Зенитный угол солнца — solar zenith angle

Анизотропия механических свойств горных пород

Анизотропность пород является основным геологическим условием, способствующим искривлению. Горные породы, слагающие литосферу земли и пересекаемые скважинами, имеют разнообразный минералогический состав, текстуру, структуру. Если порода состоит из минералов с одинаковыми во всех направлениях физико-механическими свойствами, в ней нет плоскостей напластования, то такая порода называется изотропной. Однако большинство пород в процессе своего образования подверглись тем или иным преобразованиям. Породы становятся неоднородными и приобретают разные физико-механические свойства в различных направлениях (слоистость, сланцеватость, трещиноватость и т.д.). Такие породы называются анизотропными. Анизотропность – особенность пород обладать одинаковыми свойствами по параллельным и неодинаковыми – по непараллельным направлениям. Степень анизотропии у различных, а довольно часто у одних и тех же пород может изменяться в широких пределах.

Наиболее высокой анизотропностью обладают слоистые горные породы: песчано-глинистые, кварцито-углисто-глинистые, ороговикованные и другие сланцы различного литологического состава прослоев с резкими колебаниями твердости. Высокую анизотропность имеют метаморфизованные и трещиноватые породы.

Породы магматического происхождения (изверженные) обладают средне выраженной анизотропностью, осадочные – слабо выраженной анизотропией и некоторые изотропные (мел, мергель, глины, известняки).

Трещины и микротрещины в породе есть не что иное, как прослои с нулевой твердостью, поэтому трещиноватая порода, даже изотропная, является слоистой и её физико-механические свойства различны в разных направлениях.

Главным фактором, влияющим на упругие свойства горных пород, является минеральный состав. Только в пределах групп с одинаковым минеральным составом должны рассматривать влияние таких факторов, как пористость и структура. Упругость, например, с увеличением пористости уменьшается по закону прямой линии, а положение этих прямых для различных пород зависит от их минерального состава. Последний оказывает наибольшее влияние на физико-механические свойства горных пород, а затем уже трещиноватость, пористость и т.д.

Азимут — искривление

Азимут искривления определяется между направлением на магнитный север и горизонтальной проекцией оси скважины, направленной в сторону увеличения глубины скважины.
 

Азимут искривления — это угол, измеренный в горизонтальной плоскости между направлением на север и точкой, лежащей на траектории скважины. Таким образом, точка с азимутом 50 означает, что направление искривления скважины в этой точке — 50Q от севера.
 

Определения азимута искривления скважины с указанными приборами возможны только в необсаженных скважинах. Определение азимута искривления в обсаженных скважинах возможно с помощью гироскопических инклинометров, которые из-за своей сложности не получили широкого применения на практике.
 

Угол и азимут искривления можно измерять только в необсаженных скважинах, тогда как в обсаженных стальными колоннами возможно измерение только угла искривления.
 

Для изменения азимута искривления скважины применяется кривой переводник и УБТ.
 

Углы искривления и азимуты искривления подбирают, исходя из опыта бурения направленных скважин.
 

Измерение угла и азимута искривления скважин осуществляется специальными приборами — инклинометрами, которые можно объединить в три группы: 1) инклинометры с дистанционным электрическим измерением; 2) фотоинклинометры и 3) гироскопические инклинометры. В инклинометрах первых двух групп элементы искривления скважины определяются с помощью земного магнитного поля и силы тяжести. Работа инклинометров третьей группы основана на гироскопическом эффекте.
 

Эффективность контроля угла и азимута искривления с помощью отклонителей резко снижается с глубиной скважины. На больших глубинах ориентирование специальных отклонителей в нужном направлении затрудняется, а в отдельных случаях их применение приводит к нежелательным последствиям, связанным с возникновением осложнений, аварий при спуско-подъемных операциях. Устранение перечисленных недостатков и повышение технико-экономических показателей бурения скважин возможно при тщательном изучении и использовании на1, практике закономерностей естественного искривления.
 

