Бурению горизонтальных скважин 5

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

15.В твердых и/или абразивных породах тщательно измеряйте размеры стабилизаторов при каждом подъеме. При необходимости - замените стабилизаторы. Проверьте долото. Если размеры его уменьшились - потребуется провести расширение ствола. Не пытайтесь насильно "заталкивать" долото в твердой породе.

16.Тщательно проверяйте все буровое оборудование до начала и после окончания работы. Хорошо бы завести журнал учета образования и развития раковин на поверхности оборудования. Внимательно следите за состоянием торцов соединений.

17. В районах с повышенной опасностью дифференциального прихвата,

сводите к минимуму время замеров координат. Не оставляйте колонну долго в неподвижном состоянии.

18.Поведение какой-либо КНБК в одном месте может существенно отличаться от ее поведения в другом. Опыт работы в конкретном районе необходим для "точной настройки" КНБК.

19.Решение о подъеме колонны для замены КНБК - находится в компетенции руководителя работы. В идеале, этот подъем должен быть согласован с необходимостью замены долота.

20.На наклонном участке ствола скважины, изменение КНБК может быть сведено к замене втулки стабилизатора, находящегося прямо над короткой УБТ.

Весь фокус состоит в определении того, на сколько нужно изменить ее размер.

Иногда изменение размера лишь на 1/16" приводит к существенному изменению поведения КНБК.

21.Высокие скорости вращения делают КНБК более жесткой и этот эффект помогает уменьшить "уход долота" в породах с такими свойствами.

22.Обычно, легче бывает набрать угол с меньшей скоростью вращения.

Однако иногда желательно применять высокие скорости вращения на стадии набора угла в целях более надежного контроля направления. Нагрузка на долото -

основной параметр бурения, влияющий на скорость набора угла.

23. Для помощи "ухода долота вправо" желательно применять более высокую нагрузку на долото и меньшую скорость вращения.

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

24. В мягких породах может возникнуть необходимость уменьшения скорости потока и увеличения нагрузки на долото для уменьшения размывания стенок ствола. Будьте аккуратны! При каждом наращивании (до его начала) -

промывайте ствол полным потоком раствора.

25.Проработка ствола является эффективным методом контроля скорости набора угла в мягких породах. В более жестких породах, этот метод становится менее эффективным. Однако, даже в твердых породах, проработка ствола при каждом наращивании помогает уменьшить силы сопротивления.

26.Меньшая кривизна более пологий ствол малые силы трения

меньший крутящий момент меньше износ труб меньше проблем с образованием уступов на стенках ствола меньше проблем при спускоподъемных операциях. Все эти вещи облегчают жизнь. Однако, нам еще нужно попасть в цель!

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

Раздел 4

Забойные двигатели

Источником энергии забойных двигателей является поток бурового раствора.

Существуют два основных типа забойных двигателей.

•Турбина, принцип действия которой подобен принципу осевого или центробежного насоса

•Винтовой забойный двигатель (ВЗД)

Принцип работы турбины и ВЗД показан на рис. 4.1. Конструкция двигателей полностью отличается друг от друга. Турбины широко применялись несколько лет тому назад.

Рис. 4.1

Однако усовершенствование конструкции долот и ВЗД привело к тому,

что в настоящее время турбины применяются только в особых (специальных)

случаях. В этой главе мы рассмотрим в деталях ВЗД. Турбины рассматриваться не будут.

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

Винтовой забойный двигатель

Впервые такой двигатель (с однодолевой конфигурацией 1:2) был разработан и применен компанией Dyna-drill. С тех пор технология двигателей прошла долгий путь. В этой книге мы рассмотрим сначала принцип работы всех моторов, источником энергии которых является поток буровой жидкости. Позже мы сравним различные типы двигателей. Любой забойный двигатель состоит из четырех основных частей:

1.Узел перепускного клапана

2.Секция преобразования энергии потока раствора

3.Узел соединения вала двигателя с валом шпинделя

4.Подшипники и узел приводного вала

Узел перепускного клапана позволяет наполнять колонну или опорожнять ее при спускоподъемных операциях. При установке на минимальную скорость потока, поршень клапана придавливается вниз, перекрывая выход в затрубное пространство (рис. 4.2). Это приводит к тому, что раствор направляется в мотор. Когда скорость потока становится меньше этой минимальной величины,

то пружина возвращает поршень клапана в положение " открыто ", открывая перепускное отверстие. Во избежание попадания твердой фазы из затрубного пространства (особенно в песчаных формациях), переводник с клапаном устанавливается настолько близко к двигателю, насколько это возможно.

