Глава 4. Технические средства для направленного бурения скважин

4.1. Технические средства для регулирования кривизны направленных и

многоствольных скважин

Классификация методов и технических средств

При направленном бурении скважин и их отклонениях от проектной трассы необходимо применять средства регулирования кривизны стволов скважин для их выведения в заданные точки пространства. В тех случаях, когда установлена необходимость применения средств искусственного искривления скважин, необходимо произвести оценку возможности и эффективности того или иного средства, начиная от более простых к более сложным и дорогостоящим, например в последовательности, показанной на схемах рис. . Технические средства для регулирования кривизны скважин можно классифицировать на следующие основные группы:

А. Методы и средства регулирования кривизны в процессе бурения скважин:

1. регулирование зенитного угла и азимута в результате изменения вида бурения и управления осевой нагрузкой Р, частотой вращения бурильной колонны N и расходом промывочной жидкости Q для конкретного вида бурения и породоразрушающего инструмента;

2. стабилизация зенитного угла и азимута, в т.ч. при горизонтальном бурении, в результате применения жестких, центрированных, винтовых, трехгранных стабилизирующих компоновок и колонковых наборов, в том числе для снарядов ССК-КССК, колонн КГК;

3. снижение зенитного угла и азимута в результате применения эксцентричных, асимметричных и других компоновок, в том числе со смещенным центром тяжести, утяжеленных труб и специальных компоновок пневмо- и гидроударных, винтовых и других машин (двигателей);

4. увеличение зенитного угла и азимута в результате применения шарнирных, ступенчатых, конусных и других компоновок, снарядов плавного искривления и специальных компоновок гидроударных, винтовых и других машин и двигателей.

Б. Технические средства для искусственного искривления скважин в любом проектном направлении разделяются на группы:

1. стационарные клинья для забуривания дополнительных стволов, отхода от интервалов аварий и других специальных работ: клиновые стационарные отклонители, т.е. не извлекаемые открытые, частично извлекаемые и извлекаемые закрытые клинья однократного действия.

2. отклонители для регулирования кривизны стволов и проведения скважин по проектной трассе, в том числе многоствольных скважин:

2.1. клиновые извлекаемые отклонители, то есть ориентируемые отклонители однократного действия, обеспечивающие искривление скважин с отбуриванием с естественного забоя ствола меньшего диаметра;

2.2. конусно-клиновые и другие извлекаемые отклонители, то есть ориентируемые отклонители многократного действия, обеспечивающие дискретное искривление с естественного забоя скважины при сохранении ее диаметра;

2.3. бесклиновые и другие скользящие отклонители, то есть ориентируемые извлекаемые отклонители непрерывного действия, обеспечивающие искривление в процессе бурения заданного интервала скважины при сохранении ее диаметра;

2.4. бесклиновые скользящие забойноприводные отклонители на основе турбобуров, винтовых двигателей, специальных гидро- и пневмоударных машин, то есть ориентируемые извлекаемые отклонители непрерывного действия, обеспечивающие искривление без вращения бурильной колонны в процессе бурения заданного интервала скважины при сохранении ее диаметра.

Для искусственного искривления скважин при их направленном бурении разработано большое число различных отклоняющих устройств, имеющих существенные отличия в их принципиальных кинематических схемах, назначении и областях применения. Ниже приведены номенклатура (табл. ) и описание наиболее широко распространенных на практике конструкций.

Н е и з в л е к а е м ы е с т а ц и о н а р н ы е к л и н ь я о д н о к р а т н о г о и с п о л ь з о в а н и я после установки на пробку любой конструкции на заданном интервале скважины, последующего отбуривания от клина ствола в новом направлении и выполнения им геологической задачи, из скважины не извлекаются. Конструкция клиньев типа СКО, устанавливаемых на ориентированный подпятник, позволяет после завершения бурения дополнительного ствола от такого клина извлечь его отклоняющий желоб на поверхность и использовать повторно с установкой на тот же подпятник, но с ориентацией желоба по другому направлению, например, отличающемуся на 90…180.

Специальные клинья закрытого типа с опорой на бурильные трубы предназначены для оперативного перебуривания пропущенных угольных пластов (а также зон других полезных ископаемых), отбора технологических проб и затем после бурения дополнительного ствола уменьшенного диаметра (как правило, небольшой длины) извлекаются на поверхность, а бурение основного ствола может быть продолжено. Клинья этой конструкции могут быть использованы многократно.

Стационарные клинья устанавливаются на искусственный забой (металлическую, щебеночную, цементную пробку, специальный подпятник или пробку-мост из синтетических смол и т.п.), предназначенный для перекрытия ствола скважины, или на оставленную в скважине в результате аварии буровую колонну, колонковую трубу и т.д.

К н е и з в л е к а е м ы м к л и н ь я м о т н о с я т с я:

Клинья открытого типа, которые позволяют забуривать дополнительный ствол породоразрушающим инструментом того же диаметра, что и диаметр основного ствола.

• клин отклоняющий стационарный КОС, КОС-У – 73-230', КОС, КОС-У – 57-230', КОС, КОС-У – 44-230' ВНИИ методики и техники разведки (ВИТР) в комплекте с пробкой – искусственный забой ПЗ-73, ПЗ-57 и ПЗ-44; модернизированный КОС с разделенными узлами раскрепления объединения «Сосновгеология»;

• клин стационарный с телескопическим контейнером для установки в кавернозных скважинах объединения «Сосновгеология»;

• клин отклоняющий стационарный с гидравлической системой его раскрепления в стволе скважины КОСГ-73-230' и Косг-57-230', разра-ботанный на основе КОС ВИТРа;

• стационарный клин КС-89, 73, 57 б. «Востказгеологии»;

• клин СКО-89, СКО-73 и СКО-57 в комплекте с искусственным забоем – подпятником «Читагеологии» (извлекаются только цельнометаллический отклоняющий желоб, основной ствол остается закрытым).

И з в л е к а е м ы е к л и н ь я з а к р ы т о г о т и п а для оперативного бурения дополнительных стволов меньшего диаметра с целью опробования пропущенных угольных пластов (а так же отбора керна других полезных ископаемых), отбора технологических проб: это клинья типа КПП-73 ВИТРа и КПП-89 и 73 мм б. «Донбассгеологии».

Стационарные клинья опускаются в скважину на бурильных трубах и крепятся к установочному патрубку или отбурочному устройству заклепками, срезаемыми весом труб или усилием гидравлики станка при установке клина на забой скважины

или пробку. Диаметр заклепок рассчитывают по формуле:

d

где а – коэффициент степени разгрузки буровой колонны при срезании заклепок (0,7-0,8);

L – длина колонны бурильных труб, м;

q – масса одного м труб, кг;

_ст , _ж – плотность металла труб и промывочной жидкости, г/см³;

n – число заклепок;

 - допускаемое напряжение на срез для металла заклепок, кгс/см².

Угол наклона или скоса  отклоняющего желоба клина определяют по формуле:

tg = d_ср./e_ж

где d_ср. - полусумма наружного и внутреннего диаметров трубы, из которой изготовлен клин, мм;

l_ж – длина отклоняющего желоба по образующей трубы, мм.

