Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Учебное пособие Яковлев.doc
Скачиваний:
13
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
3.98 Mб
Скачать

5.5. Выбор нагрузки и места установки центратора в маятниковой компоновке

Маятниковые КНБК используются в зависимости от углов падения пород, характеристики перемежаемости их по крепости, диаметров долот, вида бурения, нагрузки на долото и выполняются одним из вариантов:

- долото, УБТ, бурильные трубы;

- долото, УБТ расчетной длины, ОЦЭ, УБТ, бурильные трубы;

- долото, забойный двигатель с передвижным или межсекционным центратором на расчетном расстоянии от долота, УБТ, бурильные трубы;

- долото, турбобур, центратор, УБТ большого диаметра, центратор, УБТ.

Маятниковые компоновки эффективны при бурении малоустойчивых пород, как правило, слабо влияющих на искривление скважин. Размеры маятниковых КНБК, а также осевую нагрузку на долото, которая при этих КНБК заметно влияет на искривление ствола, следует выбирать в соответствии с нижеприведенными рекомендациями. Выбор маятниковых компоновок осуществляется использованием таблиц 5.7-5.16. Ключом к применению таблиц 5.8-5.10 для маятниковых КНБК является таблица 5.7, в которой указан диапазон равновесных зенитных углов для эталонных отвесных компоновок, состоящих из УБТ одного диаметра и используемых при роторном способе бурения.

Работая с таблицами 5.8-5.10, следует пользоваться данными по бурению соседних с планируемыми скважин, проведенных ротором без ограничения нагрузки и без центраторов. Для анализа предпочтительно использовать скважины, в которых максимальный зенитный угол стабилизировался. В таких случаях прогнозирование дает наиболее точные результаты.

Если в процессе бурения получаются зенитные углы, значения которых меньше нижнего значения диапазона, указанного для соответствующих условий в таблице 5.7, то, пользуясь таблицами 5.8-5.10, следует отнести геологические условия к слабому влиянию пород на искривление ствола скважины.

Если в процессе бурения эталонной отвесной компоновкой получающиеся значения зенитных углов больше верхнего диапазона, указанного для соответствующих условий в таблице 5.7, то геологические условия следует относить к сильному влиянию пород на искривление ствола.

Таблица 5.7. Диапазон равновесных зенитных углов (град) для эталонной роторной отвесной компоновки из УБТ одного диаметра

Диаметр трехшаро-шечного долота, мм

УБТ 203 мм

УБТ 178 мм

УБТ 146 мм

Нагрузка на долото, кН

80

160

240

60

120

180

40

80

120

393,7

1-3

2-5

3-8

-

-

-

-

-

-

295,3

1,5-4

2,5-6

4-10

-

-

-

-

-

-

269,9

2-5

3-7

5-12

-

-

-

-

-

-

244,5

-

-

-

2-5

3-7

5-12

-

-

-

215,9

-

-

-

2-6

3-8

6-15

-

-

-

190,5

-

-

-

-

-

-

2-5

3-7

5-12

165,0

-

-

-

-

-

-

2-8

3-10

6-18

Если же в процессе бурения эталонной отвесной компоновкой получающиеся значения зенитных углов имеют промежуточные значения, можно считать, что порода незначительно влияет на искривление скважины.

При отсутствии данных по бурению эталонной отвесной компоновкой ротором без центрирующих приспособлений и ограничении нагрузок, допускается использование данных по естественному искривлению скважин, пробуренных в том же районе на других площадях в соответствующих породах (с теми же углами падения пластов, что и по рассматриваемой скважине). Если таких данных нет, следует пользоваться таблицами 5.11–5.16.

В таблицах 5.11-5.16 рекомендуемая нагрузка на долото иногда превышает значения, допустимые для данного долота по его прочности. В этих случаях нагрузку на долото при бурении следует ограничивать паспортной допустимой величиной для долота данного размера.

Если же рекомендуемая безопасная (из-за возникновения недопустимого искривления) нагрузка на долото слишком мала, чтобы быть эффективной при бурении долотами обычного типа, бурение без ограничения нагрузки может быть успешно реализовано. Например, при применении алмазных долот или долот типа ИСМ.

