Примечание: ЗУ – зенитный угол; А –  азимут; М – магнитный датчик; Г – гироскопический датчик; П – перфорация; В – визуальный отсчет; Ф – фоторегистрация; К – кинорегистрация. Широкий выбор датчиков обеспечивает большое удобство, более высокую точность измерений углов в узких диапазонах, значительную оперативность измерений и сохранность измерений по скважине на бумажных или фотоносителях для контроля.

4. Выбор средств и описание технологии борьбы с естественным искривлением

Жесткие компоновки

Одинарные жесткие компоновки

В практике работ для снижения интенсивности искривления зачастую используют удлиненные колонковые трубы с утолщенной стенкой.

Практически, очень часто для снижения интенсивности искривления используются трубы, снабженные различного рода центраторами.

Компоновки, (рис. 12) включают в состав наружной трубы колонкового набора алмазные расширители, что позволяет им эффективно работать в перемежающихся по твердости породах. Между нижним и средним блоками расширителей-центраторов введена профилированная, обычно, семигранная труба. Использование компоновок в породах VIII – IX категорий, частично X категории, позволяет снижать интенсивность искривления скважин в 2 – 8 раз.

Двойные жесткие компоновки

Двойные жесткие компоновки применяются в основном при бескерновом бурении, что объясняется особенностями их конструкции.

По данным Мельничука И. П. наименьшая интенсивность естественного искривления была обеспечена компоновкой следующей конструкции (рис. 13). Толстостенная труба 3, выполненная из ниппельной заготовки диаметром 57 мм с толщиной стенки 6,0 мм, с помощью ленточной резьбы соединяется с переходником 5 диаметром 73 мм, который имеет также внутреннюю резьбу для соединения с шарошечным долотом. Внутренняя труба 3 помещается в наружную трубу-кожух, выполненную из ниппельной заготовки диаметром 73 мм с толщиной стенки 6,5 мм. В этом случае радиальный зазор 4 между наружной и внутренней трубами составляет 1,5 мм. Этого достаточно для прохождения внутренней трубы в наружную даже при некоторой их эллиптичности. Зазор между трубами заполняется графитовой смазкой, смазкой КАВС или солидолом.

Переходники 1, 5 армируются твердосплавными вставками 6, выступающими над телом переходника на 0,5 – 1,0 мм, служащими для калибровки ствола скважины и предохранения переходника от износа.

Рис. 12. Жесткая компоновка                                     Рис.13. Двойная труба-стабилизатор ПГО «Востокгазгеология»

При данной конструкции низа бурильной колонны крутящий момент и осевая нагрузка на долото передаются только через внутреннюю трубу. Наружная же труба-кожух не подвергается ни осевым нагрузкам, ни скручивающим усилиям, выполняя роль центратора низа колонны и стабилизатора направления ствола скважины, а также играя роль гасителя поперечных вибраций снаряда, что положительно сказывается на ресурсе долота.

Использование двойных труб-стабилизаторов позволяет снижать интенсивность естественного искривления в 3 – 4 раза.

Двойные напряженные компоновки

Типовая конструкция компоновки приведена на рис. 14. Перед бурением при сборке колонкового набора производится предварительное напряжение наружной трубы за счет энергии сжатой внутренней трубы. Внутренняя труба воспринимает очень большую осевую нагрузку сжатия, а так как она установлена во внешнюю трубу без зазора, не сгибается и не теряет устойчивости, то критическая нагрузка для нее будет определяться только усилием смятия материала труб. Практически, компоновки напрягаются при осевом усилии 40 – 50 кН.

Предварительно напряженные компоновки позволяют снизить интенсивность искривления в 2 – 3 раза при бурении в самых неблагоприятных, с позиций естественного искривления, условиях.

Рис.14. Двойная напряженная                          Рис.15. Двойная жесткая шарнирная компоновка                                                        компоновка

Двойная жесткая шарнирная компоновка

В Томском политехническом институте разработана принципиально новая конструкция компоновки, предназначенной для предупреждения искривления скважин.

