Координаты пространственного положения и направления скважины

Скважина как математическое понятие траектории непрерывного поступательного движения бурового породоразрушающего инструмента в пространстве и трасса как ее дискретное графическое отображение в форме ломаной линии характеризуются координатами положения и направления, показанными на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Схема определения координат (и их приращений) пространственного положения скважины.

Непрерывное определение координат траектории геологоразведочных скважин в настоящее время, как правило, не производится, а их координаты (или приращения) определяются по отдельным дискретным точкам инклинометрической съемки в географических прямоугольных декартовых координатах трехмерного пространства, где обычно выделяют: Х₀, Y₀, Z₀ - начальные координаты заложения скважины; Х_i, Y_i, Z_i- ее текущие координаты в i-й точке, например A_i и X_k, Y_k, Z_k координаты подсечения рудного тела скважиной конечного забоя точки K_i. (Ось X представляет собой касательную к магнитному меридиану в направлении магнитного (географического) севера; ось Y, перпендикулярная к оси X, направленная в сторону магнитного востока, ось Z направлена в сторону действия вектора силы тяжести).

На практике пространственное положение или направление скважины определяются по данным инклинометрической съемки в полярной координатной системе, т.к. большинство инклинометров осуществляют прямое измерение в вертикальной и горизонтальной плоскостях основных полярных параметров: в вертикальной плоскости зенитного угла θ_i, или угла наклона δ, в горизонтальной плоскости азимутального угла или азимута α_i; глубина измеряется также в каждой текущей i-й точке (например A_i).

Зенитным углом θ скважины называется угол между вертикалью (линия OZ в любой текущей точке измерения) и осью скважины OA_i (вектором скорости бурения) или касательной к ней в данной точке. Угол между осью скважины или касательной к ней и горизонталью в той же точке называется углом наклона δ. Сумма зенитного угла и угла наклона равна 90°: θ + δ = π / 2. При увеличении зенитных углов происходит «выполаживание», а при уменьшении - «выкручивание» скважины.

Азимутальным углом, или азимутом α_i скважины называется угол, отсчитываемый по часовой стрелке (в северном полушарии) и лежащий в горизонтальной плоскости и образованный каким-либо ориентированным направлением, принятым за начальный отсчет, например, 0_x и горизонтальной проекцией оси скважины (вектора скорости бурения) в любой ее точке A_i. В зависимости от выбора начального направления отсчета азимут может быть истинным, магнитным или условным. В первом случае отсчет ведется от географического, во втором - от магнитного меридиана, а в третьем - от направления на произвольно взятый репер, географические координаты которого известны. При увеличении азимутального угла происходит правое «+», а при уменьшении левое «—» азимутальное искривление скважины.

Глубина L скважины представляет собой расстояние по ее стволу от устья 0 до забоя K_iили любой i точки замера углов. Глубины (длины) ствола измеряют по буровому снаряду в процессе его подъема из скважины и при контрольных замерах, которые проводятся периодически по мере углубки скважины. Замеры следует также осуществлять перед постановкой искусственного отклонителя в скважине, а также после ликвидации аварий и осложнений.

Для изображения положения скважины в пространстве в координатной системе ее точки рассчитываются для осей X, Y, Z, например, точка А_i проектируется на горизонтальную плоскость осей X, Y (точка А₁ с координатами С₁, С₁), на вертикальную плоскость осей X, Z (точка А₂ с координатами С₁, С₂)и вертикальную плоскость осей Y, Z (точка А₃ с координатами С₂, С₃).

При построении геологических разрезов ее ось проектируют на две плоскости: вертикальную и горизонтальную и называют вертикальной ОА₂ (профиль) и горизонтальной ОА₁(план) проекцией скважины, а величины отрезков А₁ С₁ и А_i А₁ определяют собой отход или смещение забоя скважины от вертикальной и горизонтальной плоскостей.

Вертикальная плоскость, проходящая через ось скважины, и вертикаль в любой точке оси называется апсидальной (зенитной) плоскостью, а двугранный угол, отсчитываемый по ходу часовой стрелки между апсидальной плоскостью и плоскостью искривления, апсидальным углом.