Приемы снижения и увеличения кривизны скважин

Эффективным средством снижения интенсивности искривления скважин является применение несбалансированных тяжелых труб, устанавливаемых над колонковым снарядом (см.табл. ). Применение такого низа вынуждает бурильную колонну в основном вращаться по лежачей стенке скважины и при условии достаточности ее массы исключается ориентация низа колонкового снаряда в направлении действия геологических факторов. Это достигается изменением формы поперечного сечения трубы таким образом, чтобы ее жесткость на изгиб в направлении главных осей сечения была неодинакова, что будет вызывать дополнительные затраты энергии на изгиб трубы в плоскости наибольшего сопротивления изгибу (в плоскости ребра), в то время как для труб круглого сечения в любой плоскости затрачивается одинаковая работа. Поэтому, чем больше жесткость некруглой трубы на изгиб, тем больше будут затраты энергии для вращения колонны вокруг собственной изогнутой оси и тем более вероятным будет вращения такой трубы вокруг оси скважины со скоростью вращения бурильной колонны.

При бурении геологоразведочных скважин с использованием труб некруглого (трехгранного и других форм) сечения получено снижение интенсивности искривления скважин по сравнению со стандартной компоновкой.

Эффективными являются компоновки со смещенной массой КСМ, а также дебалансовые снаряды ТПИ, в которых между двумя колонковыми трубами установлен ниппель с эксцентрично закрепленным внутри грузом. Применение таких компоновок позволило снизить интенсивность естественного искривления в 2-3 раза, что обусловлено вращением изогнутого колонкового набора вокруг оси скважины. Для компоновки диаметром 76 мм длина должна должна быть 6,5-7,0 м; для диаметра 59 мм 5,5-6,0 м. Рекомендуется такой же принцип для колонковых наборов ССК-59 с фрезерованием для смещения центра тяжести одной из стенок наружной колонковой трубы. Последствия указанных мероприятий, однако, недостаточно изучены: в частности, возможно возникновение вибраций и повышение одностороннего износа алмазного инструмента.

Наиболее надежные результаты могут быть получены при применении специальных шарнирных и ступенчатых компоновок, снарядов плавного искривления типа СПИ, ТС, фрезерно-шарнирных КФШ (рис. ) Как шарнирные, так и ступенчатые компоновки обеспечивают удовлетворительные результаты по увеличению интенсивности искривления скважин прежде всего при совпадении направления действия компоновки и естественного искривления. Ступенчатые компоновки в меньшей степени зависят от естественного искривления и с большей вероятностью обеспечивают в ряде случаев набор кривизны. Осевую нагрузку и скорость вращения колонны на первых метрах бурения (примерно в пределах длины компоновки) рекомендуется снижать по сравнению с обычным режимом и устанавливать над шарниром трубы тяжелого низа. Это ограничение связано с необходимостью предотвращения опрокидывания компоновки и удержания шарнира на лежачей стенке.

Перспективными являются методы управления процессом направленного бурения скважин технологическими приемами и компоновками гидроударного бурения [ ].

Зарубежные фирмы уделяют пристальное внимание проблеме снижения интенсивности естественного искривления скважин, буримых ССК; при этом основными направлениями разработки технических средств являются:

• обеспечение максимального центрирующего эффекта набора, что реализовано в компоновке типа "Мини-Дрилл", "Мини-Деве";

• повышение устойчивости наборов, что достигается уменьшением числа резьб и высокой точностью изготовления элементов набора; основное внимание уделяется соосности элементов компоновки;

• разработка коронок определенных конструкций, позволяющих бурить при пониженных осевых нагрузках.

Таким образом основные направления решения проблемы совпадают с решениями, выполняемыми в отечественной практике.

Наиболее широкая реализация выполнена в результате разработки компоновки для ССК типа Мини-Деве (рис. ). Она выпускается в четырех типоразмерах AQ, BQ, NQ, HQ.

