12.2.2.4. Дарт – «андергейдж»
Роторная управляемая система DART, находящаяся на стадии промышленных испытаний, является естественным продолжением развития технологических принципов, заложенных в основу калибратора переменного диаметра (инструмент для ступенчатого изменения интенсивности искривления при роторном бурении и использовании забойных двигателей). Система DART (рис. 101) разработана с целью компенсации или изменения азимута в дополнение к задачам контроля зенитного угла, на прямых участках с большим зенитным углом. Инструмент имеет механический принцип действия и функционирует посредством приложения бокового усилия от стационарного стабилизатора к долоту. Ориентация этого стабилизатора может быть оперативно изменена с поверхности. Принцип ориентирования основан на использовании стационарного (невращающегося) масс-эксцентрика (отвеса), который постоянно находится в подвешенном состоянии по направлению к нижней стенке ствола (рисунок 102).
Рис. 101. Общий вид системы ДАРТ
Контроль азимута осуществляется путем вращения инструмента с целью осуществления набора или сброса угла. Как в случае с калибратором переменного диаметра, система DART обеспечивает роторный тренд. При необходимости получения плавной траектории ствола регулярное вращение торца инструмента обеспечивает бурение с интенсивностью изменения угла, не превышающей 0,33º/10 м. В случае, если ожидается незапланированный азимутальный отход от заданной траектории, или запланирован плавный поворот в азимутальном направлении, ориентация системы DART может быть зафиксирована в одном направлении с целью обеспечения максимально возможной интенсивностью искривления 1º/10м.
Таблица 28
Технические характеристики системы DART
Диаметр инструмента (ствола), мм |
120,6 для бурения скважин диаметром от 152,4 до 165,1 мм |
Длина, м |
7,92 включая наддолотный и первый колонный калибратор |
Тип резьбового соединения |
Муфта 3 ½” IF API (верхнее) х муфта 3 ½” Reg (к долоту) |
Интенсивность набора угла, º/10 м |
1º/10 м (возможна регулировка под меньшие углы) |
Объем подачи раствора, л/с |
9,5 – 15,8 |
Падение давления на инструменте, Мпа |
0,51 при 15,8 л/сек (плотность раствора 1,2 г/см3) |
Минимальный стартовый зенитный угол, º |
45 |
Максимальная температура |
150º C |
Продолжение таблицы 28
Максимальная осевая нагрузка, т |
13,6 |
Максимальный момент на инструменте, кН*м |
13,6 |
Максимальная скорость вращения, об/мин |
220 |
Максимально допустимая проходная кривизна ствола, º/30 м |
18º/30 м (без вращения) |
Рис. 102. Конструкция системы ДАРТ
Принцип действия механической системы трехмерного изменения траектории роторным способом ДАРТ базируется на технологии, заложенной в принцип действия калибратора переменного диаметра.
Инструмент ДАРТ позволяет изменять траекторию скважины в нужном направлении при помощи несоосного калибратора и применения принципа трехточечной стабилизации. Ориентация калибратора поддерживается посредством смещенного центра масс в эксцентрике, постоянно находящемся в нижней части ствола. Изменение вектора радиального смещения долота производится путем совмещения ориентации эксцентрика и несоосного калибратора. Сечение, построенное через стационарный несоосный калибратор, демонстрирует положение торца инструмента (рис. 103). Именно в этом направлении осуществляется смещение долота от оси скважины (рис. 104).
Рис. 103. Принцип действия системы ДАРТ
Рис. 104. Конструкция системы ДАРТ
Система испытывалась на Ближнем Востоке, и получены положительные данные. Целью испытаний являлась проходка горизонтального участка скважины диаметром 155,6 мм с использованием ДАРТ для контроля зенитного угла и азимута ствола скважины.
После выхода из башмака хвостовика диаметром 177,8 мм была поставлена задача по выведению траектории скважины с левым поворотом для возврата на запланированную траекторию. Для выполнения этой задачи инструмент DART был установлен с поворотом на 50° влево от верхней точки окружности. На участке длиной 30 м набор зенитного угла составил +0,55°/10 м, а поворот по азимуту -0,73°/10 м. Указанные величины набора и поворота равны фактическому положению бурового инструмента, повернутого на -53° (влево) от верхней точки окружности, что практически совпало с истинным положением инструмента.
После этого инструмент был выставлен с поворотом на 120° влево от точки зенита (12 часов), чтобы продолжить поворот ствола влево при некотором уменьшении угла кривизны на следующем участке длиной 30 м. Измерения, выполненные в конце 30-метрового участка, показали, что уменьшение зенитного угла составило -0,32°/10 м, а поворот по азимуту влево -0,55°/10 м. Указанные величины сброса угла кривизны и поворота равны фактическому положению бурового инструмента, повернутого на 121° влево от верхней точки окружности, что практически совпало с истинным положением инструмента (рис. 105).
После прохождения этих 60 м операция закончилась отказом телесистемы. Набор, уменьшение зенитного угла и азимута, которые наблюдались в течение всего цикла работ, свидетельствуют о том, что инструмент DART предсказуемо следует заданному направлению.
Рис. 105. Направление действия отклоняющего устройства
При сравнении данных кавернометрии при бурении с ДАРТ и традиционным забойным двигателем (рис. 106) видно, что использование долота с АТП и роторной управляемой системы обеспечивает значительно более гладкий ствол, чем при обычном направленном бурении.
Рис. 106. Сравнение данных кавернометрии при бурении с ДАРТ и
традиционным забойным двигателем
Преимущества системы ДАРТ:
- простая механическая конструкция;
- сравнительно невысокая стоимость;
- возможность использования повсеместно при бурении наклонно направленных и горизонтальных стволов с зенитным углом более 45°;
- малая интенсивность искривления для скважин с большими отходами;
- простота использования ввиду отсутствия телеметрии;
- точность направленного бурения.