Погрешности определения угла и азимута искривления скважин связаны с нарушением изоляции цепей и жил кабеля, отклонением силы тока питания от требуемого значения, непараллельностью осей инклинометра и скважины, недостаточно точной регулировкой механических и электрических схем прибора. Непараллельность осей скважины и прибора обусловлена наличием каверн и глинистой корки неравномерной толщины на стенках скважин. Для уменьшения погрешностей измерений ty и ф в последнем случае увеличивают длину прибора путем присоединения к нему удлинителя, который служит в качестве груза и позволяет сохранить положение прибора, параллельное оси скважины.
 

Результаты измерений угла и азимута искривления скважины записывают в журнал, где должны быть указаны район работ, скважина, дата замера, тип и номер прибора.
 

В тех случаях, когда азимут искривления на всем протяжении ствола остается постоянным или меняется в незначительных пределах, колонна насосно-компрессорных труб в интервале с увеличением кривизны касается стенки эксплуатационной колонны и располагается в ней эксцентрично. Такое взаимное расположение обеих колонн может в дальнейшем нарушиться из-за уменьшения кривизны скважины, когда насосно-компрессор-ные трубы вследствие своей жесткости и сравнительно малого веса оставшейся части колонны зависают в скважине, пересекая под небольшим углом ее ось и касаясь противоположной стенки.
 

Измерение

MWD обычно касается измерения наклона ствола скважины (ствола) от вертикали, а также магнитного направления от севера. Используя базовую тригонометрию, можно построить трехмерный график траектории колодца. По сути, оператор MWD измеряет траекторию скважины по мере ее бурения (например, обновления данных поступают и обрабатываются каждые несколько секунд или быстрее). Эта информация затем используется для бурения в заранее запланированном направлении пласта, содержащего нефть, газ, воду или конденсат. Можно также провести дополнительные измерения естественного гамма-излучения горной породы; это помогает в целом определить, какой тип горной породы бурится, что, в свою очередь, помогает подтвердить местоположение ствола скважины в реальном времени относительно наличия различных типов известных пластов (путем сравнения с существующими сейсмическими данными).

Измеряются плотность и пористость, давление флюидов и другие измерения, некоторые с использованием радиоактивных источников, некоторые с использованием звука, некоторые с использованием электричества и т.д .; затем это можно использовать для расчета того, насколько свободно нефть и другие флюиды могут проходить через пласт, а также объема углеводородов, присутствующих в породе, и, вместе с другими данными, стоимости всего коллектора и запасов коллектора.

Скважинный инструмент MWD также имеет «верхнюю часть» по сравнению с компоновкой низа бурильной колонны, что позволяет вести ствол скважины в выбранном направлении в трехмерном пространстве, известном как направленное бурение . Бурильщики наклонно-направленного бурения полагаются на получение точных, проверенных на качество данных от оператора MWD, чтобы они могли безопасно удерживать скважину на запланированной траектории.

Измерения направленной съемки производятся тремя ортогонально установленными акселерометрами для измерения наклона и тремя ортогонально установленными магнитометрами, которые измеряют направление (азимут). Гироскопические инструменты могут использоваться для измерения азимута, когда разведка проводится в месте с разрушающими внешними магнитными воздействиями, например, внутри «обсадной колонны», где отверстие закрыто стальными трубами (трубками). Эти датчики, а также любые дополнительные датчики для измерения плотности горных пород, пористости, давления или других данных, подключены физически и в цифровом виде к логическому блоку, который преобразует информацию в двоичные цифры, которые затем передаются на поверхность с помощью «гидроимпульса». телеметрия »(MPT, система передачи двоичного кодирования, используемая с жидкостями, например, комбинаторное, манчестерское кодирование, расщепленная фаза и другие).

Это осуществляется с помощью скважинного «пульсатора», который изменяет давление бурового раствора (раствора) внутри бурильной колонны в соответствии с выбранным MPT: эти колебания давления декодируются и отображаются на компьютерах наземных систем в виде волн; выходы напряжения с датчиков (необработанные данные); конкретные измерения силы тяжести или направления от магнитного севера или в других формах, таких как звуковые волны, формы ядерных волн и т. д.

