Бурению горизонтальных скважин
.pdf
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Рис. 5.4
Гладкая (прямая) компоновка.
Эта простейшая КНБК (долото, УБТ, бурильные трубы), представлена на рис. 5.4. При отсутствии нагрузки на долото, действует только отрицательная
(сила эффекта маятника) боковая сила. Максимальная маятниковая сила,
действующая на долото определяется уравнением : H (Wc L BC sin ) / 2 где: L - длина касательной
ВС - выталкивающая сила
Wс - вес УБТ в воздухе (фунт/фут)
- наклон Чем больше наклон ствола, тем сильнее действие маятниковой силы. Если
мы прикладываем аксиальную нагрузку (на долото), то этим самым вводится положительная (изгибающая) сила. Точка касания сдвигается ближе к долоту и этим самым уменьшается маятниковая сила. В некоторой точке достигается нулевая результирующая боковая сила.
Применение более жестких УБТ приводит к возрастанию маятниковой силы.
Для условия баланса необходимо приложить больший вес на долото. Иногда это бывает невозможным.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Очевидным является то, что эта неопределенность при использовании прямой (гладкой) компоновки приводит к непредсказуемым результатам.
Поэтому этот тип КНБК не применяется в ответвленных участках ствола.
Рис. 5.5 |
Рис. 5.6 |
КНБК с одним стабилизатором
Одним из путей контроля точки касания является установка стабилизатора в КНБК (рис. 5.5).
Если стабилизатор установлен достаточно далеко от долота, то он не оказывает влияния на его поведение. Однако если стабилизатор приблизить к долоту, то точка касания изменится. УБТ между долотом и стабилизатором изгибаются, если прилагается достаточно большая нагрузка. Точка касания возникает в том месте, где концентрируются максимальные отрицательные боковые (маятниковые) силы. Передвижение стабилизатора вниз приводит к появлению положительной боковой силы. УБТ, расположенная прямо над
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
стабилизатором изгибается при возникновении нагрузки. Стабилизатор стремится сдвинуть долото в сторону более высокой стенки ствола. Это называется шарнирным эффектом. Увеличение нагрузки на долото приводит к увеличению скорости набора угла.
Чем гибче УБТ прямо над наддолотным стабилизатором, тем больше скорость набора угла. Чем меньше наружный диаметр УБТ, расположенного сразу за долотом, тем ближе к долоту сдвигается точка контакта. И, таким образом, возникает большая положительная боковая сила. Обычно КНБК с одним стабилизатором не применяется для набора угла.
КНБК с двумя стабилизаторами,
Простейшая КНБК с двумя стабилизаторами содержит наддолотный стабилизатор (расположенный на расстоянии 3'-6'от долота) и второй, удаленный на некоторое расстояние от него (рис. 5.6). Для каждой определенной нагрузки на долото, расстояние от долота до первого стабилизатора (L1) и расстояние между стабилизаторами (L2) определяют точку касания. Если точка касания находится между стабилизатором долота и долотом, то тогда возникает отрицательная боковая сила (рис. 5.7).
Рис. 5.7 Рис. 5.8
Сравнение величин боковых маятниковых сил, действующих на КНБК с одним стабилизатором по сравнению с КНБК, в которую входят два стабилизатора, показано на рис. 5.8. Второй стабилизатор увеличивает
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
отрицательную боковую силу, уменьшая тем самым эффект положительной,
способствующей набору угла боковой силы.
На рис.5.9 показаны КНБК с расстоянием между ними в 90' и точкой касания,
находящейся между ними. Показаны различные размеры долот и УБТ с нагрузкой на долото, равной 30000фунт.
На рис.5.10 показано влияние увеличения веса на долото. На практике,
нагрузка на долото является наиболее важным параметром контроля скорости набора угла. Расширение ствола в мягких породах (и скорость потока жидкости)
имеет существенное значение.
Рис. 5..9 |
Рис. 5.10 |
КНБК с несколькими стабилизаторами.
Установка третьего стабилизатора на 30 футов выше второго верхнего оказывает заметный эффект на отклоняемость КНБК. На рис. 5.11 представлен график зависимости наклона от действия боковой силы для трех КНБК с двумя стабилизаторами. Рис. 5.12 показывает как применение третьего стабилизатора увеличивает боковую силу.
В структуре КНБК, предназначенной для выдерживания заданного направления, применение третьего стабилизатора является существенным. Иначе,
её поведение становится непредсказуемым.
Однако, на участке уменьшения наклона (выполаживания), два стабилизатора на КНБК - вполне достаточно. В большинстве случаев третий
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
стабилизатор будет оказывать незначительное влияние. В любой КНБК желательно ограничить число стабилизаторов тремя единицами если не возникнет настоятельная необходимость (например проблемы с дифференциальными прихватами).
Это помогает поддерживать крутящий момент в разумных пределах и уменьшает механические нарушения целостности поверхности ствола. На большинстве месторождений во всем мире руководствуются именно этими соображениями.
Неполноразмерный наддолотный стабилизатор
Если диаметр стабилизатора, устанавливаемого около долота меньше чем калибр, то это приводит к уменьшению боковой силы, действующей на долото. С
КНБК, предназначенной для набора угла, скорость набора угла уменьшается. С
КНБК для выдерживания заданного направления, возрастает потеря угла.
Чем меньше диаметр стабилизатора, тем больше эффект. Стабилизатор с уменьшенным диаметром рекомендуется устанавливать в КНБК в начале участков уменьшения наклона ствола в "S"- образных скважинах.
