Направленное бурение и основы кернометрии

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

Сибирский федеральный университет 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

В. В. Нескоромных 

 
 
 
 

НАПРАВЛЕННОЕ  БУРЕНИЕ  
И  ОСНОВЫ  КЕРНОМЕТРИИ 

 
 
 
 

Рекомендовано учебно-методическим советом Сибирского федерального университета в качестве учебника 
для студентов, обучающихся по направлению подготовки 21.05.03 «Технология геологической разведки», 
специализация 21.05.03.03 «Технология и техника раз- 
 
ведки месторождений полезных ископаемых» 

 
 
 

3-е издание, переработанное и дополненное 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Красноярск 

СФУ 
2022 

УДК 622.243.2(07) 
ББК 33.13я73 
 
Н552 

 
 
Р е ц е н з е н т ы: 
А. Г. Вахромеев, доктор геолого-минералогических наук, заведующий 

геологическим отделом компании «РН-бурение» ПАО «Роснефть», заведующий лабораторией Института земной коры СО РАН, доцент Национального исследовательского Иркутского технического университета; 

П. Ф. Еловых, кандидат технических наук, начальник производствен
но-технологического отдела Управления по организации геологоразведочных работ по Восточной Сибири ООО «Газпромгеологоразведка» 

 
 
 
 
 
 

 
Нескоромных, В. В. 

Н552  
Направленное бурение и основы кернометрии : учебник / 

В. В. Нескоромных. – 3-е изд., перераб. и доп. – Красноярск : Сиб. 
федер. ун-т, 2022. – 448 с. 

 
 
ISBN 978-5-7638-4525-9 

 
 

Рассмотрены основные вопросы теории, представлены технологии направлен
ного бурения и кернометрии применительно к бурению геологоразведочных скважин. Изложены сведения о причинах и закономерностях искривления скважин, 
средствах и технологиях бурения скважин по заданным траекториям, а также указаны технические средства бурения многоствольных скважин путем отбора ориентированного керна. Дана методика обоснования экономической эффективности 
направленного бурения, приведены примеры расчетов и основная терминология. 

Предназначен для студентов вузов, обучающихся по специальности 21.05.03 

«Технология геологической разведки», специализация 21.05.03.03 «Технология 
и техника разведки месторождений полезных ископаемых» (ФГОС-2020 (3++)). 
Будет также полезен аспирантам направлений 25.00.14 «Технология и техника 
геологоразведочных работ», 25.00.15 «Технология бурения и освоения скважин», 
научным сотрудникам и специалистам производственных организаций, занятых 
решением технологических задач бурения скважин. 

 
 
 
 

Электронный вариант издания см.:

http://catalog.sfu-kras.ru

УДК 622.243.2(07)
ББК 33.13я73

 

ISBN 978-5-7638-4525-9 
© Сибирский федеральный университет, 2022 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................... 7 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАПРАВЛЕННОМ БУРЕНИИ.................... 9 
1.1. Задачи, решаемые методами направленного бурения ............................ 9 
1.2. Сведения об истории развития направленного бурения ...................... 11 
1.3. Положение стволов скважин в пространстве,  
понятие об их искривлении ............................................................................ 22 
1.4. Геодезическая составляющая и магнитное склонение ......................... 32 
1.5. Классификация трасс скважин ................................................................ 36 

2. ПРИЧИНЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЕСТЕСТВЕННОГО 
ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН ..................................................................... 40 
2.1. Организационно-технические причины искривления скважин ........... 40 
2.2. Технологические причины искривления скважин ................................ 42 

2.2.1. Влияние на искривление скважин осевого усилия  
и устойчивости буровых компоновок ................................................................. 42 
2.2.2. Влияние на искривление скважин характера вращения 
деформированной буровой компоновки ............................................................. 55 
2.2.3. Влияние на искривление скважин типа и конструкции  
бурового инструмента ........................................................................................... 58 
2.2.4. Механизм искривления скважин при вращательном бурении ................ 68 
2.2.5. Влияние технологических факторов на искривление скважин,  
буримых ССК ........................................................................................................ 71 
2.2.6. Технологические причины искривления скважин  
при ударно-вращательном бурении ..................................................................... 73 

3. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ ЕСТЕСТВЕННОГО 
ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН ..................................................................... 78 
3.1. Геологические условия естественного искривления скважин ............. 78 
3.2. Влияние анизотропии горных пород на процесс  
искривления скважин ...................................................................................... 83 

3.2.1. Оценка анизотропии горных пород ........................................................... 83 
3.2.2. Особенности механики разрушения анизотропных горных пород ........ 90 

3.2.3. Особенности формирования стволов скважин  
в анизотропных горных породах ....................................................................... 111 

3.3. Влияние перемежаемости горных пород по твердости  
на процесс искривления скважин ................................................................ 113 
3.4. Закономерности естественного искривления скважин ....................... 121 

3.4.1. Закономерности естественного искривления скважин  
в анизотропных горных породах ....................................................................... 121 
3.4.2. Закономерности естественного искривления в перемежающихся  
по твердости горных породах ............................................................................ 126 
3.4.3. Закономерности искривления горизонтальных скважин ...................... 127 

3.5. Методика выявления закономерностей искривления скважин .......... 128 

4. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ  
И КОНТРОЛЯ ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН ...................................... 136 
4.1. Основные виды датчиков для контроля положения скважины ......... 137 
4.2. Приборы для определения зенитного угла скважины  
по принципу горизонтального уровня жидкости (апсидоскопы) ............. 142 
4.3. Инклинометры ........................................................................................ 144 
4.4. Приборы, средства и методы инклинометрии  
в горизонтальных, восстающих и пологонаклонных скважинах .............. 150 
4.5. Телеметрические системы ..................................................................... 153 

5. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА НАПРАВЛЕННОГО  
БУРЕНИЯ ..................................................................................................... 160 
5.1. Технические средства для снижения естественного  
искривления скважин .................................................................................... 161 

5.1.1. Компоновки для бурения с отбором керна ............................................. 161 
5.1.2. Буровые компоновки динамической стабилизации ............................... 164 
5.1.3. Компоновки для алмазного бурения снарядами со съемным 
керноприемником ............................................................................................... 180 
5.1.4. Компоновки для управления направлением горизонтальных  
скважин ................................................................................................................ 185 
5.1.5. Буровые компоновки для бурения шарошечными долотами  
малых диаметров ................................................................................................. 186 
5.1.6. Разработка и совершенствование бурового инструмента ..................... 191 

5.2. Технические средства для развития естественного  
искривления ................................................................................................... 208 
5.3. Технические средства для искусственного  
искривления скважин в любом заданном направлении ............................. 214 

5.3.1. Отклонители .............................................................................................. 214 

5.4. Основные факторы, влияющие на точность  
искривления скважины отклонителями ...................................................... 294 

5.4.1. Точность искривления скважины клиновыми отклонителями ............. 295 

5.4.2. Точность искривления скважины отклонителями непрерывного 
действия ............................................................................................................... 297 

5.5. Породоразрушающий инструмент и его возможности  
при реализации искривления ОНД .............................................................. 300 
5.6. Технологические снаряды для проработки интервалов искусственного 
искривления скважин ОНД .......................................................................... 305 
5.7. Технические средства ориентируемого управления  
направлением скважин на неограниченном интервале бурения .............. 313 

6. МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ НАПРАВЛЕННОГО  
БУРЕНИЯ ..................................................................................................... 324 
6.1. Способы и средства ориентирования отклонителей,  
расчет угла установки отклонителя ............................................................. 324 
6.2. Ориентаторы и приемы работы с ними ................................................ 332 

6.2.1. Ориентаторы механического типа. Самоориентаторы .......................... 332 
6.2.2. Ориентаторы электромеханического типа .............................................. 343 
6.2.3. Ориентаторы гидромеханического типа ................................................. 352 

6.3. Основные причины погрешности ориентирования ............................ 357 
6.4. Выбор параметров и оценка точности искусственного  
искривления скважин .................................................................................... 358 
6.5. Определение допустимых значений кривизны  
ствола скважины ............................................................................................ 364 