Клин, установленный в скважине, вызывает в колонне бурильных труб дополнительное напряжение изгиба, которое зависит от угла наклона  отклоняющего желоба. Поэтому при выборе угла должно быть выполнено условие

  __max, где _max – максимально допустимое приращение угла искривления скважины при работе с клином, определяются по формуле:

Q_max = 115 _изг. / d_нЕ,

где _изг. - допускаемое напряжение на изгиб, кгс/см²;

е_ж – длина отклоняющего желоба, см;

d_н – наружный диаметр бурильных труб, см;

Е – модуль предельной упругости, кгс/см².

При отбуривании ствола от стационарного клина и образовании перегиба особенно важно определять максимально допустимый радиус искривления колонны бурильных труб с учетом формы ствола скважины и концентрации местных напряжений в резьбовых соединениях по формуле:

R_min =

Где f – стрела перегиба, см; f = (D_{скв .}- d_н) /2;

l_н – длина полуволны оси бурильной колонны, м;

к_i – коэффициент запаса прочности, равный 1,4-1,6;

_-1 – предел выносливости при симметричном цикле;

_m – среднее постоянное напряжение цикла;

 - модуль упругости, кгс/см²; = (2_-1-₀)/₀;

₀ – предел выносливости при асимметричном цикле;

_к – коэффициент для различных марок сталей.

После отбуривания ствола от стационарного клина и особенно при углах наклона желобов больше _max, необходимо производить проработку ствола с помощью различных калибрующих устройств и приспособлений, описание которых дано ниже.

Неизвлекаемые стационарные клинья

П р о б к а - и с к у с с т в е н н ы й з а б о й П З^* конструкции ВИТР предназначена для перекрытия ствола скважины на заданной глубине и является опорой для стационарного клина (рис. ).

Пробки -забой ПЗ-73, ПЗ-57 и ПЗ-44 имеют серийный выпуск и предназначены для установки в скважинах, пробуренных породоразрушающим инструментом диаметром 76, 59 и 46 мм с нормальной разработкой стволов (до 3-5 мм). Перед постановкой пробки и клина рекомендуется произвести кавернометрию (это обеспечит выбор интервала их устойчивого раскрепления в стволе скважины)  .

С т а ц и о н а р н ы е о т к л о н я ю щ и е к л и н ь я серийного производства КОС-76-230^; Кос-57-230^ и КОС-44-130^* и модернизированные клинья КОС-У конструкции ВИТР (рис. ) имеют аналогичные конструкции и предназначены для забуривания дополнительных стволов скважин диаметром соответственно 76, 59 и 46 мм: КОС-У имеют одну раскрепляющую плашку, более мощную и отжимающую желоб к противоположной стенке скважины. Клинья могут устанавливаться для забуривания дополнительного ствола как в сторону

выполаживания скважины, так и изменения их азимута  . Постановка стационарных клиньев любых конструкций на выкручивание скважин не рекомендуется, так как не исключено его падение и перекрытие ствола скважины (рекомендуется стационарные клинья устанавливать с максимальными углами установки не более 90). Техническая характеристика клиньев приведена в таблице

П р о б к а для создания искусственного забоя в скважине (Тул НИГП а.с.38116) состоит из корпуса 1, который имеет форму сходящихся вершинами усечения конусов. В корпусе имеется внутренний центральный канал 2, который через боковые каналы-окна 3 соединяется с наружной поверхностью в районе шейки, образованной сходящимися коническими поверхностями корпуса. В верхней части корпуса имеется левая резьба для соединения с колонной бурильных труб 4. Нижняя часть корпуса имеет законушенную форму.

Пробку доставляют к месту установки в скважине на колонне бурильных труб. Законушенная нижняя часть корпуса способствует лучшему прохождению пробки. При необходимости спуск пробки может производиться с промывкой, которая подается из бурильных труб через центральный и боковые каналы. Опустив пробку до намеченного места установки, промывают скважину, затем подают через бурильные трубы заклиночный материал (битый фарфор, кварц, алюминиевая или медная сечка, куски проволоки и т.д.), начиная от мелких фракций. Размер заклиночного материала подбирают в зависимости от разработки ствола скважины. Для определения величины разработки ствола скважины и выбора места установки клина рекомендуется производит кавернометрию (также как при постановке любого клина).

После доставки заклиночного материала в зазор между корпусом и стенками скважины производят закрепление (расклинивание) пробки. В результате резкого спуска пробки вниз или подъема и затяжки вверх. При этом частицы заклиночного материала прочно расклинивают корпус пробки в скважине. Лучшим вариантом закрепления пробки является резкий спуск вниз, т.к. в этом случае вибрации, возможные удары и т.п. ведут не к освобождению и проседанию пробки, а к дополнительному ее закреплению. Убедившись в прочности закрепления пробки, вращением вправо производят отсоединение колонны труб от нее. Колонну бурильных труб поднимают на необходимое расстояние от пробки, промывают, затем через колонну транспортируют на пробку необходимое количество засыпочного материала для создания «подушки» без дополнительного рейса и для доставки засыпочного материала к пробке.

С т а ц и о н а р н ы е к л и н ь я КС-89, КС-73, КС-57 «Востказгеологии» имеют аналогичные конструкции и предназначены для забуривания стволов в скважинах диаметром 93, 76 и 59 мм. Практически целесообразно, что клинья КС (рис. ) снабжены специальным отбурочным устройством ОУ, предназначенным для забуривания дополнительного ствола выше желоба стационарного клина на

0,3-0,4 м, что позволяет снять перегиб ствола скважины в средней части желоба клина. Распорное устройство КС позволяет отклонить и удержать желоб на стенке скважины, противоположной направлению отбуривания дополнительного ствола.

Клин КС состоит из желоба 8, раскрепляющего устройства 1-6, корпуса 6, имеющего продольные сквозные прорези и образующие в верхней части одну выдвижную пластину, в нижней их две; к ним приварены две клиновидные распорные планки 3. Внутри корпуса размещены распорные клинья 1 и 5, соединенные со штоком 4, причем верхний 5 приварен к нему, а положение нижнего может регулироваться его вращением по резьбе штока. С корпусом клинья соединены винтом 2.

Клин опускается в скважину на отклоняющем устройстве ОУ, позволяющем после завершения его ориентации, производить забуривание дополнительного ствола тем же рейсом при сохранении диаметра скважины. Устройство ОУ соединено с клином заклепками 9 и состоит: из направляющего шпинделя 11, который имеет в нижней части накладку 10, входящую в желоб клина (разрез В-В); корпуса 16, на который наворачивается алмазная коронка 12 с центрирующей втулкой 13, свинчиваемой при вращении гайкой 14, центрирующего переходника 15, фильтра 20, срезаемого винта 17, колонковой трубы 19 с переходником 18,

шарнира 21, бурильной трубы 22.

