі мүмкін емес деп саналады.

Ұңғымада науамен түзілген өнімдерді нақты анықтау үшін құралдық өлшеулер жүргізіледі, оның ішінде негізінен профиломер көмегімен. Қазіргі уақытта СКП-1 маркалы профилемер шығарылады, ол өзара перпендикулярлы жазықтықтарда ұңғыма оқпанының екі көлденең өлшемін D₄ және D₂ жазып алуға мүмкіндік береді. Профилемер екі бөліктен құралған: механикалық және электрлік. Біріншісі бір-біріне тік бұрыш жасап орналасқан екі өлшегіш тұтқалар жұбынан құралған. Барлық тұтқалар өзінше жұмыс істейді. Олар аспап корпусында бекітілген арнайы остерде орналастырылған және төрт серпіменің көмегімен ұңғыма қабырғасына белгілі күшпен жабысады. Аспаптың электрлік бөлігі екі сұлбамен берілген: төмен түсірілетін және жер беті (12.2, а, б сурет).

12.2 сурет. Профилемердің электрлік сұлбасы:

а – төменге түсірілетін бөлігі: 1 – өлшегіш тұтқалар штоктарында бекітілген индукциялық датчиктер; 2 – модуляторлары бар жиілік генераторлары; 3 – қуатылық күшейткіші; ДВ-2 – жоғарыжиілікті дроссель; ТС – зертханалық генератордан төмен жиілікті тоқпен (300 Гц) қоректенетін күштік трансформатор; б – жер беті бөлігіь: 4 – жолақты сүзгілер; 5 - түрлендіргіш (дешифраторлар); 6 – салыстыру блогы; Р₁, Р₂ және Р₃ - тіркеуіштер; С₁, С₂ – конденсаторлар

Профилемермен жұмыс ұңғыма оқпанының көлденең өлшемдерін каверномермер өлшегенге ұқсайды.

СКП-1 профилермердің қысқаша сипаттамасы:

Диаметрді өлшеу шегі, мм ........................................................ 100–760

Өлшеу кезінде құрал қателігі, мм ............................................. ±10

Ұңғыма оқпанының шектік қисаю бұрышы, градус................. 20

Габариттік өлшемдер, мм:

диаметрі...................................................................................... 70

ұзындығы ................................................................................... 3200

Аспапты кіші диаметрлі ұңғымаларда қолдану мүмкін емес. Сондықтан да 59 және 46 мм диаметрлі ұңғымалар үшін сәйкес аспапты шағырау қажеттілігі туындады, себебі кіші диаметрлі бағытталған ұңғымаларды бұрғылау кеөліме жоғарлап келеді, ал сонымен бірге науаның түзілу мүмкіндігі де жоғарлайды.

Профилеметрия мәліметтері бойынша көлденең жазықтықта ұңғыма оқпаны пішінінің мүмкін болатын бейнесін алуға болады. Н.Н: Кошелев пен Е.П. Фролов мұнайға бұрғылау жағдайлары үшін көлденең қималардың бірнеше түрін ұсынған.

12.3 суретте оларды құрастыруды бір әдісі көрсетілген. Ұңғыма оқпанының көлденең қимасының профилі профелометрия мәліметтері бойынша құрастырылған. Ол үшін тп сызығында АВ =b кескінің салады (профиломердің екі қарама қарсы тұтқаларының ашылу қашықтығы). В нүктесінен d=а/2 радиусты тп сызығында (тұтқаның ең төмен ашылуының жартысы) O₁ ортасы бар дөңгелек жүргізеді. А нүктесінен d/2 радиуспен (d_n – қашау диаметрі) О₂ ортасы бар үлкен дөңгелек жүргізеді. С нүктесі өлшеу кезінде аспап осінің мүмкін болатын орналасуына сәйкес келеді. Үлкен және кіші дөңгелектерді сәйкестендіреді және профилометр өлшеген жердің ұңғыма оқпанының мүмкін болатын көлденең профилін алады.

[11] жұмыста сыналы бұрыш деп аталатын науада БҚТБ тұрып қалу мүмкіндігін болжау әдістемесі ұсынылған (12.4 сурет). Кез келген бөлшек бірдей жағдайларда науаға оның сыртқы диаметрінен Vs мәніне кіретін болса, бұрғылау құралының бекітіліп қалуы мүмкін, бұл жағдайда а<75°.