Сам по себе двигатель может работать и без этого клапана. Его можно устанавливать с помощью переводника с тем же размером соединений, что и у двигателя, с полностью закрытым перепускным отверстием. Однако более предпочтительным является применение клапана, т.к. он позволяет наполняться колонне во время спуска и " осушаться" во время подъема.

Секция преобразования энергии потока раствора.

Винтовой забойный двигатель - обратный по своему действию насосу Мойни. Жидкость прокачивается через протяженные кривые поверхности. Сила движения жидкости заставляет вал вращаться внутри статора (рис. 4.3). Сила вращения затем передается через шарнир к приводному валу и, далее, к долоту.

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

Хромированный ротор имеет спирально-винтовую форму. Стальной корпус статора изнутри покрыт сложным резиновым эластомером. В этом покрытии имеются спиралеобразные углубления. Эти углубления на статоре подогнаны под выемки ротора, но количество их на одну единицу больше чем на роторе. Ротор вставляется вовнутрь статора и при сборке они образуют протяженное уплотнение вдоль точек контакта. На рис. 4.4 приведен пример конфигурации ротор/статор 1:2 и 5:6.

Рис. 4.3

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

Рис. 4.4

Двигатель 1:2 для высокой скорости вращения и малого момента

Двигатель 5:6 для меньшей скорости вращения и большего момента

Каждая полная спираль статора называется ступенью. Даже незначительная разница между наружным диаметром ротора и внутренним диаметром статора влияет на мощность двигателя. Эти двигатели делятся на низкоскоростные, среднескоростные и высокоскоростные типы. Скоростные параметры можно менять изменением числа "гребней" ротора, их "покатости" и,

соответственно выемок статора. На рис. 4.5 приведены образцы используемых на практике профилей двигателей.

Чем больше "гребней ", тем выше крутящий момент и ниже выходная скорость вращения. Анадриллом производятся как моторы 1:2, так и многогребневые. Их применяют для решения различных задач. Секцию преобразования энергии бурового раствора часто называют винтовой парой.

Узел шарнира (соединительная тяга). Этот узел соединяется с нижней частью ротора и передает крутящий момент и скорость вращения с ротора на приводной вал и долото. Универсальные соединения преобразуют эксцентричное

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

движение ротора в концентричное движение приводного вала (рис. 4.6). На некоторых моделях двигателей подвижные соединения закрывают защитным резиновым покрытием. Это предотвращает их эрозию от бурового раствора.

Подшипники и узел приводного вала. Приводной вал является стальным,

пустотелым, жестким элементом. Он крепится в обоймах радиальных и осевых опорных подшипников (см. рис. 4.7). Наибольшая часть жидкости течет прямо через центр вала к долоту. Обычный ВЗД содержит следующие подшипниковые узлы:

а. верхние опорные подшипники противостоят гидравлической нагрузке,

весу ротора, шатуна, приводного вала и долота, когда двигатель находится в подвешенном состоянии (не упирается в дно забоя). Обычно они бывают шариковые.

Рис. 4.6 Рис. 4.9

b. радиальные подшипники - втулочного типа, применяются как в верхней,

так и в нижней части. Радиальные подшипники двигателей, выпускаемые Анадриллом, представляют собой втулки с покрытием из карбида вольфрама. Они обеспечивают удержание вала в радиальном направлении. Они так же регулируют поток раствора через подшипниковый узел, отклоняя часть потока (обычно 4-5 %)

на охлаждение и смазку вала, радиальных и опорных подшипников и выводя эту часть прямо в затрубное пространство выше переводника долото/вал. Количество

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

этой части раствора определяется условиями смазки и охлаждения подшипников и потерей давления на долоте.

Закрытые, смазывающиеся маслом, подшипники являются альтернативой втулочным. Закрытые подшипники можно рекомендовать использовать в тех случаях, когда применяется раствор, вызывающий коррозию, когда в растворе содержится значительное количество твердых частиц и по условиям необходимости уменьшения потери давления на долоте.

с. нижние опорные подшипники передают нагрузку от не вращающегося корпуса двигателя на вращающееся долото. Эти подшипники воспринимают нагрузку при бурении. Они могут быть как шариковые (Анадрилл), так и алмазными подшипниками скольжения (Dyna - drill F2000S).

Вращающийся переводник долота - единственная наружная движущаяся часть двигателя. Он имеет соединения в соответствии со стандартами соединений долот API. В некоторых конструкциях двигателей предусматривается установка предохраняющего переводника между корпусом статора и перепускным клапаном в целях предохранения резьбы дорогого корпуса мотора.