Принцип работы стационарного клина КС с отбурочным устройством ОУ заключается в том, что под действием осевой нагрузки срезается штифт 2 и происходит раскрепление клина в стволе скважины, затем срезаются винты 17 и корпус ОУ перемещается по направляющему штоку 11 вниз, а переходник 18 упирается своим торцом в упорную гайку, в результате при дальнейшей нагрузке срезаются винты 9, связывающие ОУ с клином. После этого отбурочное устройство опускается, перемещается вниз по желобу клина и направляющий шток с накладкой расклинивается между поверхностью желоба и стенкой скважины. Далее при включении вращения бурильной колонны переходник 18 входит в зацепление с гайкой и свинчивает ее. Это приводит к освобождению колонкового набора и становится возможным забуривание пилот-ствола с зарезанием противостоящей стенки выше верха желоба.

Длина интервала забуривания стенки скважины соответствует длине направляющего тока и для ОУ-59 равняется 0,7 м, для ОУ-76-1,0 м. В нижней части этого интервала в стенке скважины образуется уступ в катетом до 1,5-2,0 см. Это позволяет продолжить в следующем рейсе забуривание дополнительного ствола укороченным колонковым набором (1,0-1,5 м) или ступенчатой компоновкой с сохранением диаметра ствола с нижней точки предыдущего интервала без зарезания верха желоба.

В объединении «Сосновгеология» разработано два варианта стационарных клиньев, применяемых при производств буровых работ  .

а. К л и н с м о д е р н и з и р о в а н н ы м з а к р е п л я ю щ и м

у с т р о й с т в о м, в котором для клина КОС имеются два узла раскрепления, срабатывающие независимо друг от друга (рис. ). Устройство состоит из двух раскрепляющихся конусов 1, плашек 2, срезных штифтов 3, шлицевой втулки 4 и вала 5. Через удлинитель 6 устройство соединяется с ложком 7. После ориентации и постановки на забой штоком 8 происходит раскрепление нижнего узла. Это обеспечивает закрепление клина в двух сечениях ствола скважины при значительной разнице в его разработке (до 10-15 мм).

б. К л и н с р а с к р е п л я ю щ и м у с т р о й с т в о м в в и д е т е л е с- к о п и ч е с к о г о к о н т е й н е р а (а.с. 1283349), в котором на забой доставляется БСС, для забуривания дополнительных стволов в кавернозных скважинах. Клин состоит из переходника 1, штифта 2, связанного с желобом 3, контейнера из двухтрубного корпуса 5, 10, плунжера 6 с профильным сечением, на один конец которого закреплен желоб 3, а другой с поршнем расположен внутри контейнера и зафиксирован срезной шпилькой 7. Узел раскрепления выполнен в виде распорного конуса 8 на нижнем конце внутренней трубы контейнера 5, имеющей отверстия, выше которых установлена пробка 9. Каждая трубчатая секция 5 снабжена герметизирующими элементами 10.

При установке этого клина в скважине осуществляется его двойное раскрепление: механическое конусом 8 и БСС из контейнера, что позволяет начинать забуривание ствола в относительно твердых породах практически сразу после его постановки, а в сильно кавернозных породах после затвердения смеси.

С т а ц и о н а р н ы й к л и н т и п а Х о л л – Р о у получил в зарубежной практике наибольшее распространение. Выпускается несколько модификаций клиньев различных диаметров (рис. ), в том числе с подачей на забой цементного раствора (схема 1) и различных механических вариантов раскрепления (схемы 2-6). Для отбуривания ствола в новом направлении от клина типа Холл-Роу малого диаметра наиболее широко применяется компоновка с алмазным долотом типа «бычий нос» и установленным выше конусным алмазным расширителем или обычным расширителем; диаметр расширителей соответствует диаметру скважины, а долота – на один порядок меньше. Один из примеров состава компоновок приведен в таблице  .

Извлекаемые клинья

К л и н ь я д л я п о в т о р н о й п е р е б у р к и КПП ВИТР, «Донбасгеологии» применяют для отбуривания дополнительных стволов (рис. ), для чего их устанавливают на заданном интервале скважины на колонне бурильных труб, вворачиваемых в нижний конус раскрепляющего устройства. Это позволяет после каждого извлечения и ремонта клина устанавливать его в другом направлении или на другой глубине, т.е. использовать многократно, например, для повторной перебурки угольных пластов, отбора керна, проб и т.п.

Клин состоит из корпуса 5 с приваренными электрозаклепками цельнометаллическим желобом 6 (угол 3). Узел раскрепления состоит из двух цельнометаллических распорных клиньев: верхнего 7 и нижнего 10. На верхнем клине закреплена Т-образная направляющая шпонка 9, а нижний имеет паз под эту шпонку, что позволяет этим клиньям перемещаться относительного друг друга, их жесткое соединение для спуска и ориентации клина осуществляется срезаемой шпилькой 8. Верхний распорный клин соединен с отклоняющим желобом 6, а нижний имеет внутреннюю резьбу под конус замка бурильных труб (сечение А-А), которые выполняют роль искусственного забоя. Отбурочный инструмент представляет собой муфту 1. в которую вворачивается долото или колонковая труба с коронкой, следующего меньшего диаметра по сравнению с диаметром скважины. Верхняя часть его муфты имеет две резьбы: во внутреннюю вворачивается конус замка бурильной трубы, а на наружную – наворачивается гайка 2 с двумя выступами (вид В-В), которые соответствуют двум вырезам на переходнике 4.

Методика раскрепления клина заключается в следующем. После ориентации клин устанавливается на забой опорной бурильной колонной, гидравликой станка создается нагрузка для срезания шпильки 8 и винтов 3. Верхний распорный клин 7 шпонкой 9 перемещается по шпоночному пазу нижнего клина 10, что приводит к их раскреплению в стволе скважины. Бурильная колонна опускается вниз и гайка 2 соединяется с переходником 4, что позволяет передать дополнительную осевую нагрузку для раскрепления клиньев 7, 10. Затем нагрузку снижают (до 25-50 даН), включают насос и вращением на 1 скорости шпинделя станка гайку 2 свинчивают с муфты 1; отбурочный снаряд освобождается и начинается процесс забуривания

дополнительного ствола на длину бурильной или колонковой трубы. После выполнения первого рейса дальнейшее бурение может выполняться специальными компоновками, двойными колонковыми трубами и т.п.

После окончания бурения ствола клин зацепляется специальным переходником или метчиком и извлекается вместе с опорной колонной из скважины, что позволяет продолжать бурение колонковым набором основного диаметра.

С ъ е м н ы й к л и н О Д С «Сосновгеологии» является модификацией извлекаемого стационарного клина типа КПП (рис. ) и имеет широкое практическое применение. Клин состоит из корпуса 1, отбурочного набора 2 с шарниром, ложка 3, кососрезанная поверхность которого связана Т-образной шпонкой 7 с клиновой поверхностью распорного клина 4. В транспортном положении клиновые части раскрепляющего узла соединены штифтами 6. В нижней части клин левой резьбой соединяется с деревянной пробкой 5, имеющей косой разрез с предварительной фиксацией половинок деревянными штырями  .