Бурение с ограниченными, против оптимальной, нагрузками не допускается. Поэтому, если рекомендуемая в таблицах 5.11–5.16 нагрузка меньше той, которая может быть успешно (с достижением минимума стоимости метра бурения) реализована при бурении, то это значит, что применение маятниковых компоновок нецелесообразно.

Для предотвращения искривлений ствола в данных случаях следует рекомендовать применение жестких КНБК с несколькими центраторами, ребристую трубу РТ, НСУ или другие подобные средства.

Для определения условия слабого, среднего или сильного влияния пород на искривление ствола при использовании таблиц 5.11–5.16 следует учитывать разделение пород по степени их влияния на искривление скважины, приведенное в примечании к таблице 5.14.

При определении технико-технологических условий, близких к базовым, которые приведены в таблицах 5.8–5.10, но не идентичны им, для корректировки расстояния между долотом и ОЦЭ вводится поправочный коэффициент К. Указанный коэффициент складывается из:

- К11=0,9), учитывающего наличие неустойчивых пород в разрезе скважины (при наличии таковых);

- К22 = 1,05) или К33 = 0,95), учитывающих возможное применение долот ближайшего по нормали большего или меньшего размеров (того же типа);

- К44 = 0,9) или К55 = 1,1), учитывающих увеличение или уменьшение достигнутых реальных зенитных углов (против базовых) в условиях увеличения или уменьшения последних вплоть до двух раз;

- К66 = 1,0) или К77 = 0,98), учитывающих возможное увеличение или уменьшение плотности бурового раствора на реальных скважинах по отношению к базовым данным в случае увеличения или уменьшения в ту или другую сторону до 150 кг/м3. Иначе данные таблиц не интерпретируются.

При малых углах падения пластов теоретическая безопасная нагрузка иногда превосходит допустимую для данного размера долота. Это значит, что при бурении на долото можно передавать для его работы полную нагрузку и она будет безопасной с точки зрения возникновения зенитного угла более 4-6 во время работы с данной КНБК.

Иногда, при сильном влиянии пород на искривление скважины при больших углах падения пластов, допустимая (безопасная с точки зрения появления искривления) нагрузка на долото имеет весьма незначительные величины, которые могут быть успешно реализованы в ряде случаев при бурении, например, алмазными долотами.

В некоторых случаях это указывает на то, что в отмеченных условиях применение маятниковых КНБК для целей предотвращения искривления скважин неэффективно с экономической точки зрения.

При слабом влиянии пород на кривизну скважина при бурении ее без ограничения нагрузки и без центраторов искривляется на величину от 3-5 до 10, при среднем – от 11 до 20, при сильном – более 20.

Таблица 5.8. Оптимальный состав отвесной КНБК для бурения роторным способом/забойным двигателем при слабом влиянии пород на кривизну (α = 2, ρ = 1350 кг/м3)

Диаметр долота, мм

Нагрузка на долото, кН

50

100

150

200

300

400

400

393,7

ДЛ, Ш; 35мУ203

ДШ, 2ТС240

ДЛ, Ш;10 м

У229,55мУ203

ДШ, 2ТС240

ДЛ, Ш; 20 м

У229, 70мУ203

ДШ, 3ТС240, Р270

ДШ, 35мУ229,

Ц392, 90мУ203

ДШ, 4ТС240,

Р270, 20мУ203

ДШ, 40мУ254,

120мУ203

ДШ, 38мУ254,

Ц392, 30мУ203,

160мУ203

295,3

ДЛ, Ш;35мУ203

ДШ, 2ТС240

ДЛ, Ш;

65мУ203

ДШ, А; 2ТС240

ДЛ, Ш; 20мУ229,

70м У203

ДШ, 2ТС240, Ц292

ДШ, 35мУ229,

90 мУ203

ДШ, 2ТС240, Р260

ДШ, 30мУ229,

Ц292, 27 мУ203,

Ц292, 100мУ203

ДШ, 4ТС240,

Р260, 50мУ203

В устойчивых

215,9

ДШ, 50мУ178

ДШ, А; 2ТС195

ДШ, 80мУ178

ДШ, 2ТС195

ДШ, 22мУ178,

Ц212, 110мУ178

ДШ, 3ТС195, Ц212

ДШ, 21мУ178,

Ц212, 24мУ178,

Ц212, 120мУ178

ДШ, 3ТС195,

Р202 (или В195,

16мУ178, Р202)