Рис. 5.11 |
Рис. 5.12 |
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Уменьшение диаметра второго стабилизатора
При уменьшенном диаметре второго стабилизатора (рис. 5.14), точке касания становится легче сместиться ниже его и облегчится набор угла. Чем меньше диаметр, тем больше эффект.
В структуру КНБК, предназначенных для выдерживания заданного направления, умышленно устанавливается второй стабилизатор уменьшенного диаметра. При этом преследуется цель создать условия, при которых результирующая боковая сила, действующая на долото, равнялась бы нулю.
Размывание стенок ствола
В мягких породах из-за высоких затрубных скоростей потока происходит эрозия стенок ствола (см. рис. 5.15). Выдержать направление или набрать угол становится более трудным делом (невозможно поддерживать достаточную нагрузку на долото). В очень мягких формациях может возникнуть необходимость использовать более низкую скорость потока при бурении, но при каждой остановке делать промывку с максимальной скоростью раствора. Если это не решает проблему, то можно попробовать применить менее жесткую наддолотную УБТ. Если это не приемлемо, то может потребоваться продолжать проходку только за счет забойного двигателя. Для бурового мастера важно осознать, что в таких ситуациях он не сильно отстает от программы, т.к.
форсирование может привести к уходу от заданного направления и еще большими потерям времени на корректировку.
Иногда может возникнуть необходимость пробурить пилотный ствол и затем пройти по нему с расширителем.
Рассмотрим типичные КНБК для набора, потери угла и удержания направления. Важно помнить, что здесь приводится только лишь минимально необходимые сведения. Опыт, приобретенный при работе на конкретном месторождении, поможет более точной "настройке" КНБК.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Рис. 5.13 |
Рис. 5.14 |
КНБК для увеличения угла
На рис. 5.16 изображена обычно применяемая КНБК для увеличения наклона. Скорости набора угла порядка 5°/100фт. и выше возможны с использованием КНБК №9, в зависимости от геологических условий, наклона, диаметра ствола, диаметра УБТ и параметров бурения.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Рис. 5.15 КНБК №3 применяется в качестве средства набора малых и средних углов, и
это ее свойство зависит от того, на сколько уменьшен диаметр среднего стабилизатора и на сколько "чувствительна" КНБК к нагрузке на долото. В КНБК для любых наборов угла, диаметр наддолотного стабилизатора должен максимально соответствовать калибру. Чем меньше диаметр ствола, тем более строгим становится это требование.
Интенсивность набора угла - очень важный параметр. Максимально безопасной интенсивностью набора угла следует считать величину порядка 5°/100фт.
Если скорость изменения кривизны ствола - достаточно высока и это происходит на небольшой глубине, то на стенках ствола могут образовываться уступы (желоба) по мере продолжения проходки. Обсадка этого кривого участка
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
может быть в дальнейшем невозможна. Многие заказчики устанавливают максимально допустимую кривизну в 3°/100фт. (или еще меньшую).
Очень важным является нахождение в пределах кривизны, установленной заказчиком. Эффективная жесткость колонны увеличивается при увеличении скорости ее вращения. Это приводит к уменьшению скорости набора угла. По мере увеличения наклона, становится легче набирать угол. Поэтому, если применение MWD возможно, то желательно производить замеры координат как можно чаще во время набора. Это позволить избежать лишних и нежелательных локальных искривлений ствола. Может возникнуть необходимость уменьшения нагрузки на долото.
Обычной практикой является применение минимального числа УБТ в КНБК.
Чаще всего устанавливают лишь две. Недостающий вес на долото получают за счет применения утолщённых бурильных труб. Вычисления необходимого веса следует делать с учетом выталкивающей силы, наклона ствола, положения бурильного ясса и соображений безопасности т.е. факторов, обычно не принимаемых в расчет при бурении обычных скважин.
Рис. 5.16 |
Рис. 5.17 |
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
КНБК для сохранения заданного наклона
Для поддержания наклона ствола в малых пределах, необходимо стремиться свести к нулю боковые силы, действующие на долото. КНБК этого типа должны быть жесткими. Жесткость КНБК помогает контролировать "уход" долота.
На практике часто возникают незначительные изменения наклона ствола даже при хорошем выборе КНБК. Однако основная цель состоит в полной проходке долота без возникновения необходимости подъема колонны для замены КНБК. Опыт, приобретенный на данном месторождении, поможет в точной регулировке параметров КНБК.
На рис. 5.17 показаны типичные КНБК, предназначенные для этих целей. КНБК для выдержки наклона при 30° для диаметра ствола 12-1/4" показана на рис. 5.18. Если понадобится незначительно увеличить угол, то это можно сделать уменьшением среднего стабилизатора до 12".
При бурении направленных скважин, необходимо позаботиться о постоянном нахождении на буровой комплекта стабилизаторов с размерами от 11-
1/2" до 12-1/8" с "шагом" 1/8".
Рис. 5.18 На рис. 5.17 показана КНБК №1, которая может иметь тенденцию как к
набору угла, так и к его потере. Применение в этой КНБК УБТ 8" для ствола 17-
1/2" в мягких породах позволяет выдерживать направление. Однако, та же самая КНБК с теми же УБТ в стволе диаметром 12-1/4" имеет тенденцию к набору угла
(0,5-1.0°/100фт.). Особенности поведения КНБК этого типа определяют следующие факторы:
1.Диаметр ствола
2.Расстояние между над долотным стабилизатором и нижним стабилизатором колонны.