Методика работы с клином. Клин опускается в скважину, ориентируется и затем устанавливается на временную пробку. При осевом усилии 500 даН штыри срезаются и деревянная пробка расклинивается в стволе; при дальнейшем увеличении осевой нагрузки срезается штифт 6 и происходит раскрепление клина в результате смещения по клиновым поверхностям деталей 3,4 раскрепляющего узла. После этого производится забуривание дополнительного ствола в новом направлении отбурочным набором 2. Новый ствол рекомендуется забуривать на «выкручивание», т.к. после извлечения клина (после отбуривания ствола) в стволе остается деревянная пробка, перекрывающая основной ствол. Развитие кривизны дополнительного ствола выполняется снарядами РШС-59/46 и КЖК-59.

С т а ц и о н а р н ы й к л и н о т к л о н я ю щ и й СКО-89, СКО-73, СКО-57 представляет комплект, состоящий из извлекаемого цельнометаллического отклоняющего клина, специального ориентированно устанавливаемого искусственно забоя-подпятника и крюка для извлечения желоба клина из скважины. Клинья предназначены для постановки в скважинах, пробуренных породоразрушающим инструментом диаметрами 93, 76 и 59 мм.

Извлекаемые клиновые отклонители

Отклонители этой группы предназначены для искусственного искривления скважин с естественного забоя и включают следующие изделия: СО ВИТРа, СНБ «Востоказгеологии», СНБ-АС «Южказгеологии», ОС-1 ТПИ, СНБ-КО КазИМСа, ИК (Тетерина), СОАЭРУ «Сосновгеологии», представляющий усовершенствованную модель СНБ-АС   и др.

На практике наиболее часто применяются СНБ-КО и СОАЭРУ. Усовершенствование СНБ-КО «Сосновгеологией» заключается в модернизации ложка и в разработке дополнительного комплекта инструмента: конусного отбурника, расширителя РШС-59/46 и конусной жесткой компоновки КЖК-59 (рис. ). Благодаря этим инструментам обеспечивается бесступенчатый переход от бурения скважины диаметром 59 мм на бурение пилот-скважины диаметром 46 мм и уменьшается вероятность зарезания ложка. Расширитель РШС позволяет сохранить направление пилот-скважины, а компоновка КЖК позволяет увеличить интенсивность искривления скважины на всем интервале бурения со стабильным набором кривизны, равным 0,5-0,8 град/м. Применение компоновки КЖК рационально после постановки любых извлекаемых клиньев, а также отклонителей непрерывного действия, т.к. компоновка обеспечивает стабильный набор кривизны.

Бесклиновые скользящие отклонители

непрерывного действия

Отличительной особенностью скользящих отклонителей является возможность осуществлять непрерывный набор кривизны одновременно с бурением скважины на заданном интервале ее ствола. Набор кривизны осуществляется в результате более равномерного искривления скважины в пределах всего интервала искусственного искривления (для отклонителей со специальной системой отклонения). Это обусловлено возможностью поступательного перемещения таких отклонителей без вращения их наружного корпуса и с сохранением их ориентации по мере разрушения забоя скважины (табл. ).

Протяженность интервала искусственного искривления скважин бесклиновыми скользящими отклонителями определяется проектной интенсивностью искривления ствола на каждом метре его длины, которая должна обеспечить безаварийную работу отклонителя, бурильной колонны, и стойкостью породоразрушающего инструмента.

Эта группа наиболее совершенных в конструктивном отношении отклонителей обладает рядом преимуществ, основными из которых являются следующие:

1. Искусственное искривление осуществляется при сохранении диаметра ствола, что позволяет отклонителю поступательно перемещаться вслед за разрушающимся забоем скважины без потери ориентации его наружного корпуса.

2. Перемещение отклонителя обеспечивает сравнительно равномерное непрерывное искусственное искривление скважины, создавая наиболее благоприятные условия для последующей проработки и углубки ствола.

3. Равномерное искривление ствола в меньшей степени приводит к знакопеременному изгибу бурильной колонны и собственному изгибу корпуса отклонителя, его износу и обрывам.

Раскрепление наружных не вращающихся корпусов таких отклонителей может осуществляться в результате применения многих систем, но наиболее широко применяются пружинно-рычажные, пружинно-клиновые и гидравлические, то есть либо в результате выдвижения из корпуса отклонителя при его постановке на забой под действие осевой нагрузки шлицевых ползунов (полуклиньев, плашек, рычажных планок и т.п.) до упора в стенки скважины (ТЗ-3, СБС,. ОБС. Кедр, ОНД-С, БНК и др.) или гидро-механического выдвижения плашек, клиньев под воздействие давления струи промывочной жидкости на поршневую или иную систему (СНБГМ, ОГМ, ОКГ). Конструкция последних позволяет включать вращение бурильной колонны без постановки их на забой, что создает определенные преимущества в начале процесса искусственного искривления скважин, т.к. может производиться при незначительной осевой нагрузке, что повышает ресурс отклонителя. Однако в твердых породах из-за недостаточного раскрепляющего усилия, а также из-за зашламования промывочной жидкости может вести к проворотам корпуса и к ошибкам в выполнении проектных заданий.

Искусственное искривление скользящими ОНД осуществляется в результате либо перекоса всего корпуса отклонителя в стволе скважины, что не во всех случаях обеспечивает достаточно стабильного набора кривизны (ТЗ-З, БНК, СНБГМ), либо регулируемого изгиба корпуса или внутреннего вала с более точным и надежным набором кривизны на 1 м искривленного ствола (СБС, ОБС, Кедр, ОКГ).

Существует несколько типов скользящих ОНД, которые обеспечивают процесс искривления на основе разных принципов разрушения пород: фрезерования стенки скважины под действием отклоняющего усилия, асимметричного разрушения забоя; совместного фрезерования и асимметричного разрушения при совпадении или противоположном направлении их усилий с перекосом корпуса отклонителя или регулируемого смещения вала в корпусе и др. Анализ и характеристика работы разных систем отклонения приведена в таблице .

На практике отработаны и получили достаточно широкое практическое применение отклонители типа ТЗ, Кедр, ОБС, ОГМ, ОНД-С, ОКГ.

Ниже дана характеристика наиболее совершенных конструкций.

О т к л о н и т е л ь О Н Д – С – 5 9, 4 6 (В.Бруева) разработан в объединении «Сосновгеология»  , имеет достаточно простую конструкцию и обеспечивает стабильные результаты искусственного искривления скважин в твердых породах VII –Х категорий по буримости; результаты бурения по породам IХ-Х категорий (табл. ): при механической скорости 3-4 м/ч и углубке за рейс 4-5 м интенсивность искривления ствола составляла 0,4-1,0 град/м при затратах времени на цикл не более 5 ч, что заметно превышает показатели других отклонителей . Это обеспечивается тем, что в конструкции ОНД-С используется рациональный принцип конусной компоновки КЖК, обеспечивающий выполаживание скважины по плавной дуге со стабилизацией азимутального направления с интенсивностью, не создающей осложнений для бурильной колонны, в т.ч. ССК.

