Раздел 7. Технология искусственного искривления скважин

7.1. Вписываемость отклонителя

После проведения инклинометрии скважины и определения угла установки отклонителя рационально оценить вписываемость отклонителя, компоновки для проработки интервала искусственного искривления, колонкового набора или любого прямолинейного бурового снаряда с геометрическими параметрами длиной l и наружным диаметром d и могут ли они перемещаться в процессе спуско-подъемных операций без деформации по уже сформированному криволинейному стволу скважины, имеющему кривизну K и диаметр D, т.е. при наличии радиального зазора Δ=(D–d)/2, или формировать ствол скважины некоторой кривизны. Движение колонкового снаряда по В.П. Зиненко [4] можно рассматривать состоящим из ряда элементарных перемещений, в сумме дающих сложную криволинейную траекторию. Под вписываемостью колонкового снаряда понимается возможность его перемещения без деформации по стволу скважины, имеющему предельную для данных параметров снаряда кривизну (рис. 26). Предельная кривизна, отвечающая условию вписываемости, определяется геометрическими параметрами снаряда и ствола скважины. В соответствии с рис. 26 имеем:

, (7.1)

где δ – общий угол искривления на интервале ствола, равном длине снаряда или отклонителя l.

Отсюда следует:

. (7.2)

Изменение траектории на угол δ происходит на длине l, поэтому предельная кривизна ствола должна быть:

. (7.3)

Подставив значение угла δ, получим

. (7.4)

Пример. Определить предельную кривизну ствола, в котором при спуске отклонителя длиной l=3 м при радиальном зазоре 3 мм этот снаряд будет свободно (без деформации перемещаться).

В соответствии с выражение (7.4)

м^–1,

что соответствует интенсивности искривления

градус/м

П

Рис. 26. Схема вписываемости в ствол колонкового набора

ри l=2 м и зазоре 1 мм K=4·10^–3 м^–1, I=4·10^–3·57,3=0,229 градус/м.

В приведенных примерах для отклонителя не соблюдаются условия вписываемости, поэтому прямолинейный отклонитель или буровой снаряд деформируются, становятся криволинейными с кривизной, зависящей от кривизны ствола. При этом в теле снаряда возникают напряжения от изгиба:

, (7.5)

где EI_o – жесткость при изгибе; W_o – осевой момент сопротивления площади поперечного сечения.

Вращение колонны труб в данных стесненных условиях возможно в форме Ф₁ - Ф₃, которая характеризуется переменными напряжениями в сечениях снаряда. Если данным сечением не передается сжимающая или растягивающая осевая нагрузка, то напряжения о изгиба характеризуются симметричным циклом. При симметричном цикле изменения напряжений с учетом качества изготовления бурового снаряда, наличия резьбы, условий работы в агрессивной среде бурового раствора резко снижается величина допустимого напряжения [ ]_т, которая для стальных труб разведочного сортамента для приближенных оценочных расчетов может быть равна величине приблизительно 50 МПа. Тогда с учетом коэффициента запаса прочности примем следующее условие прочности:

. (7.6)

Отсюда допустимая кривизна ствола скважины не должна превышать:

. (7.7)

В том случае, когда сечение буровой колонны передает осевую сжимающую или растягивающую силу, определяющую величину напряжения сжатия или растяжения σ_ос=P_ос/F (где F – площадь опасного сечения), условие прочности для асимметричного цикла напряжений записывается в виде

. (7.8)

Принимая n=1,3 и подставляя значение σ_из из формулы (7.5), находим из выражения 50 допустимую кривизну:

. (7.9)

Таким образом допустимая кривизна скважины должна определяться из условия прочности бурового снаряда. Расчетные значения кривизны скважины должны гарантировать безаварийную работу бурильного вала, так же как и отклонителя.