Датчики давления на поверхности (бурового раствора) измеряют эти колебания (импульсы) давления и передают аналоговый сигнал напряжения на наземные компьютеры, которые оцифровывают сигнал. Прерывистые частоты отфильтровываются, и сигнал декодируется обратно в исходную форму данных. Например, колебание давления в 20 фунтов на квадратный дюйм (или менее) может быть «выбрано» из общего давления в системе бурового раствора 3500 фунтов на квадратный дюйм или более.

Электрическая и механическая энергия в скважине обеспечивается скважинными турбинными системами, в которых используется энергия потока «бурового раствора», аккумуляторных блоков (литиевых) или их комбинации.

Недостатки

Ранние попытки наклонно-направленного и горизонтального бурения были значительно более медленными, чем вертикальные проекты из-за необходимости частых остановок и исследований профиля скважины, а также из-за более медленного бурения породы. Затем, с развитием забойных двигателей и измерительных средств возросла скорость бурения и упростилось измерение.

Для наклонных скважин, зенитный угол в которых не превышает 40 градусов возможно применение традиционных измерительных средств, опускаемых в скважину на кабеле. При больших углах и наличии горизонтальных участков, требуется применять более сложные средства.

Для скважин с большими углами также усложняется профилактика поступления песка в скважину.

Начальный зенитный угол

Начальный зенитный угол 90 принимается максимальным, исходя из геологических и технических условий. Интенсивность искривления i принимается в зависимости от технических средств, выбираемых для использования, и от предполагаемой суммарной длины интервалов их применения.
 

Он — начальный зенитный угол скважины, градус; L — глубина скважины, м; Ь, с, d — коэффициенты, определяющие темп изменения зенитного угла.
 

НБ и его начальный зенитный угол 6нд 0оБ то проектирование сводится к следующему.
 

Таким образом, начальный зенитный угол определяется углом падения рудных тел, глубиной скважины, стремлением к сохранению заданного азимутального направления и должен соответствовать возможностям бурового оборудования.
 

Построенный графически проектный профиль позволяет определить начальный зенитный угол Qlt координаты точки В заложения устья скважины на поверхности, конечный зенитный угол 0П скважины, отклонение забоя скважины S на конечной глубине от вертикали и длину ствола L по оси скважины либо графически, либо аналитически.
 

При расчете проектной траектории устанавливают координаты устья скважины, начальный зенитный угол, длину ствола и угол встречи с пластом полезного ископаемого.
 

В сложных геологических условиях для фиксирования скважины в заданной плоскости устанавливают максимально возможный начальный зенитный угол, при котором не требуется переоборудование бурового копра. В случае использования стандартных копров начальный зенитный угол может быть от 3 до 5, что зависит от высоты и габаритов основания копра. Возможности естественного искривления при согласном залегании пласта полезного ископаемого с вмещающей толщей на интервале более 800 м несомненно приведут к встрече пласта полезного ископаемого под углом более 30, даже при его крутом падении. Угол встречи более 30 гарантирует пересечение толщи полезного ископаемого.
 

С использованием этих данных определяются величина прямолинейных и криволинейных интервалов ствола, нормы искривления скважины по интервалам, положение устья скважины, начальный зенитный угол и азимут скважины, длина скважины по ее оси.
 

Приведенная зависимость показывает, что в случае пространственного искривления скважины с возможной постоянной кривизной большие азимутальные отклонения могут наблюдаться при малых начальных зенитных углах, а величина угла заложения скважины ( начальный зенитный угол) определяет возможности азимутального отклонения скважины.
 

Начальные и конечные значения углов наклона скважины определяют, исходя из геолого-структурных условий бурения, содержания решаемой задачи, требований методики и экономики разведки и технических возможностей бурения. Начальный зенитный угол 0 прежде всего зависит от его конечного значения 0К и выбранного типа профиля скважины. Конечный зенитный угол, в свою очередь, зависит от угла падения пересекаемого структурного элемента ( рудного тела) р, желаемого угла встречи у и п ложения оси скважины относительно залежи.
 