Отклонителль ОНД-С (рис. ) состоит из конусного корпуса 5 с подшипниками 6, клинового распорника 7, распорной втулки 8, пружины 9, шарнира 10 со срезным штифтом 11, вала, состоящего из нижней 2 и верхней 3 частей, подвижно соединенных между собой шлицевым узлом 4; на вал навинчен породоразрушающий инструмент (долото) 1.

П о р я д о к р а б о т ы с О Н Д – С. После спуска и ориентации отклонитель ставят на забой и создают осевую нагрузку, достаточную для срезания штифта. После этого верхняя часть отклонителя с клиновым раскрепителем смещаются вниз относительно его корпуса на величину свободного хода шлицевого соединения. Раскрепитель упирается в стенку скважины, прижимает конусный корпус к противоположной стороне скважины, ось вала с долотом смещаются, образуя на забое перекос торца долота с забоем скважины, что обеспечивает постоянное асимметричное разрушение забоя при создании осевой нагрузки и вращении бурильной колонны. В процессе дальнейшей углубки отклонитель обеспечивает кривизну скважины, определяемую соотношением его основных размеров по формуле:

i = град/м, ( )

где R_с – радиус ствола скважины, м;

r_к – радиус корпуса ОНД-С в точке контакта со стенкой скважины при перекосе, м;

l_к – длина корпуса от точки его контакта со стенкой скважины до торца долота, м.

Технические характеристики

Отклонитель	ОНД-С-59	ОНД-С-46
Диаметр бурения, мм	59	46
Диаметр корпуса статора, мм	56/44	43/38
Допустимая разработанность ствола скважины, мм	6	6
Породоразрушающий инструмент	долота ДДА, алмазные коронки
Интенсивность искривления, град/м	0,3-0,6	0,2-0,5
Длина отклонителя, м	1,1	0,9
Длина статора корпуса, м	0,7	0,6
Масса, кг	16,0	8,0

Отклонитель бесклиновый скользящий ОБС – 7 6, 5 9, 4 6 разработан в ВИТРе (табл. ) и представляет усовершенствованную конструкцию снаряда СБС  . В нем наиболее полно реализуется эффективный процесс искусственного искривления в результате совместного фрезерования стенки и асимметричного разрушения забоя скважины, что обусловлено заданным смещением (перекосом) вала и породоразрушающего инструмента в стволе скважины.

Отклонитель типа ОБС состоит из:

а) невращающегося наружного корпуса, который обеспечивает передачу осевой нагрузки и поступательное прямолинейное перемещение ОБС по стволу скважины по мере разрушения пород забоя без бокового смещения;

б) вращающегося внутреннего полого вала, обеспечивающего возможность изгиба его нижнего шарнирного узла с породоразрушающим инструментом под заданным углом . Конструкция отклонителей ОБС-46(59, 76) состоит (рис. ) из составного невращающегося корпуса (детали 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 17, 20, 21) и вращающегося вала (детали 1, 2, 3, 14, 15, 16, 19, 22, 23). Невращающийся корпус включает два узла раскрепления (верхний – детали 8, 9, 10. 11, разрез А-А, В-В и нижний, разрез Б-Б и Г-Г) и узел отклонения (детали 17, 18, 20, 21) и передает осевую нагрузку от бурильной колонны на породоразрушающий инструмент 23. Вращающаяся часть представлена системой валов и передает на породоразрушающий инструмент только крутящий момент.

Методика работы с отклонителем ОБС. В отличие от снаряда СБС регулирование набора кривизны обеспечивается более простым и надежным способом смыкания ограничительного выступа корпуса 17 со скосом смесителя 20, а регулирование величины зазора и перекоса вала, т.е. интенсивности искривления скважины, обеспечивается толщиной накладок 18, работающих на сжатие.

В зависимости от размера накладок-ограничителей проектная интенсивность искривления может быть задана в пределах 0,5; 1,0; 1,5 град/м, а при необходимости и больше (табл. ).

После установки проектной интенсивности и ориентации ОБС на поверхности, его опускают в скважину, ориентируют, а затем без вращения устанавливают на забой и подают необходимую нагрузку, которая через ведущий вал 1 передается на подшипник 4, тарельчатые пружины 7 и клин 8. Клин перемещается вниз и выдвигает распорную плашку (каретку) 9 за пределы габаритов корпуса, ролики 10 своими кроями врезаются в стенку скважины и удерживают ОБС от бокового проворота. При этом сжимаются пружины 7,3, упорная муфта 6 соединяется с корпусом 8 и таким образом осевая нагрузка передается на породоразрушающий инструмент по наружному невращающемуся корпусу к отклонителю 17. Последний надвигается на смеситель 20 и смещает его от оси отклонителя на величину , определяемую шириной паза ограничителей 18. Ведомый вал 19 изменяет свое положение на указанный угол в шарнире 16 и отклоняет переходник 22 с долотом 23 в проектном направлении. Осевая нагрузка от отклонителя 15 передается на смеситель 16, муфту 18 и подшипниковый узел 4, а затем на переходник 19 и долото, в то время как вращение передается по внутреннему рабочему валу (детали 1, 3, 14, 19, 22) на породоразрушающий инструмент.

В качестве породоразрушающего инструмента в породах средних категорий по буримости используют шарошечные долота (предпочтительно трехшарошечные), а в качестве калибрующего элемента – алмазные коронки; в породах высоких категорий по буримости используют алмазные долота. Испытания отклонителей ОБС в различных геологотехнических условиях подтвердили их стабильную работоспособность (табл. ).

При выполнении искусственного искривления отклонителями ОБС, также как и при использовании отклонителей непрерывного действия других конструкций, выбор проектной интенсивности искривления (в градусах на 1 м) должен увязываться с писываемостью отклонителя, как жесткого цилиндрического тела, в образуемый им

перегиб ствола.

Длина отклонителя в этом случае определяется из формулы:

l₀ = К м, ( ).

а предельная интенсивность искривления и радиус дуги окружности по формулам:

i  8 (D – d₀) / l ₀² град/м,

R_max  l ₀² / 8 (D – d₀) м,

где К – коэффициент, учитывающий разработку ствола, равный 1,01,06;

D - диаметр скважины, м;

l ₀, d₀ – длина и диаметр отклонителя, м.

Если фактическая длина отклонителя превышает его предельную величину по вписываемости, то набор кривизны на 1 м должен быть снижен; этим создаются более благоприятные условия работы отклонителя и бурильной колонны.

Успешное проведение цикла искусственного искривления скважины определяется не только работой отклонителя, так как нормально выполненный цикл состоит из двух обязательных операций: а) спуска и ориентации отклонителя в скважине и отбуривание им интервала заданной длины, б) проработки интервала искривления компоновкой. В технологии практического применения отклонителей ОБС применяется компоновка для проработки интервала искусственного искривления типа КПИИ (рис. ) с входящими в ее состав специальными алмазными калибраторами типа КАНБ (рис. ) конструкции ВИТРа  . Эффективность КПИИ особенно заметна в породах УIII-ХI категорий по буримости и, прежде всего, при бурении скважин снарядами со съемными керноприемниками ССК. В состав компоновки включаются два калибратора, а при бурении скважин ССК в породах Х-ХI категорий могут включаться три КАНБ; в породах УI-УIII категории вместо КАНБ могут использоваться трехшарошечные расширители типа 8РША-59 и 5РША-76.