6.5.1. Анализ вписываемости буровых компоновок  
в искривленный ствол скважины ....................................................................... 364 
6.5.2. Определение допустимых значений кривизны ствола скважины  
по условиям прочности обсадных и бурильных труб ...................................... 366 

7. СПОСОБЫ И ТЕХНОЛОГИИ ЗАБУРИВАНИЯ 
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СТВОЛОВ .......................................................... 371 
7.1. Технология забуривания дополнительного ствола съемными  
клиновыми отклонителями........................................................................... 372 
7.2. Технологии забуривания дополнительных стволов  
отклонителями непрерывного действия ...................................................... 379 

7.2.1. Анализ процесса забуривания уступа в стенке скважины ..................... 380 
7.2.2. ОНД для забуривания дополнительных стволов скважины  
с искусственного забоя ....................................................................................... 384 
7.2.3. Cовершенствование бурового инструмента и конструкций 
искусственных забоев для забуривания дополнительных стволов ................. 387 
7.2.4. Забуривание дополнительных стволов скважин  
спрямлением ствола в интервале искривления ................................................. 397 

7.3. Расчет траекторий проектируемых скважин ....................................... 398 

7.3.1. Расчет траектории проектируемой наклонно-направленной  
скважины .............................................................................................................. 398 

7.3.2. Проектирование параметров дополнительных стволов  
при многоствольном бурении ............................................................................ 404 

8. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ  
ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ 
НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ ............................................................... 412 

9. ОСНОВЫ КЕРНОМЕТРИИ ................................................................. 424 
9.1. Общие сведения о кернометрии ............................................................ 424 
9.2. Технические средства и технологии отбора  
ориентированного керна ............................................................................... 425 
9.3. Определение элементов залегания горных пород  
по ориентированному керну ......................................................................... 441 

Библиографический список ...................................................................... 444 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

В процессе бурения все скважины в большей или меньшей степени 

искривляются. В ряде случаев искривление скважин не оказывает существенного влияния на результаты бурения, поэтому фактическое положение ствола скважины и координаты забоя не определяются. Это относится 
к картировочным, инженерно-геологическим, взрывным и другим скважинам, имеющим незначительную глубину. При бурении глубоких скважин, 
особенно на поздних стадиях разведки месторождений, вопросы проведения скважин по проектным траекториям приобретают очень большое значение, и для их решения затрачиваются значительные средства. 

В том случае, если искривление скважин не измеряется и не учитыва
ется, это может привести к большим погрешностям в оценке перспектив 
месторождения и к значительным экономическим потерям. 

В практике геологической отрасли известны случаи, когда результаты 

многолетних геологоразведочных работ и выявленные запасы полезных 
ископаемых не утверждались вследствие значительного искривления разведочных скважин. При разведке многих месторождений довольно значительный объем буровых работ вынужденно не учитывается при подсчете 
запасов месторождения из-за отклонения скважин от проектных траекторий и невыполнения ими геологического задания. В то же время искривленные скважины сложнее бурить с точки зрения реализации оптимальных технологий высокопроизводительного бурения, а в ряде случаев проходку разведочной скважины вынужденно прекращают по причине серьезных осложнений, связанных с неудовлетворительной реализацией методов направленного бурения. Основные причины подобных ситуаций – неквалифицированно выполненные работы по направленному бурению 
скважин. 

Направленное бурение – техническая система бурения скважин, 

включающая комплексы методов, технологий, аппаратных и технических 
средств, призванная решать проблему бурения скважин в заданном 
направлении, часто по определенно выверенной траектории, а забой приводить в заданную проектом точку с учетом возможных допустимых отклонений. 

Кернометрия – комплекс методов, технологий, аппаратных и техни
ческих средств, направленных на получение сведений об элементах залегания горных пород по специально отобранному керну с меткой (ориентированный керн), положение которой на керне строго увязано с параметрами, характеризующими положение скважины в недрах на интервале отбора ориентированного керна. 

Как показывает опыт разведки месторождений полезных ископаемых, 

квалифицированно реализованные методы направленного бурения, многоствольное бурение и технологии кернометрии способны существенно повысить качество и снизить затраты на геологоразведочные работы, увеличить многократно эффективность эксплуатации месторождений углеводородного сырья, решить многие сложнейшие технические задачи при реализации геотехнологий, прокладке коммуникаций под природными и техногенными объектами.  