Буровые скважины часто самопроизвольно искривляются. У наклонных скважин начальный зенитный угол с глубиной может увеличиваться или уменьшаться, а скважина соответственно выполаживаться или выкручиваться.
 

В сложных геологических условиях для фиксирования скважины в заданной плоскости устанавливают максимально возможный начальный зенитный угол, при котором не требуется переоборудование бурового копра. В случае использования стандартных копров начальный зенитный угол может быть от 3 до 5, что зависит от высоты и габаритов основания копра. Возможности естественного искривления при согласном залегании пласта полезного ископаемого с вмещающей толщей на интервале более 800 м несомненно приведут к встрече пласта полезного ископаемого под углом более 30, даже при его крутом падении. Угол встречи более 30 гарантирует пересечение толщи полезного ископаемого.
 

Как рассчитать азимутальный угол

Азимутальным углом, или азимутом бi горной выработки, именуется угол, высчитываемый по часам (в северном полушарии), пролегающий горизонтально и сформированный каким-либо ориентиром направления, принятым за изначальный отсчёт, к примеру, 0x и проекцией оси горной выработки по горизонтали (вектора скорости бура) в любой координате Ai.

Для расчета азимутального угла лучше пользоваться вспомогательными материалами

В зависимости от выбора изначального направления отсчёт азимутального угла может быть:

• Истинный;
• Магнитный;
• Условный.

В первой ситуации отсчёт проводится от географического, во второй — от магнит-меридиана, а в третьей — от направления на случайно взятый репер, географические точки которого специалист уже знает. При повышении азимута идет правое «+», а при сокращении левое «-» азимутальное искривление горной выработки круглого сечения.

Глубины ствола замеряют по инструменту во время его поднятия из скважины и при финишных замерах, которые выполняются регулярно по мере углубления скважины. Замерять азимутальный угол следует перед установкой искусственного отклонителя в углублении, а также когда будут устранены аварийные ситуации и любые сложности.

Влияние геологических факторов на искривление скважин

Понятие «геологические причины» или «условия» является в значительной степени обобщающим. Основным фактором искривления скважин следует считать неоднородность механических свойств, в частности, различную твердость в разных направлениях или анизотропию пород. Чем выше эта неоднородность, тем эффективнее действуют геологические причины. Наиболее ярко такая неоднородность выражена у пород слоистых, сланцеватых, разгнейсованных, что легко определяется визуально. Известно, например, что прочность (твердость) сланцев значительно выше в направлении слоистости, чем в направлении, перпендикулярном плоскости напластования, поэтому закономерности искривления и связывают в первую очередь с геологическими признаками.

Общие закономерности

При буре все углубления по разнообразным причинам в той или иной мере отходят от изначально заданного пути. Этот процесс именуется искривлением. Непреднамеренный процесс именуется естественным, а искривление углублений при помощи разного рода инновационных техприёмов – искусственным.

Вообще, искривление углублений в породе проходит с осложнениями, такими как:

• Наиболее интенсивное изнашивание труб бура;
• Увеличенное расходование мощности;
• Трудности при осуществлении спуско-подъёмных мероприятий;
• Обрушение стен скважины и др.

Но иногда искривление углублений в породе дает возможность в разы сократить траты средств и времени при разработке месторождений нефти и газа. Так, если искривление углубления нежелательно, то его стараются предотвратить, а если оно требуется, то его осуществляют. Этот процесс именуется направлением бура, которое определяется как бурение углублений с применением закономерностей естественного процесса и при помощи искусственных приемов для выведения углубления в точку, которая задана. При этом искривление обязательно контролируется и управляется.

При бурении скважины обязательно нужно вычислить точные координаты

В процессе бура направленного углубления нужно знать расположение каждой координаты в пространстве. Для этого надо определить точки её устья и параметры пути, в которые входит зенит Q, азимутный угол углубления и длина L. Анализ искривления углублений показывает, что оно подчиняется особым законам, но для различных месторождений они разные и могут значительно различаться.