породах

рекомендуются

жесткие КНБК

190,5

ДШ, 70мУ146

ДШ, А; 2ТС172

ДШ, 130мУ146

ДШ, 2ТС172

ДШ, 18мУ146,

Ц187, 160мУ146

ДШ, 3ТС172, Р176

(или В172, 6мУ146, Р176)

В устойчивых породах

рекомендуются жесткие КНБК

140,0

ДШ, 130мУ100

ДШ, В120,

100мУ108

ДШ, 250мУ108

ДШ, В120,

200мУ108

Условные обозначения: Д – долото, Л – лопастное, Ш – шарошечное, А – алмазное (ИСМ), У – УБТ, Т – турбобур

или электробур, С – секционный, В – винтовой двигатель, Ц – центратор, Р – ребристая труба.

Таблица 5.9. Оптимальный состав отвесной КНБК для бурения роторным способом/забойным двигателем при среднем влиянии пород на кривизну (α = 4, ρ = 1500 кг/м3)

Диаметр долота, мм

Нагрузка на долото, кН

50

100

150

200

300

300

393,7

ДШ, 35мУ203

ДШ, 2ТС240,

20мУ203, Р270

ДШ, 20мУ229, 45мУ203

ДШ, 2ТС240,

16мУ203, Р270

ДШ, 34мУ229,

Ц392, 50мУ203

ДШ, 3ТС240,

8мУ203, Р270

ДШ, 40мУ254,

65мУ203

ДШ, 4ТС240,

Р270, 20мУ203

ДШ, 32мУ254,

Ц392, 140мУ203

295,3

ДШ, 35мУ203

ДШ, 2ТС240,

10мУ203, Ц292

ДШ, 35мУ203,

Ц292, 30мУ203

ДШ, А; 2ТС240,

8мУ203, Р260

ДШ, 33мУ229, Ц292, 50мУ203

ДШ, 3ТС240, Р260

ДШ, 30мУ229,

Ц292, 28мУ203,

Ц292, 65мУ203

ДШ, 2ТС240, Р260

215,9

ДШ, 50мУ178

ДШ, А; 2ТС195,

9мУ173, Р202

ДШ, 20мУ178,

Ц212, 60мУ178

ДШ, 2ТС195,

6мУ178, Р202

ДШ, 21мУ178,

Ц212, 25мУ178,

Ц212, 85мУ178

ДШ, 3ТС195, Р202

190,5

ДШ, 20мУ146,

Ц187, 50мУ146

ДШ, А; 2ТС172,

7мУ146, Р176

ДШ, 18мУ146,

Ц187, 20мУ146,

Ц187, 90мУ146

ДШ, 2ТС172,

Р176

В устойчивых породах

рекомендуются жесткие КНБК

140,0

ДШ, 14мУ108,

Ц138, 16мУ108,

Ц138, 100мУ108

ДШ, В120,

100мУ108

Таблица 5.10. Оптимальный состав отвесной КНБК для бурения роторным способом/забойным двигателем при сильном влиянии пород на кривизну (α = 6,

ρ = 1650 кг/м3)