Компоновка КПИИ состоит из двух звеньев: жесткой (поз. 4, 5, рис. 4, 11) и гибкой (поз. 1, 2, 3), что позволяет в течение одного рейса сглаживать неровности ствола, образовавшиеся на интервале искусственного искривления, и придать стволу плавную овальную форму, обеспечивающую последующий свободный спуск на забой скважины любого колонкового набора. Одновременно наличие гибкого звена позволяет осуществлять развитие кривизны скважины и ее дальнейшую углубку с отбором керна, т.е. проработка ствола выполняется без заметных дополнительных затрат времени и без снижения скорости бурения скважины. Развитие и дальнейший

набор кривизны осуществляется в результате применения (вместо колонковой трубы патрубка с обратной конусностью типа компоновки КЖК с бескерновым долотом.

Применение компоновок КПИИ по результатам их применения в производственных условиях обеспечило значительные преимущества по сравнению с другими вариантами компоновок для проработки стволов скважины, в том числе снижение расхода алмазов на 1 м бурения.

З а б о й н ы е к о м п л е к с ы д л я н а п р а в л е н н о г о б у р е н и я

«К е д р» к о н с т р у к ц и и З а б Н И И  . Комплекс «Кедр»^* является усовершенствованием отклонителей типа ТЗ, предназначен для искусственного искривления геологоразведочных скважин диаметром 59 и 76 мм глубиной до 2000 м в монолитных и слаботрещиноватых породах УI-ХI категорий по буримости (табл. ) и имеет широкое практическое применение. Конструкция отклонителя является комплексной, состоит из собственно регулируемого отклонителя, ориентатора и узла контроля искривления, что позволяет:

• настраивать отклонитель на заданную интенсивность в диапазоне 0,2-1,5 град/м перед спуском его в скважину;

• выполнять многократное самоориентирование в скважине на заданный угол в течение одного цикла искривления при зенитных углах 3-60 град.;

• производить контроль фактического ориентирования (по сравнению с заданным) после завершения цикла искривления и подъема отклонителя из скважины;

• отбирать керн укороченной колонковой трубой при выполнении цикла искривления.

Комплекс Кедр скомпонован в три сборочные единицы:

I – распорно-отклоняющий блок, II – ориентирующе-регистрационный блок, III – шлицевой узел; имеет неподвижный статор и вращающийся в подшипниках ротор. Отклонитель в виде переходника с регулируемым углом перекоса обеспечивает искривление ствола за счет изгиба нижней части корпуса и наклона породоразрушающего инструмента к оси скважины. Интенсивность искривления скважины регулируется изменением угла перекоса в кривом переходнике постановкой сменных шайб отклонителя. Выдвижной ползун клинового типа (аналогичен отклонителю типа ТЗ), взаимодействуя со стенками скважины при помощи катков, удерживает статор от проворота при бурении и стабилизирует направление набора кривизны. Механический шариковый ориентатор в виде винтового механизма шарикового типа после спуска комплекса в скважину обеспечивает его автоматическую установку в заданное положение и создает гидравлический сигнал о выполнении этой операции.

Ориентация может повторяться неоднократно.

Как вариант исполнения в конструкцию комплекса может быть включен регистратор, который позволяет получать оперативную информацию о его положении в скважине относительно апсидальной плоскости.

Распорно-отклоняющее устройство содержит нижний подпружиненный узел, узел перекоса, вал-ротор, распорный механизм и узел установки; ориентирующе-распорное устройство содержит узел блокировки, ориентатор, узел статорной пружины, контрольное устройство и верхний вал; шлицевой узел имеет соответствующий шлицевой вал, роторную пружину и крышку с установленным в ней разделительным кольцом.

П р и н ц и п р а б о т ы. Перед спуском забойного комплекса в скважину производится настройка отклоняющего устройства на требуемую интенсивность искусственного искривления на 1 м. Затем, с помощью разъемного шлицевого соединения, комплекс настраивают на заданный угол установки. Для ориентации комплекса в скважине включают подачу промывочной жидкости, комплекс ставится на забой скважины и под действием осевой нагрузки ориентирующее устройство II приводится в рабочее положение. После этого комплекс приподнимают над забоем на величину до 0,5 м. В процессе этой операции за счет взаимодействия деталей ориентатора обеспечивается поворот нижней части статора и установка отклонителя в заданной плоскости искривления. Процесс ориентирования сопровождается кратковременным повышением в начале и понижением в конце давления промывочной жидкости в нагнетательной магистрали, последнее свидетельствует о завершении ориентации.

Для выполнения искусственного искривления скважины комплекс ставится на забой, под действием осевой нагрузки происходит сжатие статорной пружины, благодаря чему обеспечивается выдвижение клинового ползуна до взаимодействия его со стенкой скважины. При этом создается необходимое распорное усилие, стабилизирующее направление перемещения забойного комплекса в скважине.

По окончании цикла искривления забойный комплекс извлекают на поверхность. При наличии регистратора в конструкции комплекса после его подъема на поверхность, по положению шарика регистратора определяют фактический угол установки комплекса в конце рейса для контроля первоначального угла.

Отличительные особенности и технологические возможности заключаются в том, что комплекс обеспечивает новые технологические возможности:

• выполнение искусственных искривлений на больших глубинах, при значительных зенитных углах и в вязких буровых растворах, когда затруднено применение спускаемых электрических ориентаторов;

• дохождение до забоя по шламу, заужениям, вывалам и т.д. без предварительной подготовки скважины и последующее ориентирование комплекса на забое;

• выполнение искусственного искривления в неустойчивый породах и ослабленных зонах за счет многократного повторного ориентирования в течение рейса.

Возможно также искривление скважины с одновременным отбором керна в рудной зоне.

Регулируемая интенсивность искривления в широких пределах позволяет использовать Кедр при всех видах разведочного бурения, в том числе и при бурении снарядами со съемными керноприемниками.

М а л о г а б а р и т н ы й г и д р а в л и ч е с к и й о т к л о н и т е л ь О Г М-59(76) К а з И М С а является усовершенствованной моделью снаряда направленного бурения с гидравлическим раскреплением СНБГМ и предназначен для искусственного искривления скважин диаметром 59 и 76 мм в породах УI-Х категории по буримости с применением стальных (включая ССК) и легкосплавных колонн бурильных труб. По сравнению с прототипом имеет значительно упрощенную конструкцию, в два раза уменьшена масса и длина. Малый вес и простота конструкции облегчают условия применения отклонителей на буровых работах, не требуют предварительной подготовки ствола и забоя скважин. Возможно использование всех известных ориентирующих устройств.