12.3 сурет. Профилометрия мәліметтері бойынша ұңғыма оқпаны қимасының құрастыру сұлбасы

12.4 сурет. Науалы өнімде БҚТБ бекітіліп қалуына сыналы бұрыштың әсерін бағалау

Өнімнің сопақ пішінінде бұрғылау құралының созылып қалуы жиі кездеседі, ал соңғының науаға түскен кезінде – оның бекітіліп қалуы орын алады. Көлденең өнімдерде бұрғылау құбырлар бағанасының бекітіліп қалуы оның ені бұрғылау құбырлар бағанасының қосынды бөлшектердің сыртқы диаметрінен кіші немесе тең болған жағдайда байқалған.

Науаларды профилактикалау және жою шаралары

Профилактика шаралары. 1. Қашауға, коронкаға бұрғылау жұмыстарын жоғарлатуды қамтамасыз ететін технологияларды қолдану нәтижесінде КТО циклдар санын төмендеті. Науалардың түзілу қауіптілігі бар белдемдерде рейстің ұзындығы бойынша шектеулерге түспеген жөн. 2. Тегіс бұрғылау құбырларын қолдану қажет, күрделіктердің дамуы үшін қолайлы жағдайларда ұңғыманың қисаюына жол бермеген дұрыс. 3. Жасанды қисаюда ұңғыма осінің кенет қисаюын шектеу қажет.

Мұнай және газға бұрғылау кезінде егер ұңғыма оқпанының қисаю бұрышы 10 м 40⁰ жоғары болатын болса, науа түзілген өнімдерде бұрғылау құбырлар бағанасының бекітіліп қалуы байқалған. 10 м тең арақашықтықта ұңғыма оқпанының қисаю дәрежесі (қисаю қарқындылығы) келесі формула бойынша есептеледі:

(12.1)

мұндағы – учаскесінде ұңғыма оқпанының толық қисаю бұрышының өсіндісі, градус:

(12.2)

және – сәйкесінше қарастырылған учаскесінің шекарасында құлау бұрышы және оқпан азимуты арасындағы абсолюттік мәндер, градус; – сол учаскіде құлау бұрышының орташа арифметикалық мәні, градус.

ТЗ-3, СНБ-ИМР типті сынасын снарядтармен жұмыс істеу кезінде қисаю бұрышының өсіндісі Ю.Т. Морозов ұсынысы бойынша 0,5-0,8 градус/с дейін шектелген болғаны жөн. Ол үшін қозғалмалы кареткадан төмен ТЗ снарядының ауытқу иығын арнайы алмазды кеңейткіш немесе белгілі жағдайларға байланысты 0,1-0,2 м ұзындықты құбырмен ұзартады. ТЗ-3 және СНБ снарядтармен оқпанды ауытқығаннан кейін қисаю арақашықтығында ұңғыма жақсы бұрғыланып өтілуі қажет. Ол үшін арнайы бұрғылағыш құралды қолданады. Оның құрамына таужыныстарды бұзушы құрал, диаметрі таужыныстарды бұзушы құралдың диаметрінен бір дәреже төмен болатын бағыттаушы құбыр, шарнирлі қондырғы, фреза-кеңейткіш және бұрғылау құбырлары кіреді.

Науа түзілуін кеңейткіш жинағымен, кейбір жағдайларда протекторлармен жабдықталған бұрғылау құралымен жүмыс істеу кезінде алдын-ала ескеруге болады.

Бағытталған ұңғымаларды жобалау және бұрғылау кезінде ұңғыма трассасын бірқалыпты өзгертіп, ұңғыманың қисаю жазықтығының әртүрлі бағыттарға кетіп қалмауын қадағалау қажет. Науаның түзілуіне икемді таужыныстар арақашықтығында бағытталған ұңғымаларға қарағанда тік ұңғымаларды жобалаған дұрыс.

