Бурению горизонтальных скважин

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Уменьшение G тоже видно при увеличении глубины скважины. Скорость изменения составляет приблизительно 0,0005 на 10000 футов. Вам понадобилось бы спуститься на глубину в 20000 футов, чтобы заметить изменение G на 0,001.

Другими словами, если бы величина G на поверхности была бы точно равна 1000,

то на глубине в20000 футов она равнялась бы 0,999. Местные флуктуации плотности Земной коры практически можно не учитывать. Другие расхождения в измеренных значениях G связаны с инструментальными погрешностями инклинометра. Они могут быть из-за:

*Температурной чувствительности

*Ошибками из-за неправильной установки осей

*Погрешностями в электронной цепи.

*Шоковых нагрузок на инклинометр из-за вибрации, связанной с бурением.

Магнитная интерференция

Во время процесса бурения ствола скважины стальные компоненты бурильной колонны намагничиваются. Магнитные устройства для измерения искривления ствола, помещенные в бурильной колонне, будут подвержены воздействию намагниченных компонентов бурильной колонны: поэтому устройства для измерения искривления ствола скважины всегда помещаются в немагнитные секции бурильной колонны для изоляции их от намагниченных стальных компонентов. Длина немагнитного промежутка, необходимого для защиты от интерференции, зависит от различных факторов:

1)Сила поля магнитного полюса намагниченной стальной бурильной колонны выше и ниже датчика.

2)Направления ствола скважины по отношению к магнитному северу или

югу.

3)Наклон ствола скважины.

4)Географическое положение (которое относится к углу падения)

Сила магнитного полюса

Ввиду того, что бурильная колонна (а возможно лишь долото) вращается в пределах природного магнитного поля Земли, сама бурильная колонна становится магнитом. Поскольку бурильная колонная чрезвычайно длинная по сравнению с

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

ее диаметром, магнитные полюса колонны могут считаться изолированными дискретно-точечными источниками магнетизма. Эти точечные источники располагаются в самом конце секции бурильной колонны: обычно принимается,

что интерференция будет увеличиваться в 4 раза при расстоянии до б футов и в 9

раз при расположении на расстоянии лишь в 4 фута.

Сила магнитных полюсов бурильной колонны зависит от отдельных стальных компонентов, составляющих ее. Гриндрод и Вольф (Конференция по бурению в Новом Орлеане, 1983 г.) представили магнитные величины силы полюса для четырех различных забойных компоновок. Обобщенные значения для выбранных конфигураций бурильной колонны:

Следует отметить, что магнитные значения были определены Гринродом и Вольфом при работе с лабораторией Шел Ойл Эксплорэйшн в начале 1980 годов.

Принимается, что эти магнитные значения вероятно более точные чем цифры И. Дж. Блайзе (период 1971 г.), которые отражают магнитные силы в виде гораздо меньших величин. Инженеры должны изменить свои существующие программы,

чтобы они отражали эти более современные значения.

Географическое положение

Географическое положение должно также приниматься во внимание при уяснении эффекта магнитной интерференции, вызванной намагниченными компонентами колонны. Как указано ранее, нивелированное магнитное чувствительное устройство воспринимает горизонтальную компоненту магнитного поля Земли. Амплитуда горизонтальной компоненты магнитного поля Земли изменяется с изменением географического положения.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Горизонтальная компонента магнитного поля Земли является максимальной вблизи (магнитного) экватора, и минимальной вблизи Северного и Южного Полюсов. Только горизонтальная компонента этого магнитного поля воздействует на нивелированный магнитный датчик, служащий для индикации азимута (например, компас или датчик). По мере увеличения широты к северу или к югу от экватора, угол падения магнитного поля Земли увеличивается. Это увеличивает эффект вертикальной компоненты магнитного поля Земли и уменьшает эффект горизонтальной компоненты. Таким образом, любой магнитный датчик должен реагировать на уменьшающуюся горизонтальную компоненту, по мере перемещения на север или на юг от экватора, и поэтому более вероятна его подверженность интерференции от других эффектов горизонтальных полей. Следовательно, магнитный датчик может воспринимать Магнитный Север легче у экватора, чем вблизи Полюсов, ввиду сильной естественной горизонтальной силы, воздействующей на датчик. При наличии силы интерференции, она оказывает более ощутимый эффект на показания направления, взятые вблизи Полюсов, чем на показания, взятые вблизи экватора.