Но можно выделить такие общие законы искривления:

1. В большем количестве ситуаций углубления стремятся занять путь по перпендикуляру слоям горных пород. По ходу приближения к нему сила искривления сокращается.
2. Сокращение зазора между стенами углубления и специнструментом ведет к сокращению искривления. Области монтажа центральных элементов и их диаметр оказывают влияние на направление и интенсивность зенита.
3. Повышение жёсткости инструмента сокращает искривление углубления, поэтому скважины большего размера искривляются меньше, чем узкие.
4. Повышение нагрузки оси ведет к увеличению интенсивности искривления, а более сильное развитие частоты работы труб бура – к её сокращению.
5. Движение и сила азимут-искривления находятся в зависимости от геологических критериев.

Абсолютная апсидальная величина, наклонно направленная, зависит от интенсивности азимута искривления. С его повышением интенсивность азимут-наклона сокращается.

Как определить азимут по компасу

Процесс определения азимута по компасу несложный, потому часто применяется туристами в случае наличия прибора. Расчет ведется от магнитной стрелки. Отсчитываемое значение будет находиться в диапазоне 0-360°.

Как правильно держать компас

Полученные при ориентировке результаты во многом будут зависеть от правильности удерживания прибора. Ошибочные данные повышают вероятность потери нужного курса. Чтоб избежать оплошностей, во время проведения измерений требуется выполнять правила, разработанные опытными путешественниками.

Определение азимута по компасу

Методика центрального захвата

После раскрытия прибора крышку нужно отбросить так, чтоб она находилась на одной линии с основанием. Затем открыть прицел: поверхность циферблата должна просматриваться в полном объеме.

Способ удерживания компаса:

1. Локти согнуть, поднять на высоту солнечного сплетения, развести в стороны.
2. Большой палец правой руки – поддерживает корпус (контролирует равновесие), левой – должен находится между лимбом, задним прицелом.
3. Указательные пальчики – на основании.

Начинать вычислять азимут можно лишь после принятия описанной позы. Для этого требуется поворачиваться вокруг своей оси. Когда крышка укажет на объект, вычислить угол.

Методика компас к щеке

Крышку устройства необходимо открыть и зафиксировать под прямым углом относительно основания. Затем отвести вперед задний прицел: впоследствии щель должна совпасть с прицельной нитью.

Компас важно приблизить к щеке так, чтоб нужный объект отлично просматривался. В таковом положении результат измерений будет правильным

Хождение по азимуту

Нередко люди думают, что ходить по азимуту следует таким образом: непрерывно удерживать перед собой компас, регулярно отслеживать его показания. Но на самом деле такой метод хождения дает большую ошибку.

Ориентирование на местности по компасу

Во избежание неточностей рекомендуется использовать иной алгоритм действий:

1. Пользуясь компасом, найти ориентир на местности (по заранее намеченному азимуту). Чем дальше он будет расположен, тем меньше действий впоследствии придется совершить.
2. Направиться к выбранной точке. При этом не имеет значение, как к ней добираться: препятствия можно обходить любым удобным способом.
3. Подойдя к ориентиру, стать позади него, повторить предыдущую процедуру (выбрать новую цель).

Упрощенная схема движения при закрытом ориентире

Если на пути появится препятствие, которое будет закрывать ориентир, и на него нельзя будет взобраться, то помогут следующие рекомендации.

Пошаговая инструкция:

1. Выбрать направление обхода преграды, замерить его азимут.
2. Вычислить разницу между азимутом главного курса и выбранного.
3. Двигаться по ней, считая шаги, пока справа не появится окончание препятствия.
4. Рассчитать азимут для возвращения на предыдущее направление: к основному значению прибавить полученную ранее разницу.
5. Сделать такое же количество шагов.
6. Продолжить движение по азимуту начального курса.