В состав компоновки (рис. - компоновка разобрана, рис. – собрана)

входят коронка 1, специальный расширитель 2^', имеющий удлиненный корпус, на который надевается втулка 9. Наружный диаметр этой втулки близок к диаметру расширителя 2^'. Между верхней частью корпуса расширителя 2^' и внутренней поверхностью втулки 9 образуется канал для прохода жидкости, которая выходит через отверстия во втулке 9. Выше втулки 9 ставятся два-три стабилизатора 10 со спиральными канавками. Длина расширителя 2 и втулки 9 равна 600 мм. Предусмотрена возможность установки дополнительных центрирующих узлов на расстоянии 2,1 и 3,6 м от коронки 1. Зазор между корпусом компоновки и стенками скважины составляет не более 0,15 мм.

Успешные результаты получены при создании компоновок для обычного алмазного бурения. Для снижения интенсивности сильного естественного искривления скважин наиболее эффективными оказались компоновки колонковых наборов с центраторами (рис. ), которые представляют собой муфты с каналами для прохода промывочной жидкости, выполненными по винтовой линии. Центрирование обеспечивает за счет минимального зазора между центратором и стенкой скважины, а также возникновения при высокой частоте вращения колонны гидродинамического центрирующего эффекта.

Компоновка ТСБИС с центратором с невращающимся корпусом состоит из центратора и ниже гидродинамического центратора, соединенных колонковой трубой с наплавками релита или сормайта длиной 3-6 м и шириной 0,8-1,2 см, располагаемых на трубе через 90⁰ в шахматном порядке. Их применение эффективно для снижения интенсивности искривления скважин при совместном использовании с гидроударными машинами типа ГВ; такая компоновка позволяет снизить интенсивность искривления скважин в 2,0-2,5 раза.

Использование компоновки, состоящей из стандартного колонкового набора с одним или двумя четырехгранным центратором-стабилизатором , установленным над набором (рис. 9.6.), позволяет снизить изгиб колонкового набора и создает условия более стабильного обращения набора вокруг оси скважины, что снижает ее интенсивность искривления. Аналогично разработаны колонковые наборы со смещенным центром тяжести поперечного сечения (КСМ, КазИМС). Они изготовляются из стандартных колонковых труб с закреплением на ее внутренней поверхности металлической полосы^*, которая в сечении имеет форму кольцевого сектора с углом охвата 30-40⁰. При их использовании происходит снижение интенсивности естественного искривления, уменьшался уровень вибрации и повышалась механическая скорость бурения.

Механизм работы КСМ основывается на регулировании центробежной силы при обращении компоновки вокруг оси скважины в направлении, заданном буровым станком, в связи с чем другие виды движения компоновки КСМ в скважине маловероятны. Для снижения интенсивности естественного искривления скважин при бескерновом бурении шарошечными долотами также разработан ряд специальных компоновок, схемы некоторых из них даны на рис. На схеме "а" представлена компоновка диаметром 76,59,46 мм с трехгранным стабилизатором конструкции "Кировгеологии" длиной 4-6 м, грани которого армированы твердым сплавом ВК-8, что обеспечивает: снижение интенсивности естественного искривления в 2-3 раза; увеличивается углубка за рейс на 10-20%, имеет значительный ресурс до 500 м (с реставрацией резьбовых соединений). На схеме "б" дана аналогичная компоновка диаметром 73 мм конструкции "Иркутского политехнического института", в которой стабилизатор изготовлен из коротких патрубков длиной 0,4 м, соединенных толстостенными трубами с удлиненными конусными резьбовыми соединениями и шарнирным переходником для устранения деформации компоновки при бурении. На схеме "в" компоновки КББ-59, 76 конструкции "Севзапгеологии" (Б.Е.Стеблова) с четырехгранными армированными центраторами и соединительными патрубками. Наработка на компоновку до первой

реставрации составлена 65 м, общая до 200-300 м.