Современные научные исследования в дорожном и строительном производс

пока не выпускает автомобили с данной системой измерения. Изготовители утверждают, что максимальная погрешность составит ±1 %, при этом они продемонстрировали, что датчик реагирует даже на такое небольшое изменение веса, которое вызывается добавлением пустой бутылки.

Датчик представляет собой стальную полоску, изогнутую под большим давлением так, что в горизонтальной плоскости получается слабовыраженная буква S. Электромагнит, расположенный над датчиком, создает электрические импульсы и в промежутках между ними улавливает колебания, которые они вызывают. Частота виброколебаний, устанавливающаяся под действием импульсов (приблизительно 1,6 кГц), возрастает с увеличением растяжения пластины, которое, в свою очередь, пропорционально нагрузке на мост. Размер пластины 20×2×0,15 мм. Пластина закреплена в стальной обод, вваренный внутрь герметичной оболочки датчика. Датчик может работать при температурах от –40 до +100 °С, имеет диаметр 40 мм, высоту 26 мм и массу 40 г. Воспринимаемый сигнал модулируется по частоте и передается на микропроцессор 4040 фирмы «Intel» для преобразования в единицы массы и последующего отображения на цифровом индикаторе фирмы «Monsanto». Блок, вставляемый в приборный щиток автомобиля, имеет размеры коробки для сигар [5].

На сегодняшний день подобные системы продолжают свое развитие. Наиболее свежей разработкой в этой области является американский патент Уалкера

(рис. 5) [6].

Рис. 5. Схема действия бортовых весов, измеряющих прогиб мостов грузового автомобиля на примере патента Уалкера

Как видно из рис. 5, пластина жестко скреплена с мостом автомобиля. Давление груза через мосты передается на опорную поверхность, при этом мост автомобиля деформируется. Тензодатчик регистрирует эти изменения, микропроцессор преобразует сигнал в единицы массы и выводит данные на экран.

61

К преимуществам данной схемы расположения тензодатчиков можно отнести высокую достоверность измерения, не зависящую от внешних факторов; простоту монтажа и обслуживания; защищенность датчика от механических воздействий во время погрузки и движения автомобиля; простота конструкции и ее относительная дешевизна (используется не дорогой тензодатчик).

Как видно из проведенного анализа, такая серьезная проблема, как контроль массы автомобиля, давно волнует умы инженеров по всему миру. Начиная с 70-х гг. прошлого столетия и до сегодняшних дней идет поиск наиболее рационального решения данной проблемы. Наибольшее развитие и распространение получили весоизмерительные системы, использующие механические методы косвенного измерения массы груза. В настоящее время авторами статьи ведется работа по поиску наиболее оптимального решения с точки зрения соотношения цена/качество. При этом, как показали проведенные исследования, перспективным методом в этом направлении является метод, измеряющий прогиб мостов грузового автомобиля. Данный метод обладает рядом преимуществ, которых нельзя достигнуть, используя другие методы.

Список литературы

1. Измерения на службе научно-технического прогресса // Приборы

исистемы управления. – 1979. – № 5. – С. 1.

2.http://www.spbgid.ru/index.php?news=89872&print=1

3.Противоперегрузочное устройство самосвальной установки: пат. на полезную модель 80802 / В.М. Дашков. Опубл. 27.02.2009.

4.Устройство для автоматического взвешивания: авторское свидетельство

580460 / В.А. Гордзиш, М.А. Семенов. Опубл. 15.11.77.

5.Датчик для определения веса автомобиля в эксплуатационных условиях //

Электроника. – 1978. – № 5. – С. 15.

6.On-board scale sensor with mechanical amplification and improved output signal apparatus and method: Patent Application Publication US2006/0070464 A1 / R.R. Walker.

7.http://tenso-m.ru

62

МЕХАНИЗМ ЗЕНИТНОГО ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН ПРИ БУРЕНИИ ВИНТОВЫМИ ЗАБОЙНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ DTU BAKER HUGHES

С.А. Заурбеков

Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева, г. Алматы, Казахстан

Обзор известных исследований показывает, что теория и практика направленного бурения с применением забойных двигателей, в частности турбобуров и винтовых забойных двигателей, обогащается новыми данными и аналитическими решениями. Однако вследствие произошедшей в процессе развития самого способа бурения смены поколений техники, в том числе и забойных двигателей, а также появления качественно нового направления в технологии строительства скважин – горизонтального бурения с применением винтовых забойных двигателей DTU Baker Hughes (США) – этих данных и решений недостаточно для решения актуальных конкретных задач сегодняшнего дня и ближайшего будущего.