Диаметр

долота,

мм

Нагрузка на долото, кН

30

50

100

200

2

393,7

ДШ, 25мУ229

ДШ, Т240,

25мУ203, Ц392

ДШ, 30мУ254

ДШ, А; 2ТС240,

20мУ203, Ц392

ДШ, 30мУ254,

Ц392, 20мУ203

ДШ, 3ТС240, 10мУ229, Р270

ДШ, 30мУ254,

Ц392, 30мУ203,

Ц392, 50мУ203

ДШ, 4ТС240,

Р270,

295,3

ДШ, 25мУ203

ДШ, А; Т240,

15мУ203, Ц292

ДШ, 28мУ203,

Ц292, 20мУ203

ДШ, А; 2ТС240,

10мУ203, Ц292

ДШ, 28мУ229, Ц292, 25мУ203

ДШ, 3ТС240, Р260

ДШ, 26мУ229,

Ц292, 28мУ203,

Ц292, 70мУ203

ДШ, 4ТС240, Р260

215,9

ДШ, 30мУ178

ДШ, А; 2ТС195,

10мУ178, Ц212

ДШ, 22мУ178,

Ц212, 20мУ178

ДШ, А; 2ТС195, 8мУ178, Ц212

ДШ, 20мУ178,

Ц212, 25мУ178,

Ц212, 35мУ178

ДШ, 3ТС195, Р202

190,5

ДШ, 50мУ146

ДА, Ш; 2ТС172,

Р176

ДШ, 20мУ146,

Ц187, 50мУ146

ДА, Ш; 2ТС172,

Р176

140,0

ДШ, 13мУ108,

Ц138, 15м У108, Ц138,

80мУ108

ДШ, А; В120, 100мУ108

В устойчивых породах рекомендуются жесткие КНБК

Таблица 5.11. Выбор безопасной величины нагрузки и места установки центратора в маятниковой компоновке для стабилизации зенитного угла скважин на уровне 4-6. Угол падения пластов 7

Влияние пород на искривление

Угол, к которому стремится скважина, град.

Нагрузка, кН

Расстояние от полноразмер-ного центратора до долота, м

без центра-

торов

с центратором без

наддолотного

калибратора

При роторном бурении трехшарошечным долотом диаметром 295 мм с УБТ диаметром 203 мм

Слабое

4

190

270

23-26

Среднее

4

102

133

27-30

Сильное

4

49

60

29-32

Слабое

6

340

Скважина вертикальная

Среднее

6

250

370

19-21

Сильное

6

147

187

24-26

При бурении многосекционным турбобуром диаметром 240 мм

Слабое

4

320

335

26-29

Среднее

4

155

200

27-30

Сильное

4

69

87

28-32

Слабое

6

610

Скважина вертикальная

Среднее

6

420

То же

Сильное

6

225

310

24-27

В графе по рекомендуемому месту установки центратора даются две цифры. При этом центратор ни одним из своих торцов при его установке в диапазонном интервале не должен выходить за пределы отведенного лимита по длине бурильной колонны.

Приведем пример выбора маятниковой КНБК в случае бурения ротором, когда реальные условия планируемой скважины, которая должна быть пробурена как вертикальная, несколько отличаются от условий, зафиксированных в базовых таблицах (наиболее общий случай).

Пример. Допустим, что по условиям применения эталонной КНБК на соседней с планируемой скважине установлено, что влияние пород на кривизну слабое: мм.

Ддол = 244,5 мм; Рд = 200 кН. Породы неустойчивы.

Плотность раствора 1200 кг/м3. Фактически достигнутый зенитный угол в рассматриваемом интервале αф = 4.

Требуется проверить возможность выбора маятниковой КНБК для бурения с равновесным углом αр = 2, ротором, долотом диаметром 215,9 мм (того же типа, что и на соседней скважине).

Решение.

Из таблицы 5.8 следует, что:

- вертикальность с отклонением до 2 гарантируется при заданных начальных условиях при бурении плотных пород. В данном примере породы неустойчивы.

Следовательно, нужно применить коэффициент К11 = 0,9);

- применяющееся долото диаметром 244,5 мм (ближайшее по нормали) больше по размерам, чем базовое (215,9 мм). Поэтому введем К22 = 1,05);

- реальный зенитный угол по эталонной КНБК равен 4 , что в два (не более) раза больше, чем в таблице 5.8. Таким образом, следует ввести коэффициент К44 = 0,9);

- требуемая плотность бурового раствора меньше базовой на 150 кг/м3 (не более). Это можно учесть с помощью данных таблицы 5.14, используя коэффициент К77 = 0,98).

Таблица 5.12. Выбор безопасной величины нагрузки и места установки центратора в маятниковой компоновке для стабилизации зенитного угла скважин на уровне 4-6.