Основные технические характеристики отклонителей ОГМ

Тип	ОГМ-76	ОГМ-59
Наружный диаметр, мм	72	56,5
Длина, мм	650	610
Диапазон регулирования интенсивности искривления, град/м	0,3-2,0	0,3-2,0
Режим бурения: Осевая нагрузка, даН Частота вращения, не более, мин-1	100-3000 350	100-2000 350
Масса, кг	15	8

Искусственное искривление скважин отклонителем ОГМ происходит в результате совместного фрезерования стенки скважины под действием отклоняющего усилия и асимметричного разрушения забоя при совпадении процессов по направлению.

Интенсивность искривления определяют по формуле:

i = 57,3 + град/м, ( )

где V_ф, V_Б – скорости фрезерования стенки скважины и разрушения забоя, м/ч;

D_д – диаметр долота, м;

d_к – диаметр корпуса ОГМ в точке его контакта со стенкой скважины при перекосе, м;

L_ж – длина жесткой части ОГМ, м;

l_к – расстояние от торца долота до той же точки на корпусе ОГМ при перекосе, м.

Отклонитель ОГМ-59 (рис. ) состоит из корпуса 1 и вала 2; в нижней части вала установлен клапан-дроссель 3, предназначенный для создания перепада давления промывочной жидкости (до 0,8-1,0 Мпа при расходе 45-60 л/мин) и предохранения от попадания промывочной жидкости внутрь отклонителя и колонны бурильных труб до включения насоса. В корпусе размещена гидрокамера, состоящая из резиновой камеры 5 и распорной плашки 6. В полость Г гидрокамер жидкость попадает через отверстие Б на валу 2; с последним в постоянном зацеплении находится муфта 4 гидрорасцепки. Муфта находится в зацеплении с корпусом через шлицевое соединение на весь период спуска и ориентации отклонителя в скважине. Расцепление происходит при включении насоса, когда жидкость через отверствие А на валу поступает в полость Д гидрорасцепки. Перекос отклонителя и регулирование набора кривизны выполняется установкой на корпус накладки 8.

Герметизация гидрокамер и подшипников производится постановкой резиновых уплотнителей 10. Осевая нагрузка на корпус передается через упорный подшипник 9, который имеет с валом 2 осевой зазор 0,5-0,8 мм и регулируется постановкой шайб.

М е т о д и к а р а б о т ы с О Г М. После настройки на поверхности отклонитель опускают в скважину, ориентируют над забоем и включают насос. При этом клапан-дроссель 3 перемещается в нижнее положение и обеспечивает выход жидкости на забой. Распорная плашка 6 выходит из прорези корпуса 1 и раскрепляет его в стволе скважины; в это же время муфта 4 гидрорасцепки перемещается в верхнее положение, освобождая вал 2 от зацепления с корпусом. Углубка начинается с минимальных значений частоты вращения и осевой нагрузки с постепенной приработкой забоя и долота и увеличением вращения до 300 мин^-1 и осевой нагрузки до 2000 даН. Скорость бурения рекомендуется не превышать свыше 0,8-1,0 м/ч, а интервал искусственного искривления свыше 2,5 м.

Отклонитель ОГМ рекомендуется применять в составе многофункциональной компоновки МФК-76.

Компоновка МФК-76 (рис. ) включает отклонитель, забойный ориентатор и инклинометр, увязанные в единый технологический цикл так, чтобы в одном рейсе бурения производились операции по ориентированию отклонителя, искривлению скважины в заданном направлении и определению полученных результатов (измерению зенитного и азимутального узлов).

Применение многофункциональной компоновки позволяет получать экономию средств и времени за счет:

• совмещения последовательных операций по ориентированию отклонителя, искривлению и измерению кривизны скважин;

• исключения отрицательных результатов искривления скважин;

• ликвидации простоев в ожидании измерений;

• отказа от услуг инклинометрической службы.

Техническая характеристика компоновки МФК-76

Диаметр, мм	76
Интенсивность набора кривизны, град/м	0,5-1,5
Интервал бурения, м	2 - 3
Тип породоразрушающего инструмента	Долота шарошечные или алмазные
Затраты времени, мин на ориентирование отклонителя на измерение искривления	5,0 2,0
Диапазон измерения зенитного угла, град.	0…90
Погрешность измерения зенитного угла, град.	 1,0
Диапазон измерения азимутального угла, град.	0…360
Погрешность измерения азимутального угла, град.	 5,0
Максимальная глубина применения, м	1000
Максимальная забойная температура, С	50
Длина, мм	1050
Вес, кг	28

О т к л о н и т е л ь к о л о н к о в ы й г и д р а в л и ч е с к и й О К Г-76

к о н с т р у к ц и и В И Т Р а. ОКГ-76 (рис. ) представляет собой принципально новый тип скользящего отклонителя непрерывного действия с гидромеханической системой раскрепления невращающегося корпуса, с регулируемой системой отклонения и отбором керна на всем интервале искусственного искривления  .

Отклонитель состоит из трех основных функциональных узлов:

• узла раскрепления А гидромеханического действия, он предназначен для удержания корпуса ОКГ от проворота в стволе скважины;

• керноприемного узла, включающего специальную алмазную коронку с алмазным расширителем, вал- колонковую трубу с шарнирным элементом;

• узла отклонения конусного типа, обеспечивающего постоянный изгиб компоновки отклонителя с опорой на три точки.

В корпусе раскрепляющего узла выполнены три прорези окна, в которых размещены конусные плашки с роликами. После спуска и ориентации отклонителя над забоем и включения насоса промывочная жидкость через отверстия в вале поступает в поршневую группу, которая при перемещении верхнего корпуса выдвигает при плашки из прорезей и раскрепляет корпус ОКГ в стволе скважины с возможностью поступательного перемещения вращающимися роликами-катками. Избыточное давление создается дросселем в вале с отверстием малого диаметра. Дополнительно ролики установлены в корпусе отклоняющего узла для удержания низа отклонителя от проворота.

Отбор керна производится на всем интервале искусственного искривления на полную длину керноприемной трубы диаметром 44 мм и длиной 2,0 м. Удержание керна производится кернорвательным кольцом, расположенным в теле алмазной коронки с увеличенной шириной матрицы.

Искусственное искривление скважины обеспечивается конусным отклоняющим узлом. При постановке ОКГ на забой конус, располагающийся на вращающемся валу на подшипниках, перемещается внутрь внутреннего эксцентричного конуса, располагающегося на нижнем конце корпуса отклонителя; при этом вал в шарнирном соединении изгибается, обеспечивая искривление скважины с интенсивностью, равной в среднем 0,8 град/м.

Конструкция отклонителя рациональна, т.к. позволяет включать вращение вала над забоем скважины и производить приработку забоя и алмазной коронки при относительно небольшой частоте вращения и осевой нагрузке с постепенным увеличением до оптимальных значений. Также как в отклонителях типа СБС и ОБС осевая нагрузка передается по наружному невращающемуся корпусу, а вращающийся момент – по валу, что предохраняет последний от обрывов при достижении забоя, как это происходит иногда у отклонителей, которые необходимо устанавливать на забой под нагрузкой для удержания корпуса от проворота и лишь затем включать вращение вала (БСНБ, ТЗ, Кедр, СБС, ОБС и др.).