За последние годы на нефтяных и газовых месторождениях Казахстана получает широкое распространение так называемая «безориентированная технология» [1–2], основанная на принципиально новом подходе к направленному бурению скважин – рациональном выборе компоновке низа бурильной колонны (КНБК). Предлагаемый подход исходит из основного параметра, определяющего направление искривления скважины – стабилизирующей длины КНБК [3–4].

Напомним, что физический смысл стабилизирующей длины КНБК (LСТ) заключается в том, что при применении компоновки длиной (L), равной стабилизирующей длине (L = LСТ), зенитное искривление скважины (i) не происходит, т.е. i = 0; при меньшей длине, чем стабилизирующая (L < LСТ), происходит спад кривизны скважины – i < 0, а при большей (L > LСТ) – происходит набор кривизны скважины – i > 0 [1–4].

Исходя из этой концепции, нами предлагается интенсивность зенитного искривления скважины при бурении винтовыми забойными двигателями рассчитывать по формуле:

63

где 458,4 – эмпирический коэффициент для жесткой (LСТ ≤ LDTU) компоновки LDTU = 7 м, так как (LСТ ≤ LDTU ) [5]; D – диаметр скважины, м; LDTU и d – соответственно длина и наружный диаметр компоновки винтового забойного двигателя (ВЗД).

На месторождениях Западного Казахстана применяется несколько модификаций компоновок винтовых забойных двигателей (ВЗД) DTU Baker Hughes с калибратором КЛС или телеметрической системой MWD, немагнитной утяжеленной бурильной трубой НУБТ (нижней опорной свечой) и бурильной колонной УБТ-159 и СБТ-127 (рисунок).

Рис. Компоновка винтового забойного двигателя DTU с КЛС (MWD), немагнитной нижней свечой (НУБТ) и бурильной колонной СБТ-127:

1 – долото 215,9; 2 – ВЗД; 3 – калибратор; 4 – немагнитная нижняя свеча УБТ; 5 – бурильная колонна

Рассмотрены наиболее распространенные модификации компоновок ВЗД DTU-172 Baker Hughes, используемых на месторождениях Западного Казахстана «Кенкияк» и «Жанажол». Бурение направленных скважин на данных месторождениях осуществлялось компанией «Великая стена». Данные по бурению участков набора кривизны приведены по нескольким скважинам – №8002, 8009-1, 8010, 8011, 8012, 8015, 8018, 8025, 8033, 8034, 8101, HW-6001, 2444, 3464, позво-

ляющим с высокой степенью достоверности установить закономерности сходимости результатов теоретических расчетов и полученных в процессе бурения практических результатов. Данные по сравнительной оценке теоретических (расчетных) и фактических показателей интенсивности зенитного искривления скважин при различных КНБК приведены в табл. 1, 2, 3, 4.

Как видно из табл. 1, 2, 3, фактические iф и расчетные i показатели интенсивности зенитного искривления скважин в зависимости от длины ВЗД имеют сходимость с достаточно высокой для практических расчетов точностью.

Приведенные в табл. 4 фактические данные значения интенсивности зенитного искривления скважин при роторном бурении и бурении с ВЗД DTU-172 также указывают на преимущества использования ВЗД для искривления скважины выражающиеся в стабильности набора кривизны.

64

Таблица 1

Сравнительная оценка теоретических i (расчетных) и фактических iф показателей интенсивности зенитного искривления скважин при различных КНБК на месторождении «Кенкияк»

Компоновка винтового забойного двигателя DTU-172 с немагнитной нижней свечой НУБТ-178

и с телеметрической системой MWD + бурильной колонной СБТ-127

65

Таблица 2

Сравнительная оценка теоретических i (расчетных) и фактических iф показателей интенсивности зенитного искривления скважин при использовании ВЗД различных диаметров на месторождениях «Кенкияк» и «Жанажол»

66

Таблица 3

Сравнительная оценка теоретических i (расчетных) и фактических iф показателей интенсивности зенитного

искривления скважин при различных КНБК на месторождениях «Кенкияк» и «Жанажол»

Месторождение «Кенкияк» (подсолевой)

(диаметр скважин 215,9 мм, плотность раствора 1,95…2,05 г/см3)

Компоновка винтового забойного двигателя DTU–165 длиной 7 м с немагнитной нижней свечой НУБТ-159, телеметрической системой MWD ,двумя штангами НУБТ-159 и бурильной колонной УБТ-127

Компоновка винтового забойного двигателя DTU–165 длиной 7 м с телеметрической системой MWD, немагнитной штангой НУБТ-159 с переводником и бурильной колонной УБТ-127

Компоновка винтового забойного двигателя DTU–165 длиной 7 м с телеметрической системой MWD, немагнитной штангой НУБТ-159 и бурильной колонной УБТ-127

67

Таблица 4

Сравнительная оценка фактических iф показателей интенсивности зенитного искривления скважин при роторном бурении и бурении ВЗД на месторождении «Кенкияк»

В заключение сделаем следующие выводы:

1.Предложенная автором эмпирическая формула для расчета показателей интенсивности зенитного искривления скважин при «безориентированной технологии» бурения направленных скважин вполне может быть использована для расчета интенсивностизенитногоискривленияскважинвзависимостиотдлиныВЗД.