Влияние пород на искривление

Угол, к которому стремится скважина, град

Нагрузка, кН

Расстояние от полно-размерного центратора до долота, м

без центраторов

с центратором без

наддолотного

калибратора

При роторном бурении трехшарошечным долотом диаметром 295 мм с УБТ диаметром 203 мм

Угол падения пластов 15

Слабое

4

88

112

27,0-30,5

Среднее

4

39

47

29,0-32,5

Сильное

4

С навеса

-

-

Слабое

6

130

169

24,0-27,0

Среднее

6

59

74

26,0-29,0

Сильное

6

23

29

25,0-38,0

Угол падения пластов 45

Слабое

4

41

51

29,0-33,0

Среднее

4

С навеса

-

-

Сильное

4

То же

-

-

Слабое

6

52

71

26,0-29,0

Среднее

6

22

27

27,0-30,0

Сильное

6

9

10

27,0-31,0

При бурении многосекционным турбобуром диаметром 240 мм

Угол падения пластов 15

Слабое

4

130

164

28,0-31,0

Среднее

4

54

66

29,0-32,0

Сильное

4

21

26

29,0-33,0

Слабое

6

200

250

24,0-27,0

Среднее

6

184

105

26,0-29,0

Сильное

6

33

41

27,0-29,0

Угол падения пластов 45

Слабое

4

58

66

28,0-32,0

Среднее

4

22

28

29,0-33,0

Сильное

4

10

12

30,0-33,0

Окончание таблицы 5.12

Влияние пород на искривление

Угол, к которому стремится скважина, град

Нагрузка, кН

Расстояние

от полно-размерного центратора до долота, м

без центраторов

с центратором без

наддолотного

калибратора

Слабое

6

76

96

26,0-29,0

Среднее

6

30

40

27,0-29,0

Сильное

6

13

15

27,0-29,0

Таблица 5.13. Выбор безопасной величины нагрузки и места установки центратора в маятниковой компоновке для стабилизации зенитного угла скважин на уровне 4-6. Угол падения пластов 7

Влияние пород на искривление

Угол, к которому стремится скважина, град

Нагрузка, кН

Расстояние от полноразмер-ного центратора до долота, м

без центраторов

с центратором без

наддолотного

калибратора

При роторном бурении трехшарошечным долотом диаметром 215,9 мм

с УБТ диаметром 178 мм

Слабое

4

143

190

20,5-22,5

Среднее

4

69

87

22,0-24,0

Сильное

4

29

36

23,0-26,0

Слабое

6

300

-

Скважина вертикальная

Среднее

6

193

278

17,0-19,0

Сильное

6

198

130

18,5-20,5

При бурении многосекционным турбобуром диаметром 195 мм

Слабое

4

174

233

18,5-20,5

Среднее

4

78

98

20,5-22,5

Сильное

4

32

40

21,0-23,0

Слабое

6

420

-

Скважина вертикальная

Среднее

6

240

325

17,0-20,5

Сильное

6

112

143

18,0-20,0

Таблица 5.14. Выбор безопасной величины нагрузки и места установки центратора в маятниковой компоновке для стабилизации зенитного угла скважин на уровне 4-6.