В указанной схеме допустим вариант, когда после смещения в сторону, турист тотчас не возвращается на прежний путь: проходит какой-то отрезок дороги по основному азимуту. Это целесообразно в тех случаях, когда препятствие расположено (вытянуто) по длине запланированного направления.

Описанным способом возможно успешно обходить разные преграды. Но иногда могут и возникнуть сложности, большей частью это обусловлено особенностями местности.

Сложности при бурении нефтяных скважин

В процессе бурения скважин достаточно часто приходится сталкиваться с техническими проблемами, появление которых может сильно замедлить работы или сделают работу практически невозможной. К таким проблемам относятся следующие явления:

• Разрушения ствола, обвалы;
• Уход в почву жидкости для промывки (удаления частей породы);
• Аварийные состояния оборудования или шахты;
• Ошибки в сверлении ствола.

Достаточно часто обвалы стенок скважины происходят из-за нестабильности горной порода. Признаками обвала является увеличенное давление, большая вязкость жидкости, которая используется для промывки, а также повышенное число фрагментов породы, которые выходят на поверхность.

Чаще всего поглощение жидкости случается, если залегающий ниже пласт целиком забирает раствор в себя. Его пористая структура или высокая степень впитываемости способствует такому явлению.

В процессе бурения скважины буровой снаряд, движущийся по часовой стрелке, доходит до места забоя и поднимается обратно. Скважины доходит до коренных пластов, в которые происходит врезка до 1,5 метра. Чтобы скважина не была размыта, в начало погружается труба, она же служит средством проведения промывочного раствора напрямую в желоб.

Буровой снаряд, а также шпиндель может вращаться с различной скоростью и частотой; этот показатель зависит от того, какие виды пород требуется пробить, какой диаметр коронки будет сформирован. Скорость контролируется посредством регулятора, который регулирует уровень нагрузки на коронку, служащую для бурения. В процессе работы создается необходимое давление, которое оказывается на стены забоя и резцы самого снаряда.

Составление маршрута движения по азимуту

При наличии подходящей топографической карты туристам двигаться намного легче. На ней обозначены крупные реки, дороги, ручейки со всеми изгибами, поворотами. Все запланированные групповые походы происходят с применением карт.

Бывают ситуации, когда нельзя миновать передвижения по азимуту. Это может быть в густом лесу, на пустынной местности, при сложных погодных условиях (сильный дождь, туман).

Чтоб побыстрее достичь желаемой цели, важно заранее начертить путь на карте. Поскольку прямолинейное передвижение не всегда возможно, весь маршрут нужно разделить на малые отрезки

В каждом пункте следует выбрать ориентир. При достижении последнего важно каждый раз сверять маршрутный лист, в случае необходимости исправлять, дополнять полезной информацией.

Составленный по таковым правилам путь (в виде ломаной линии) будет несколько длиннее. Но вероятность потеряться в таком походе минимальная.

Определение элементов четырёхинтервального профиля.

1.6. Расчёт минимально допустимого радиуса искривления

ствола скважины.

  Радиус
искривления определяется величиной интенсивности пространственного искривления i, под
которой следует понимать (в общем виде) степень одновременного изменения угла
наклона скважины и её азимута, отнесённую к единице длины проходки.

где        R —
радиус искривления, м;

i  —
интенсивность искривления, град/10 м или град/100 м.

Формула (1) — для
интенсивности искривления на 10 м проходки, формула (2) — для интенсивности
искривления на 100 м.

Допустимый радиус ствола
скважины для свободного прохождения системы долото — забойный двигатель определяется
по формуле 3 /2/:

где:      L_T —  длина забойного двигателя с долотом, м;

m –
коэффициент уширения ствола (m=D_cD);

D_c, D, d – соответственно диаметры скважины, долота и забойного
двигателя, м;

f – стрела
прогиба забойного двигателя, м;

k – зазор между стенкой ствола и
корпусом забойного двигателя, м.

            В таблице № 2
приведены значения радиусов кривизны некоторых забойных двигателей и минимально
допустимых радиусов искривления ствола скважины.

Таблица 2.