Следует уяснить, что увеличение или уменьшение магнитных интерференции у различных географических положений не является следствием увеличения или уменьшения интерферирующей силы намагниченной бурильной колонны, а обусловлено увеличением или уменьшением горизонтальной компоненты магнитного поля Земли. Любое уменьшение природного поля Земли позволяет полю бурильной колонны оказывать большее воздействие.

Чувствительные устройства измеряют НАКЛОН И НАПРАВЛЕНИЕ скважины, а также ВЫСОКУЮ СТОРОНУ И МАГНИТНУЮ ОРИЕНТАЦИЮ МАРКИРОВОЧНОЙ МЕТКИ забойной компоновки. При наличии магнитной интерференции некоторые из этих датчиков подвергаются воздействию.

Поскольку ОРИЕНТАЦИЯ МАРКИРОВОЧНОЙ МЕТКИ ВЫСОКОЙ СТОРОНЫ И НАКЛОН измеряются акселерометрами и весьма независимы от Магнитного Севера, они воздействию не подвергаются. Однако МАГНИТНАЯ ОРИЕНТАЦИЯ МАРКИРОВОЧНОЙ МЕТКИ И НАПРАВЛЕНИЕ скважины

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

связаны с Магнитным Севером и любая погрешность в определении Магнитного Севера приводит к их ошибочным значениям.

Материал для немагнитных УБТ

В принципе, могут применяться все немагнитные материалы, обладающие необходимой прочностью, включая алюминиевые или бронзовые материалы.

Однако, ввиду коррозии, алюминий и большинство специальных бронз исключаются. Для алюминия, во избежание коррозии, значения рН бурового раствора должно находиться в узких пределах от 8 до 11. Поэтому, в принципе,

для немагнитных УБТ применяются следующие материалы:

а) Аустенитные стали на хромо-марганцевой основе, с содержанием марганца свыше 17%.

б) Хромо-никелевые стали с содержанием хрома около 18% и содержанием никеля свыше 13%. Эти стали полностью пассивированы (обработаны для создания защитного поверхностного покрытия и уменьшения химической активности)

в). К-Монель 500, чистый сплав, состоящий из примерно 30% меди и примерно 65% алюминия.

г) Медно-бериллиевые бронзы.

В настоящее время, наиболее часто применяемый материал более 80% для немагнитных УБТ основан на хромо-марганцевых сталях. Он также наиболее приемлемый с точки зрения стоимости. Когда УБТ, изготовленные из этого материала, используются в коррозионных буровых растворах, содержащих ионы хлора, например, хлорид магния, хромо-магниевые стали отличаются тенденцией преждевременного выхода из строя ввиду коррозии от межкристаллического напряжения. В типовых случаях такого выхода из строя, трещины, проходящие наружу, появляются в некоторых точках внутри ствола скважины. Такие трещины могут возникнуть после сравнительно короткого времени эксплуатации (после примерно 200часов)

Следовательно, при использовании такого бурового раствора должен применяться только полностью пассивированный материал. В этой связи,

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

преимущество за хромо-никелевьми сталями, потому что они хорошо себя зарекомендовали в южной части Северного моря в течение ряда лет.

К сожалению, хромо-никелевые стали отличаются более высоким истиранием чем хромо-марганцевые стали, что вызывает преждевременное повреждение резьбы, в частности на УБТ с диаметрами более чем 8 дюймов.

Поэтому необходима специальная обработка резьбовых заплечиков и профилей с целью сведения к минимуму истирания. Хотя эти меры частично успешны,

проблему не удается полностью решить для диаметров более 8 дюймов.

Материалы К-Монель 500 или медь-бериллий удовлетворяют всем требованиям, даже в таких экстремальных случаях. Этому материалу можно придать необходимую прочность, он обладает замечательными немагнитными свойствами и не подвержен коррозии. Однако ввиду высокой стоимости применение этого материала для немагнитных УБТ ограничено случаями абсолютной необходимости.

Поведение медно-бериллиевых УБТ примерно такое же, как и УБТ из К-Монеля 500. Однако, этот материал включен в список веществ, вызывающие рак, и, по этой причине, может применяться лишь в случае крайней необходимости с принятием соответствующих мер безопасности при изготовлении.

Прочность на ударную нагрузку всех вышеупомянутых материалов, наряду с требуемыми значениями прочности (пробник DVM), чрезвычайно высока.

Поэтому, нет необходимости опасаться погрешностей резьбы, вызванных постоянными трещинами, т.к. значения прочности на удар выше таковых для термообработанных сталей, согласно SAE4145, которые преимущественно используются для глубокого бурения.