Снаряд (рис. 15) имеет удлиненный центратор, состоящий из верхнего 13 и нижнего 12 расширителей-переходников, соединенных отрезком трубы 1. В нижнем расширителе-переходнике находится эксцентричная втулка 10 с фиксатором поворота 4. Для предотвращения утечки промывочной жидкости в нижнем расширителе-переходнике установлен резиновый патрубок 3, закрепленный с помощью втулки 2 и гайки 11. Расширитель-переходник 12 через трубу 9 жестко связан с корпусом двухплечевого шарнира 8. Верхнее плечо шарнира входит во внутреннее отверстие эксцентрично расположенной втулки, а нижнее плечо соединено через переходник 5 с колонковой трубой 6. К ни жней части колонковой трубы присоединен породоразрушающий инструмент 7, имеющий усиленное боковое армирование.

Благодаря наличию эксцентричной втулки можно получить в призабойной зоне фрезерующее усилие до 10 кН, действующее перпендикулярно стенке скважины в направлении, противоположном естественному искривлению. Это позволяет снижать интенсивность естественного искривления в 2 – 4 раза.

Жесткие компоновки с эксцентричной массой

При использовании компоновок с эксцентричной массой необходимо учитывать несколько подходов к теории работы снарядов этой группы.

Впервые дебалансный снаряд был разработан в Томском политехническом университете (ДС-1-ТПИ).

При вращении дебалансного снаряда вокруг некоторой оси (рис. 16) центробежная сила имеет либо разное направление с гравитационной силой (рис. 16, а), либо одинаковое с ней направление (рис. 16, б). Таким образом, суммарные дезориентирующие силы, действующие на висячую и на лежачую стенку скважины, не равны между собой, причем вторая из них больше. Поскольку скважины по большей части выполаживаются, то применение дебалансного снаряда приводит к уменьшению интенсивности этого процесса и к стабилизации скважины.

Механизм работы компоновок со смещенным центром тяжести предполагает регулирование центробежной силы или ее полное устранение независимого от частоты вращения и обеспечение вида движения, уменьшающего искривление скважин.

Рис. 16. Схема работы                             Рис. 17. Характер вращения компоновки

дебалансного снаряда:                             (по Страбыкину И.Н., Нескромных В.В.):

а – дебаланс у висячей стенки                 а-симметричная компоновка;

скважины; б – дебаланс у                        б-эксцентричная компоновка.

лежачей стенки скважины.

Жесткие компоновки с переменным моментом инерции поперечного сечения

В КазИМСе были разработаны и исследованы компоновки для алмазного бурения, имеющие различные значения осевого момента инерции относительно главных осей (рис. 18).

Рис. 18. Поперечные сечения компоновок с переменным моментом инерции сечения по различным осям:

а – цилиндрическая компоновка с двумя параллельными  плоскими поверхностями;

б – овальная компоновка.

Использование на ряде месторождений колонковых наборов с овальным поперечным сечением показало возможность снижения интенсивности искривления в 1,5 – 2 раза по сравнению со стандартными наборами из круглых колонковых труб.

Коронки неправильной формы

Базированные коронки

Базированные коронки (рис. 19) предназначены для снижения интенсивности искривления скважины.

Коронка состоит из корпуса 1 к которому присоединена металло-керамическая матрица 2, содержащая естественные или искусственные объемные 3 и подрезные 7,8 алмазы. Наружная часть торца матрицы наклонена под углом γ к поперечной оси. В наклонной части торца матрицы выбран паз 4 (на рис. 15 горизонтальная проекция паза показана пунктиром). В боковую поверхность матрицы вмонтированы базовые направляющие 5,6. Базовые направляющие разнесены на угол β. Наружная поверхность матрицы коронки, заключенной между сторонами угла β, подрезными алмазами не армирована.