Замечание: Все соединения корпусов (за исключением тех, которые находятся над перепускным клапаном) рассоединять и соединять в условиях буровой не допускается. Это должно делаться на базе с правильным крутящим моментом. Как было сказано выше, перепускной клапан не влияет на работу мотора. В некоторых случаях допускается замена перепускного клапана или, при наличии подходящего перепускного переводника, можно обойтись без перепускного клапана. Подъемный переводник нужно применять только при подъеме и укладке.

Гидравлика забойных двигателей

Применение забойных двигателей существенно меняет расчеты гидравлики.

Необходимо учитывать следующие факторы:

1. Допустимый диапазон скорости потока. Каждый тип и размер двигателя рассчитан на определенный диапазон объемов проходящей через него жидкости.

Многогребневые моторы имеют намного больший диапазон допустимой скорости потока бурового раствора, чем двигатель 1:2 при тех же самых размерах

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

(наружного диаметра). Это позволяет производить лучшую очистку забоя -

особенно полезное свойство при больших скоростях проходки.

2. Безнагрузочная потеря давления. При прокачке бурового раствора, в то время как мотор не упирается в забой, а находится в подвешенном состоянии (т.е.

не совершает полезной работы), необходима существенная потеря давления для преодоления сил трения между ротором и статором, чтобы заставить вал крутиться. Потеря давления и скорость вращения пропорциональна скорости потока. Эти величины известны для каждого размера и типа двигателя. Обычно безнагрузочная потеря давления не превышает 7 атм.

3.Потеря давления на моторе. В момент касания долота забоя и приложения нагрузки на долото - давление в системе возрастает. Это увеличение давления обычно называют дифференциальным давлением двигателя. Крутящий момент двигателя возрастает прямо пропорционально увеличению дифференциального давления. Это увеличение давления необходимо для прокачки данного объема жидкости через мотор для выполнения им полезной работы. Его еще называют потерей давления на моторе. Для многогребневых моторов оно может быть 35 атм. и более.

4.Предельное давление. Существует максимальная рекомендованная величина для дифференциального давления двигателя. В этой точке двигателем производится максимальный крутящий момент. Если в области этой точки эффективная нагрузка на долото возрастает, то давление в системе увеличивается.

Уплотнение между ротором и статором нарушается из-за деформации внутреннего покрытия статора и буровой раствор течет через двигатель, не производя при этом полезной работы, не вращая долото. Показания давления в системе подачи резко подпрыгивают и не меняются при увеличении эффективной нагрузки на долото.

Недавние исследования показали, что кривая выходной мощности - парабола

(рис. 4.9), а не непрерывно возрастающая кривая, как считалось раньше. Если двигатель работает на уровне 50-60% от предельного давления, то им производится та же самая работа, что и при величине 90% от предельного давления. Но, в первом случае ситуация оказывается на много лучше, т.к. имеется

СПБГУАП группа 4736

СБГУАППБГУАПгруппагру па47364736https://newhttps://new.guap.guap.ru/i03/contacts.ru/i03/contacts

значительное преимущество до точки предельного давления и при этом существенно удлиняется моторесурс двигателя. Чем больше выработка в подшипниках двигателя, тем легче ему достичь точки предельного давления.

Полезно при достижении забоя умышленно на очень короткое время сильно увеличить давление для определения его предельного значения. Это поможет эксплуатировать двигатель на уровне примерно 50% от этой величины. Но, во всех случаях, ни в коем случае нельзя превышать пределы, устанавливаемые в спецификациях конструкции двигателя.

Двигатель, работающий на предельном давлении, должен быть немедленно остановлен и удален из скважины. При прокачке раствора через неработающий двигатель в нем возникают сильные повреждения основных элементов конструкции.

5. Потеря давления на долоте. Для данных плотности раствора и скорости потока, размер поперечного сечения сопла долота определяет потерю давления на долоте. Чем меньше площадь поперечного сечения, тем больше потеря давления.

Это обстоятельство влияет на объем жидкости, отклоняемой на охлаждение подшипников. Чем больше объем отклоняемой жидкости, тем больше износ подшипников. Для каждого двигателя существует вполне определенный рекомендованный объем отклоняемой жидкости и, следовательно, определенное значение величины потери давления на долоте. Ее нельзя превышать. Для многогребневых Анадрилловских моторов потеря давления на долоте должна находиться в диапазоне 35-105 атм.

6. Сопло ротора. Большинство многогребневых двигателей имеют полый ротор. Этот внутренний канал можно закрыть совсем или установить на него насадку. Когда диапазон работы двигателя находится в соответствии с требованиями бурения, обычно устанавливается глухая заглушка. На буровой насадку ротора можно легко заменить. Использование насадки ротора позволяет:

а - увеличить поток жидкости, протекающий через двигатель (т.е.

эффективность бурения из-за лучшей очистки забоя).

СПБГУАП группа 4736