8.4. Принципы расчета профиля наклонной скважины

Принципы расчета рассмотрим на примере трехинтервального профиля. Расчетная схема приведена на рис. 8.5.

Исходные данные:

z_c – глубина скважины по вертикали;

z₁ - глубина начала искривления;

В – величина отхода от вертикали.

Рассчитывают R, , длину ствола скважины и координаты точек замера контроля кривизны.

Радиус искривления скважины должен удовлетворять двум условиям:

1) трубы, спускаемые в скважину, не должны испытывать напряжения, превышающие предел текучести σ_s их материала. Отсюда

, (8.1)

где d – диаметр трубы; Е – модуль Юнга материала трубы; σ_р – максимальные напряжения растяжения в теле трубы на глубине z₁;

2) приборы и глубинные насосы должны проходить по участку набора кривизны без изгиба. Тогда

R₂ = , (8.2)

г

Рис. 8.5. Схема к расчету

профиля скважины

де L_n – длина спускаемого оборудования; d_в – внутренний диаметр эксплуатационной колонны; d_п – диаметр спускаемого оборудования; k – гарантированный зазор. Из двух величин выбирают больший. Окончательно

k R = (1,05…1,10) R_тах.

Величина угла , длина ствола L и координаты точек рассчитываются по правилам геометрии в соответствии с расчетной схемой.

8.5. Инструменты для искривления скважины

Набор кривизны можно производить как при роторном бурении, так и при бурении с забойными двигателями. В последнем случае задача решается наиболее просто, а поэтому в основном и применяется. В качестве отклоняющего приспособления в компоновку нижней части бурильной колонны включается кривой переводник (рис. 8.6).

На одном из концов кривого переводника нарезается резьба под углом  до 3,5 к оси его вращения. Переводник

устанавливается между УБТ и забойным двигателем (рис. 8.7,а) или входит в состав забойного двигателя (рис. 8.7,б).

В

Рис. 8.6. Кривой

переводник

первом случае (рис. 8.7,а) кривой переводник 1 установлен между УБТ 2 и забойным двигателем 3. Забойный двигатель состоит из собственно двигателя 3 и шпинделя 4, к валу которого присоединено долото 5.

В о втором случае (рис. 8.7,б) кривой переводник 1 установлен между двигателем 3 и шпинделем 4 забойного двигателя, т. е. существенно приближен к долоту 5.

С

Рис. 8.7. Основные компоновки инструмента для искривления скважины

пущенная в скважину компоновка (рис. 8.7,в) частично разгибается за счет упоров в стенку скважины УБТ 2 и долота 5 и в ней возникает упругий изгибающий момент М_у, а на долоте соответствующая ему отклоняющая сила G_o. Таким образом, во время бурения на долото действует не только осевая нагрузка G, но и отклоняющая сила G_о, которая обеспечивает искривление скважины. Например, в Башкортостане и Западной Сибири при бурении наклонных скважин интенсивность искривления составляет около 1,5 на 10 м проходки ствола скважины.

8.6. Ориентирование отклонителя в скважине

После спуска отклоняющей компоновки в скважину ее необходимо установить по заданному азимуту. Такая установка называется ориентированием. Ориентирование в вертикальном и наклонном стволе скважины имеет существенные отличия.

Ориентирование в вертикальном стволе осуществляется относительно направления на север. Наиболее простой способ – сориентировать компоновку на поверхности и далее при спуске инструмента проследить ее положение в скважине. Этот способ осуществляется путем переноса меток по колонне во время спуска и называется спуск по меткам. Способ весьма неточный, но не требует никакого специального оборудования и применяется при небольших глубинах начала искривления.

Второй способ – ориентирование с использованием инклинометра. Для его реализации требуется включение в бурильную колонну немагнитных труб. В настоящее время для этой цели выпускают легкосплавные трубы с увеличенной толщиной стенки и соединяемые без стальных замков. Для самоориентирования инклинометра в немагнитной трубе устанавливают наклонный лоток в плоскости действия отклонителя. После спуска инструмента в скважину в нее спускают инклинометр так, чтобы его корпус лег в лоток и принял наклонное положение. Тогда нуль буссоли будет сориентирован в плоскости действия отклонителя. Прибор, включенный на замер, покажет азимут плоскости действия отклонителя.

Точность ориентирования в вертикальном стволе невелика из-за возможных помех, а поэтому первый ориентированный рейс делают с ограниченной проходкой на долото так, чтобы набрать угол кривизны около 5, при котором обеспечивается надежная самоустановка инклинометра.

О

Рис. 8.8. Схема определения

положения отклонителя в наклонном стволе

риентирование в наклонном стволе производят относительно плоскости фактического искривления скважины. Для этого измеряют параметры наклонного ствола скважины при отсутствии в ней инструмента, т.е. без возможных помех. Таким образом, получают азимут плоскости искривления скважины с достаточной точностью. При ориентировании не требуется использование немагнитных труб. Принцип определения положения отклонителя в наклонном стволе проиллюстрирован рис. 8.8.

В стенке бурильной трубы устанавливается постоянный магнит (метка), а внутри центрирующий ограничитель спуска инклинометра так, чтобы его стрелка и магнитная метка находились в одной плоскости. Тогда стрелка буссоли северным концом будет направлена на магнитную метку, а нуль – на направление фактического искривления скважины. Прибор, поставленный на замер, покажет величину угла _о.

После определения положения отклонителя в скважине проводят расчет угла поворота инструмента ротором для установки отклонителя в заданном направлении. Результаты фиксируются на карточке забойного визирования, как показано на рис. 8.9. Требуемое направление дальнейшего углубления скважины может отличаться от фактического на какой-то угол _т. Кроме того, следует учесть, что при работе забойного двигателя происходит закручивание инструмента под действием реактивного момента на некоторый угол _р.з., который определяется по номограмме. Тогда требуемый угол поворота инструмента составит:

_р = _о + _т + _р.з.. (8.3)

После установки инструмента в требуемом направлении стол ротора стопорится, инструмент перемещается несколько раз вверх-вниз и затем начинается бурение.

Рис. 8.9. Схема определения угла

установки отклонителя