Рис. 19. Схема базированной коронки

При появлении некоторой посторонней поперечной силы, вызванной известными геолого-техническими причинами, величина и направление равнодействующей всех поперечных сил меняется, но не выходит за пределы сектора, ограниченного базовыми направляющими, что исключает возможность прижатия матрицы ее вооруженной частью к стенке скважины и резко снижает интенсивность увода скважины от первоначального направления.

Базированная коронка защищена авторским свидетельством (автор Кривошеев В.В.).

Коронки с эллиптическим торцом

Одним из перспективных направлений создания технических средств для снижения интенсивности естественного искривления скважин является разработка новых типов ПРИ.

Снижение необходимых осевых нагрузок на коронку без уменьшения удельных осевых нагрузок может достигаться путем разработки оригинальных конструкций матрицы (схема размещения и крупность алмазов, состав матрицы) или путем сокращения площади торца коронки.

Рис. 20. Схема работы коронки с эллиптическим торцом

Особенностью коронки, предлагаемой для снижения интенсивности искривления, является наличие эллипсной кольцевой формы рабочей части (рис. 20), причем большая ось эллипса по наружному контуру равна диаметру формируемого ствола скважины, а малая ось по внутреннему – диаметру керна. Эллипсная форма торцевой части позволяет создать коронки со сколько угодной малой площадью торца без изменения конструкции колонкового набора, поскольку при этом формируются ствол скважины и керн, имеющие стандартный диаметр.

Коронки с незамкнутым торцом матрицы

В Иркутском политехническом институте разработана теория снижения интенсивности искривления с использованием алмазных коронок с незамкнутым концом матрицы (рис. 21).

Рис.21. Схема алмазной коронки с незамкнутым концом.

Идея использования подобной коронки заключается в следующем. Несовпадение центра тяжести торца матрицы с точкой приложения осевого усилия приводит к появлению изгибающего момента, постоянно действующего по линии АВ независимо от вида движения коронки и стремящегося ориентировать след плоскости изгиба колонкового набора по этой линии.

5. Выбор средств и описание технологии развития искривления

Гибкие компоновки

Шарнирные компоновки позволяют регулировать интенсивность естественного искривления скважин в изотропных породах. Для выполаживания скважин используются одношарнирные компоновки (рис. 24) характеризующиеся тем, что диаметр колонковой трубы на один стандарт меньше диаметра ПРИ, имеющего утолщенную матрицу (12А3, 13И3). В качестве ПРИ при бурении скважин шарнирными компоновками могут использоваться алмазные и шарошечные долота.

За счет веса бурильных труб шарнир прижимается к лежачей стенке скважины, и между осями компоновки и скважины появляется угол перекоса, ориентированный на выполаживание. Различаются две конструкции одношарнирных компоновок – с опорой на коронку и промежуточной опорой.

Двухшарнирные компоновки (рис. 25) применяются для уменьшения зенитного угла скважины. Однако снижение зенитного угла (Δθ) не должно превышать величины, определяемой из выражения (19)

,                                   (19)

где D – диаметр скважины; d – диаметр БТ; l – длина колонковой трубы; lк – длина коромысла; L – длина интервала искривления; f – угол перекоса коромысла (f = 5 – 7 град).

При несоблюдении этого условия может начаться выполаживание скважины (рис. 26) за счет перемещения верхнего шарнира от лежачей к висячей стенку скважины.

При исследовании работы шарнирных компоновок выяснилось, что компоновка вращается не только вокруг своей оси, но и вокруг оси скважины, накатываясь на стенку. Таким образом, при правом вращении снаряда имеет место левая прецессия снаряда (рис. 27).

Интенсивность искривления скважин компоновками в ряде случаев достигает 1 – 1,5 град/м, в среднем же находится на уровне 0,2 – 0,3 град/м.

Основным элементом шарнирных компоновок является буровой шарнир, обеспечивающий передачу крутящего момента и осевой нагрузки от одного к другому несооснорасположенному элементу бурильной колонны.