Влияние пород на искривление

Угол, к которому стремится скважина, град

Нагрузка, кН

Расстояние от полноразмер-ного центратора до долота, м

без центра-

торов

с центра-

тором без

наддолотного

калибратора

При роторном бурении трехшарошечным долотом диаметром 215,9 мм

с УБТ диаметром 178 мм

Угол падения пластов 15

Слабое

4

56,0

70,5

21,5-24,0

Среднее

4

22,5

28,0

22,0-25,0

Сильное

4

8,3

10,7

23,0-26,0

Слабое

6

8,7

111,0

19,0-21,0

Среднее

6

36,0

44,5

20,0-22,5

Сильное

6

14,8

17,5

20,0-23,0

Угол падения пластов 45

Слабое

4

24,1

30,0

22,0-25,0

Среднее

4

9,3

11,5

22,0-260

Сильное

4

4,2

4,8

23,0-26,0

Слабое

6

32,0

40,5

20,0-22,0

Среднее

6

12,5

15,7

20,0-22,0

Сильное

6

5,2

6,4

20,0-22,0

При бурении многосекционным турбобуром диаметром 195 мм

Угол падения пластов 15

Слабое

4

61,3

80,0

20,5-23,0

Среднее

4

25,0

31,0

21,5-24,0

Сильное

4

8,7

12,3

21,5-24,0

Слабое

6

98,0

126,0

18,5-21,0

Среднее

6

40,0

50,0

19,0-21,5

Сильное

6

15,2

18,8

19,5-21,5

Угол падения пластов 45

Слабое

4

26,7

33,5

21,5-24,0

Среднее

4

10,2

12,7

21,5-24,0

Сильное

4

4,3

5,4

21,5-24,0

Слабое

6

35,5

45,0

19,5-21,5

Среднее

6

13,8

17,4

19,5-21,5

Сильное

6

5,7

5,7

20,0-22,0

Таким образом, общий коэффициент К в данном случае равен:

К = К1 ·К2 ·К4 ·К7 = 0,9·1,05· 0,9·0,98 = 0,83.

Ответ.

Требуемая для обеспечения заданной вертикальности маятниковая КНБК при роторном бурении должна иметь следующий состав (см. таблицу 5.10 для

Рд = 200 кН): долото диаметром 215,9 мм; длина УБТ диаметром 178 мм – 17,5 м; ОЦЭ диаметром 212 мм; длина УБТ диаметром 178 мм – 20 м; ОЦЭ диаметром 212 мм; длина УБТ диаметром 178 мм – 120 м; бурильные трубы.

Здесь расстояния между центраторами равны 83 % от длины, рекомендуемой в таблице 4.8 в соответствии с полученным коэффициентом К.

Примечание. Допустимый износ центраторов в маятниковой КНБК от их расчетных значений к моменту смены на новые - до 5 мм по диаметру.

Условие соблюдено.

Таблица 5.15. Выбор безопасной величины нагрузки и места установки центратора в маятниковой компоновке для стабилизации зенитного угла скважин на уровне 4-6 при роторном бурении трехшарошечным долотом диаметром 190 мм с УБТ диаметром 146 мм. Угол падения пластов 7

Влияние пород на искривление

Угол, к которому стремится скважина, град

Нагрузка, кН

Расстояние от полноразмер-ного центратора до долота, м

без центра-

торов

с центра-

тором без

наддолотного

калибратора

Слабое

4

74,0

102,0

16,0-17,5

Среднее

4

35,0

45,0

17,5-19,5

Сильное

4

14,5

18,5

18,0-20,0

Слабое

6

165,0

-

Скважина

вертикальная

Среднее

6

102,0

140,0

14,0-15,5

Сильное

6

50,0

65,0

15,5-16,5

Таблица 5.16. Выбор безопасной величины нагрузки и места установки центратора в маятниковой компоновке для стабилизации зенитного угла скважин на уровне 4-6 при роторном бурении трехшарошечным долотом диаметром 190 мм с УБТ диаметром 146 мм

Влияние пород на искривление

Угол, к которому стремится скважина, град

Нагрузка, кН

Расстояние от полно-размерного центратора до долота, м

без центра-

торов

с центра-

тором без

наддолотного

калибратора

Угол падения пластов 15

Слабое

4

28,5

36,0

17,5-19,5

Среднее

4

11,5

14,0

18,0-20,0

Сильное

4

4,3

5,4

18,5-20,5

Слабое

6

44,0

58,0

15,5-17,5

Среднее

6

19,0

23,0

16,5-18,0

Сильное

6

7,0

8,4

16,5-18,5

Окончание таблицы 5.16

Влияние пород на искривление

Угол, к которому стремится скважина, град

Нагрузка, кН

Расстояние от полно-размерного центратора до долота, м

без центра-

торов

с центра-

тором без

наддолотного

калибратора

Угол падения пластов 45

Слабое

4

12,0

15,4

18,0-20,0

Среднее

4

4,7

6,0

18,5-20,5

Сильное

4

1,9

2,5

18,5-20,5

Слабое

6

16,5

20,5

16,0-18,0

Среднее

6

6,4

8,0

16,5-18,5

Сильное

6

2,5

3,3

16,5-18,5

Условие отличия по нагрузке от базовых Рд не более, чем на 20 кН соблюдено, т.е. соблюдены необходимые и достаточные условия данного расчета.