Длина немагнитных УБТ

После обсуждения силы поля магнитного полюса бурильной колонны,

наклона ствола скважины, направления ствола скважины и географического положения могут быть выведены уравнения для определения соответствующей длины немагнитных УБТ и расстояния.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Азимут от Магнитного Севера может быть установлен с помощью магнитных приборов, например, компаса. Наклон ствола скважины может быть точно измерен оборудованием с датчиком ускорения. Угол падения

(горизонтальная сила магнитного поля) может быть определен с помощью карт магнитного наклона, графиков или таблиц.

Магнитное поле земли, погрешности магнитной интерференции и длина

немагнитных УБТ

Введение

При ненарушенной магнитной среде магнитный компас будет центрировать себя относительно горизонтальной компоненты магнитного поля Земли. Если магнитное поле Земли нарушено каким-либо посторонним магнитным полем, то это сказывается на показании азимута у магнитных компасов.

По мере уменьшения горизонтальной компоненты магнитного поля Земли

(например, в сторону Северного и Южного Полюсов), компас будет становиться более чувствительным к любому постороннему магнитному полю.

Посторонние магнитные поля могут вызываться, например, магнитными бурями, отложениями магнитных минералов, намагничиванием бурильной колонны, талевыми канатами и обсадными трубами в соседних скважинах.

Магнитная интерференция воздействует на показания азимута магнитных приборов для измерения искривления скважины. Следовательно, погрешности азимута, вызванные магнитной интерференцией, должны уменьшаться до приемлемого значения обычно, менее 0,25°.

Для достижения приемлемой погрешности азимута, магнитные приборы для измерения искривления скважины спускаются в немагнитных УБТ. Количество немагнитных УБТ, подлежащих использованию, и положение прибора в них должны тщательно продумываться. Неправильный выбор может привести к ошибочным результатам измерения.

Магнитное поле земли

Земля может считаться магнитом, окруженным магнитным полем. По определению, вектор силы поля направлен внутрь Земли у магнитного Северного Полюса и из Земли у магнитного Южного Полюса.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Близко к экватору линии поля параллельны поверхности Земли, а у магнитных полюсов они почти вертикальны.

Для практических целей магнитное поле Земли разлагается на горизонтальную и вертикальную компоненту.

Падение

Угол между линиями магнитного поля Земли и горизонталью называется падением. Падение находится в диапазоне от 90° у Южного Полюса, равно нулю у экватора, и до +90° у Северного Полюса.

Сила магнитного поля

Общая сила магнитного поля Земли (Вт) выражается в микроТеслах (мкТ)

изменяется от 40 мкТ у магнитного экватора для 60 мкТ у магнитных полюсов.

Горизонтальная компонента (ВN) вектора магнитного поля находится в диапазоне от 40 мкТ у экватора (ВN = ВТ) до 0 мкТ у магнитных полюсов. Данные по силе магнитного поля могут быть получены в местном департаменте топографии.

Определения и термины, используемые при измерении.

Ось х - ось, перпендикулярная бурильной колонне в направлении изогнутого переводника (ориентация маркировочной метки)

Ось у - ось, перпендикулярная бурильной колонне и оси х.

Ось z - Ось, параллельная бурильной колонне (х, у и z образуют ортогональную систему правостороннего вращения).

Гравитационный угол ориентации маркировочной метки (высокой стороны) - угол между высокой стороной ствола и осью х.

В - вектор магнитного поля Земли.

Вx - скалярный компонент вектора магнитного поля Земли вдоль оси х.

By - скалярный компонент вектора магнитного поля Земли вдоль оси у

Bz - скалярный компонент вектора магнитного поля Земли вдоль оси z.

Boxy - скалярный компонент В в плоскости, перпендикулярной стволу скважины.

Вт - общая сила магнитного поля

BN-горизонтальная компонента магнитного поля Земли.

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts

Магнитный угол ориентации маркировочной метки (m) - угол между

векторной компонентой В в плоскости ху (Boxy) и осью х

Угол наклона (I) -угол между бурильной колонной и вертикалью.

Азимут (А) -угол между горизонтальной векторной компонентой В и

проекцией оси z на горизонтальную плоскость. g - местный вектор силы тяжести.

gx - скалярная компонента гравитационного вектора Земли вдоль оси х gy - скалярная компонента гравитационного вектора Земли вдоль оси у gz - скалярная компонента гравитационного вектора Земли вдоль оси goxy- компонента g в плоскости, перпендикулярной стволу скважины.