Рис.24. Одношарнирная компоновка.               Рис.25.Двухшарнирная компоновка

Рис.26.Выполаживание скважин                                Рис.27.Обратная прецессия

двухшарнирной компоновкой.                                   бурового снаряда

Шарнир ШБЗ-6 (рис. 28) состоит из корпуса 1, оси 2 и четырех специальных пальцев 3, которые входят в соответствующие гнезда оси и окна корпуса. Пята 5, прижимаемая пружиной 6 к сферической поверхности оси, предназначена для уменьшения утечек промывочной жидкости. Пальцы от выпадания удерживаются втулкой 4. С колонной БТ шарнир соединяется переходником 7. Диаметр шарниров от 44 до 73 мм.

Рис.28. Шарнир ШБЗ-6:

1-корпус; 2-ось; 3-палец; 4-втулка; 5-пята; 6-пружина; 7-перехожник.

Коронки правильной формы

Конусные коронки специальной геометрии

Коронки специальной геометрии, предложенные Боярко Ю.Л., предназначены для пространственного искривления скважин в анизотропных породах. Ориентация снаряда при их применении не требуется, однако предварительно необходимо определить величину и направление вектора анизотропии пород. В процессе искривления производится отбор керна, что является главным преимуществом коронок данного типа.

Если рабочую поверхность коронки сделать конусной так, чтобы рабочие поверхности режущих элементов образовали конус (внутренний или наружный), тогда при пересечении анизотропных горных пород под острым углом к оси снаряда будет происходить неравномерное разрушение пород забоя (рис. 29).

Рис.29. Схема искусственного искривления скважин коронками специальной геометрии

Балансированные коронки

Для управления искривлением скважин в ТПИ разработаны балансированные коронки (авторы Кривошеев В.В., Нейштетер И.А., Сулакшин С.С., Дельва В.А.).

Характер искривления и направление искривления зависят от соотношения сил, формирующихся на боковых поверхностях матрицы коронки, являющихся результатом разложения некоторой дезориентирующей силы N, которая, в свою очередь, является продуктом действия геолого-технических факторов, отклоняющих скважину от первоначального направления. Соотношение сил зависит от количества подрезных алмазов на боковых поверхностях матрицы, поэтому появляется возможность управления искривлением, увеличивая или уменьшая соотношение подрезных алмазов на боковых поверхностях коронок, и обеспечивая тем самым левое или правое отклонение скважины от первоначального направления естественного искривления. Немаловажное значение здесь играет и фрезерующая способность подрезных алмазов. Определенно, в частности, что наиболее эффективно фрезеруют стенку скважины острые алмазы изометричной формы. Таким образом, эффект искривления скважины в нужном направлении может быть усилен за счет установки на соответствующих поверхностях алмазов различной формы (дробленых или овализованных).

6. Выбор технических средств и описание технологии искусственного искривления скважины

Исходя из фактической геологической выбираем следующие средства для искусственного искривления скважины при её внепроектном отклонении от заданной трассы:

· отклоняющий снаряд типа СО-73/46 конструкции ВИТР;

· ориентатор “Курс”;

· расширитель ступенчатый типа РС-59/76;

· фрезер разбурник;

· шарнирная компоновка – ШК-73.

Отклонитель СО-73/46 (конструкции ВИТР)

Схема отклоняющего снаряда СО-73/46 показана на рисунке 24.

Цельно металлический клин 1, соединён с корпусом отклонителя 3, срезающимися заклёпками 2, и шпонкой-ограничителем обеспечивающей клину, после срезания заклёпок свободное перемещение вдоль оси на длину шпоночного паза.

Отбурочный снаряд, отличающийся по диаметру на 2 стандартных размера от диаметра корпуса клина, состоит из стандартной алмазной или твердосплавной коронки 11 (в моём случае алмазная коронка типа ВИЗ) и короткой колонковой трубы 10. Через втулку 4, муфту 9 и гайку 8 колонковая труба соединяется с бурильной трубой 7. Муфта 9 крепиться в корпусе отклонителя срезающимися винтами 5.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7