2.Сопоставление расчетных и фактических данных показателей интенсивности зенитного искривления скважин показывает, что они имеют сходимость с достаточной для практических расчетов точностью.

Список литературы

1. Первая горизонтальная скважина на месторождении Кенкияк / М.Ж. Музапаров [и др.]. // Нефть и газ. 2003. – № 2. – С. 73–76.

2.Новый подход к безориентированной технологии горизонтального бурения нанефтьигаз/ М.Ж. Музапаров[идр.]. // Нефтьигаз. 2004. – №1. – С. 37–43.

3.Музапаров М.Ж. Направленное бурение. Т. 2. Безориентированная технология. Роторное бурение: монография. – Алматы, 2005. – 209 с.

4.Музапаров М.Ж. Направленное бурение. Т. 3. Безориентированная технология. Бурение винтовыми забойными двигателями: монография. – Алматы,

2005. – 204 с.

5. Музапаров М.Ж. Направленное бурение. Т. 1. Бесклиновая технология: учебник. – Алматы, 2001. – 204 с.

68

МОДЕЛЬ СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ ДЛИНЫ КОЛОНКОВОГО НАБОРА HQ

С.А. Заурбеков

Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева, г. Алматы, Казахстан

Для определения стабилизирующей длины колонкового набора при высокооборотном вращательном бурении комплексом HQ используем метод кинетостатики, полагая, что колонна может вращаться как жесткое тело вокруг оси скважины или как гибкий вал – вокруг своей собственной оси, следовательно, необходимо учитывать силы инерции*. При установившемся вращении забойная компоновка движется с постоянной угловой скоростью ω по стенке скважины. Схематизируя КНБК (рис. 1) в виде однородного круглого диска с точечной массой Q и радиусом r, равного половине диаметра колонкового набора, определим динамические реакции RAY (забой скважины) и RВY (точка

касания нижней свечи бурильной колонны стенок скважины), если ОА = L – длина колонкового набора и ОВ = LТ – длина полуволны. Центр тяжести диска С отстоит от оси вращения на расстоянии ОС = а. ZOY – апсидальная плоскость; ось Х – азимут простирания пород, θ – зенитный угол скважины; висячая и лежачая стенки показаны на рис. 1. Имея в виду, что реакция RАY – не

что иное, как отклоняющая сила, и если сориентировать ее по направлению к лежачей стенке скважины или к висячей, то можно добиться соответственно выкручивания или выполаживания скважины. При этом должны быть непременно соблюдены два условия:

–в первом случае (выкручивание) – первая точка касания нижней свечи бурильной колонны должна находиться на лежачей стенке (реакция + RBY );

–во втором случае (выполаживание) – точка касания нижней свечи должна находиться на висячей стенке (реакция −RBY ). В свою очередь, эти условия

зависят от соотношения сил тяжести верхней (относительно переходника как опорной точки), т.е. полуволны, и нижней (колонкового набора вместе с керном) частей КНБК.

*Бать М.И., Джанелидзе Г.Ю., Кельзон А.С. Теоретическая механика в примерах

изадачах. М.: Наука, 1972. Т. 2. С. 624.

69

–висячая стенка скважины

–лежачая стенка скважины.

Рис. 1. Схема динамических сил, действующих на систему «скважина – вращающаяся КНБК»: а – выполаживание скважины; б – стабилизация скважины; в – выкручивание скважины

Отсюда механизм зенитного искривления наклонной скважины сводится к следующему:

– если колонковый набор тяжелее полуволны нижней свечи, то точка касания последней находится на висячей стенке (рис. 1, а) и реакция RBY направле-

на в сторону лежачей стенки, соответственно, отклоняющая сила RA2У вызывает

разрушение висячей стенки забоя, т.е. выполаживание скважины;

– если колонковый набор легче полуволны, то точка касания последней находится на лежачей стенке, реакция +RBY направлена в сторону висячей стен-

ки, соответственно, отклоняющая сила - RA1Y вызывает разрушение лежачей стен-

ки забоя, т.е. выкручивание скважины (рис. 1, в);

– если колонковый набор и полуволну уравновесить, то составляющие динамических опорных реакций тоже будет равны (по модулю) RAY = RBY , при этом КНБК оказывается в условиях динамического равновесия – плоскость, про-

70