Техническая характеристика отклонителя ОКГ-76

Диаметр искривляемых скважин, мм	76
Допустимая разработка ствола скважины по диаметру, мм, не более	85
Интенсивность искривления, град/м, в пределах	0,5-1,0
Максимальная глубина применения, м, не более	2000-2500
Режим: осевая нагрузка, даН, не более частота вращения, мин-1, не более расход промывочной жидкости, д/мин, не менее	3000 360 35
Габаритные размеры, мм: диаметр длина	73 3000
Масса, кг, не более	50

Забойно-приводные отклонители

Новым перспективным направлением в технике и технологии направленного бурения геологоразведочных скважин малого диаметра является использование забойных двигателей и машин, таких как трубобуры, винтовые двигатели, усовершенствованные гидроударные и пневмоударные машины и др. Наибольшим преимуществом таких отклонителей является возможность осуществлять искусственное искривление скважин в любом заданном направлении без вращения бурильной колонны, благодаря использованию современных и эффективных устройств забойного привода для вращения вала с породоразрушающими инструментом – долотом, этот принцип обеспечивает наиболее точное проведение направленного бурения скважин. Разработка отклонителя на базе винтового двигателя Д1-54 ВНИИБТ осуществлена совместно с ВНИИБТ в ЗабНИИ. Создано два типоразмера отклонителей: ОД-59 с двигателем Д1-54 и ОД-76 с двигателем

Д1-70. Винтовые забойные двигатели (ВЗД) конструкции ВНИИБТ имеют многозаходные винтовые пары, что обеспечивает большую мощность, но меньшую скорость вращения по сравнению с зарубежными однозаходными двигателями. Испытания ОД-59 выполнялись в двух вариантах: с кривым переходником и искривленным корпусом двигателя и показали возможность их практического использования в породах средней твердости на относительно небольших глубинах (до 400-500 м), так как при использовании стандартного геологоразведочного насосного оборудования двигатели развивают невысокую мощность. Для эффективной работы необходимы современные насосы с высоким давлением и большим расходом жидкости.

В конструкции ОД-76 последовательно применены две винтовые пары ДГ-70, что повысило мощность двигателя и отклонитель успешно испытан в породах средних категорий до глубин 1000 и более метров. В ОД-76 для регулирования кривизны использован кривой переходник с регулируемым углом изгиба типа отклонителя «Кедр» и распорное клиновое устройство скользящего типа с вращающимися роликами. Это обеспечивает регулирование интенсивности искривления скважин в диапазоне 0,2-1,2 град/м. Необходимое распорное усилие создается гидропроводом за счет давления промывочной жидкости над рабочими органами ОД-76. Разработаны усовершенствованные ВЗД, например ДГ-60, обладающие более значительными техническими данными.

С целью использования стандартного геологоразведочного насосного оборудования специалистами ВИТР и СКБ (авт.свид. № 1126680, 1285137) предложено усовершенствование гидроударных машин с целью обеспечения вращения долота без вращения бурильной колонны. Испытания отклонителя на базе такой гидроударной поворотной машины показали положительные результаты и перспективность разработок подобного типа.

Зарубежная техника направленного бурения

Зарубежными фирмами разработаны отклонители различной конструкции и назначения.

Известен ряд модификаций стационарных клиньев извлекаемого и не извлекаемого вариантов типа Холл-Роу (США).

Извлекаемые клинья для искривления скважин с естественного забоя разработаны в виде нескольких конструкций: клин Томпсона (США), Рокстрема (Швеция), Клапписопа (Австралия) и др.

Первые две конструкции в настоящее время не отвечают современным требованиям геологоразведочного бурения. Извлекаемый клин конструкции Клапписопа   интересен решением общей компоновки клина, особенно жесткой компоновки для проработки пилот-скважины и интервала искусственного искривления, а также специальных конструкций алмазных долот и расширителей. Такая компоновка позволяет тщательно прорабатывать перегиб ствола и опускать в скважину колонковые трубы длиной до 6 м (в том числе ССК).

Технически более совершенной является конструкция скользящего отклонителя – буровая головка ВИК фирмы «Девико» (Норвегия), являющаяся сравнительно сложным устройством, состоящим из верхнего узла гидрораскрепления пакерного типа и нижнего отклоняющего узла с полым валом для отбора керна. Бурение осуществляется утолщенной алмазной корокой-расширителем.

Раскрепляющее устройство представляет резиновый пакер, герметично раскрепленный на корпусе, в которой из отверстия на валу поступает промывочная жидкость с избыточным давлением от установленного дросселя, пакер раздувается и удерживает корпус от проворота. Перемещение вала и породоразрушающего инструмента осуществляется на 25 см, затем насос выключают, отклонитель перемещают на 25 см без вращения, включают насос и цикл повторяется на общем интервале, равном 1,5 м (аналогично снаряду АН_с, СНБ-3, СНБ-91).

Отклоняющий узел конусного типа аналогичен снарядам БСНБ (М.Н.Олексеенко), ОКГ-73 (ВИТР), однако в нем применен нерациональный вариант изгиба керноприемного вала за счет постановки в его средней части эксцентричного переходника, постоянно изгибающего вал, в связи с чем вал в процессе работы находится постоянно в условиях знакопеременной нагрузки, создающей аварийную ситуацию. Отбор керна происходит на всем интервале бурения с поступлением его в изогнутую трубу-вал.

В зарубежной практике направленного бурения забойно-приводные двигатели ВЗД используются в настоящее время достаточно широко. Наиболее известными являются двигатели типа Дайна-Дрилл и Неви-Дрилл (США), турбобуры типа Маурер (США), винтовые двигатели типа LF (Китай) и другие. Для целей направленного бурения отклонители на базе таких ВЗД, как правило, используют либо с кривым переходником, либо с изогнутым корпусом. Используются варианты с углом изгиба 1; 1,5; 2; 2,5 и 3 градуса. Применение однозаходных винтовых пар приводит к увеличению частоты вращения и возможности бурения алмазными долотами малых диаметров, равных 59, 75(76) мм в твердых породах, однако требует громоздкого насосного оборудования и обвязки.

Установлена следующая зависимость между углами изгиба кривого переходника и изогнутого корпуса ВЗД и набором кривизны, град/м, полученная по цементной пробке при бурении отклонителями типа LF-54 и LF-62 (Китай) – табл.

Сравнительные технические характеристики ВЗД малых диаметров различных конструкций и стран-разработчиков приведены в табл.

Анализ технических характеристик ВЗД различных конструкций позволяет заключить, что двигатели для скважин диаметром 59 мм имеют недостаточные значения параметров для эффективного бурения, в то время как двигатели диаметром 60-69 мм для скважин диаметром 76 мм могут обеспечить направленное бурение с достаточной скоростью и эффективностью.