Краснодар аймағындағы кенорында ұңғымаларды бұрғылау кезінде ВНИИКРнефть ұсынған науалардың түзілуінің профилактикалық әдісі белгілі қызығушылыққа ие. Бұл жағдайда бұрғылау жұмыстары пилот ұңғымадан оның жобалық диаметріне дейін біртіндеп кеңейту әдісі қолданған. Осыған байланысты науалы өнімдер қалыптасып үлгермейді. Берілген әдістеме төмен қаттылығы бар таужыныстарда экономикалық тұрғысынан тиімді болуы мүмкін.

Ұңғыма оқпаның кеейтуге арналған қашау диаметрі келесі формула бойынша анықталады:

(12.3)

мұндағы және D – қашау мен ұңғыма диаметрі, м; – науаның ең ерең орналасу тереңдігі, м. D және мәндері профилеметрия мәліметтері бойынша анықталады.

Ұңғыма конструкциясын барлау кезінде науаның түзілу қарқындылығы бойынша қауіпті арақашықтықтарды шегендеу құбырлармен бекіту қарастырылған дұрыс.

Науаға түскен бұрғылау құралын созу және шығару әрекеттеріне жол бермеу қажет. Бұл жағдайда жуу сұйықтығының параметрлерін өзгерту де ешқандай нәтиже бермейді.

Науаларды жою әдістері. Бұл әдістер бұрғылау және жарылыс жұмыстар арқылы науалы өнімдерді бұзылудан құралған.

Науалы өнімдерді бұзу үшін жоғарыда айтылып кеткендей, кеңейткіштер қолданады. Жұмсақ және қаттылығы бойынша орташа таужыныстарда төрт қалақты кеңейткіш, ал қатты таужыныстарда – шарошкалы типті кеңейткіштер қолданады. Мұнай ұңғымаларын бұрғылау тәжірибесінде бұрғылау жұмыстары үшін келесі жинақ қолданады: пика тәрідес қашау, оның диаметрі ұңғыма оқпанының диаметрінен кіші болады, АБҚ, науаның енінің диаметрінен 1,1-1,25 есе үлкен, бірақ ұңғыма оқпанының номиналды диаметрінен кіші төрт қалақты спиралды ортақтандырғыш, бұрғылау құбыры, тағы бір арнайы кеңейткіш, бұрғылау құбырлар бағанасы.

Науаның бұзылу үрдісі ұңғымадан шығарылып жатқан шламның көлемі және пішіні бойынша, сонымен қатар айналу моменті бойынша бағаланады. Науаның бұрғылануы толық жойылғанша дейін жүргізіледі.

Жеке жағдайларда науалы өнімде ьұрып қалған бұрғылау құбырлар бағанасын босату оған басу немесе төмен бағытталған соққылау арқылы жүзеге асырылады.

Жарылыс жұмыстары серпімді торпедалар, сонымен қатар ТДШ типті (детонирлі жібі бар торпедалар) торпедалар көмегімен жүргізіледі.

Серпімді торпедалар диаметрі 50 мм дейінгі резиналы шлангтан жасалады. Оларды тығыздалған флегматизирленген гексогенмен немесе шашка түріндегі тротилмен толтырады. Ұзындығы 1 м тең болатын ТШ-43 және ТШ-50 типті торпедалар салмағы 2-3,6 кг құрайды. Торпеданың ұзындығы 15 м асырмаған дұрыс.

ТДШ типті торпедаларды қолдану кезінде шнурлар саны (мысалы, саздар үшін) 10-14, құмтастар және алевролиттер үшін 15-20 дейін құрайды. 1 м торпеданың заряд массасы 0,13-0,26 кг, ал оның ұзындығы әдетте 50 м аспайды.

Торпедалар ұңғымаға каротажжы кабель арқылы түсіріледі.

Жарылыс жүргізетін орынды нақты анықтаған кезінде жоғары тиімділікті алуға болады. Ұңғымаға түсірілген шегендеу құбырлардың бағана башмағына дейінгі жарылыс орнының шектік арақашықтығын келесі теңдеу арқылы анықтайды:

, (12.4)

мұндағы – заряд ұзындығы, м; – заряд диаметрі, м.

Жарылыс жұмыстары аяқталғаннан кейін ұңғыманы бұрғылап, профилеметрияны жүргізеді.

Кейбір жағдайларда науаларды жою мақсатында олардың нығыздалуы жүргізіледі, бірақ жұмсақ таужыныстарда, әдетте бұл жаңа оқпанды бұрғылауға әкеледі.