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ  
О НАПРАВЛЕННОМ БУРЕНИИ 

1.1. Задачи, решаемые методами  
направленного бурения 

Опыт бурения скважин различного назначения позволяет сформули
ровать основные задачи, решаемые с применением методов, технологий  
и технических средств направленного бурения. 

1. Повышение объема и качества геологической информации. 
1.1. Уточнение формы геологических структур, часто очень разветв
ленных, и границ рудного тела путем бурения дополнительных стволов 
различной протяженности (от первых метров до нескольких сотен метров). 

1.2. Определение и уточнение элементов залегания горных пород, 

рудных залежей методами направленного бурения и кернометрии.  

1.3. Управление траекториями стволов скважин при любой их про
странственной ориентации (вертикальные, горизонтальные, восстающие), 
в том числе для пересечения рудных залежей с заданным углом встречи. 

2. Сокращение затрат на геологическую разведку месторождения. 
2.1. Многократное пересечение рудных тел многоствольными сква
жинами взамен одноствольных. 

2.2. Отбор технологических проб полезного ископаемого большого 

объема путем бурения многоствольных скважин в пределах рудного тела. 

2.3. Поиск «слепых» рудных тел дополнительными стволами в соче
тании с методами скважинной геофизики. 

2.4. Применение более скоростного и менее затратного бескернового 

способа бурения шарошечными долотами взамен колонкового для разведки месторождений с последующим пересечением рудных тел, наличие  
и вертикальные границы которых надежно определяются методами скважинной геофизики.  

2.5. Применение кустового бурения скважин в случаях значительных 

затруднений по сооружению отдельных буровых площадок и коммуникаций (болотистая или горная местность, бурение под акваторию шельфа). 

3. Борьба с осложнениями при разведке месторождений. 
3.1. Вывод скважины в заданный проектом интервал при ее значи
тельном естественном искривлении путем корректировки траектории 
скважины отклонителями.  

3.2. Повторное пересечение рудной залежи при ее пропуске или не
удовлетворительном выходе керна. 

3.3. Обход мест сложных аварий в скважине дополнительным ство
лом. 

4. Облегчение условий бурения скважин. 
4.1. Снижение интенсивности естественного искривления путем 

применения технических средств и технологий стабилизации направления 
скважины. 

4.2. Вывод скважин в проектную точку путем анализа, обработки  

и использования на этапе проектирования скважин данных о закономерностях естественного искривления скважин на месторождении или участке 
месторождения. 

4.3. Бурение вертикально-наклонных скважин с целью улучшения 

условий проведения спускоподъемных операций по сравнению с наклонно 
забуренными скважинами, а также в тех случаях, когда заложение наклонной скважины невозможно по техническим характеристикам буровой 
установки (используются вращатель роторного типа, вертикально устанавливаемая буровая вышка) и получения, тем не менее, нужного угла 
встречи с рудной залежью. 

4.4. Сокращение объема бурения скважин в сложных горно
геологических условиях (поглощения, обвалы стенок и др.) за счет бурения взамен ряда одноствольных скважин одной многоствольной, основной 
ствол которой пересекает зону осложнений, а дополнительные стволы бурятся на более глубоких горизонтах уже в более благоприятных горногеологических условиях. 

5. Бурение технических скважин. 
5.1. Бурение вертикальных скважин в горную выработку для проклад
ки коммуникаций, вентиляции шахт, доставки в горные выработки материалов крепи и др.  

5.2. Бурение вертикально-горизонтальных скважин в угольные пласты 

с целью их дегазации. 

5.3. Бурение боковых наклонных скважин для ликвидации пожаров  

в скважинах, буримых с целью разведки или эксплуатации месторождений 
углеводородного сырья, тушения возгораний торфяников, мест складирования лигнина и других возгораемых промышленных отходов.  

6. Бурение вертикально-горизонтальных, разветвленных сложно
профильных эксплуатационных скважин с расположением горизонтальных и сложнопрофильных участков ствола в пределах нефтегазоносных коллекторов для повышения нефтегазоотдачи и дебита.