Техника технология и технические средства применяемые при реконстру

9.9.5. К Н Б К неориент ируемого типа

для уменьш ения зенит ного угла

Для уменьшения зенитного угла БС целесообразно при­ менять гладкую КНБК, не содержащую опорно-центрирую- щих элементов, либо маятниковую с центратором, установ­ ленным на расчетном расстоянии выше забойного двигателя (рис. 20).

Рис. 20. КНБК для уменьшения зенитного угла бокового ствола: а - гладкая; б - маятниковая

101

Гладкая КНБК включает: долото, забойный двигатель, обратный клапан, УБТ, бурильные трубы.

Маятниковая КНБК включает: долото, забойный двига­ тель, обратный клапан, центратор, установленный на расчет­ ном расстоянии над забойным двигателем, УБТ, бурильные трубы. В зависимости от конкретных условий бурения УБТ могут быть исключены из состава КНБК. Расчет КНБК для уменьшения зенитного угла производится с помощью про­ граммного обеспечения [35].

Таблица 8

КНБК для уменьшения зенитного угла бокового ствола

Гладкая КНБК

1Долото 0120,6; 123,8 мм, (0 )-М ) (—4)—(—7,5) (_7,5М-8,5) винтовой забойный двига­ тель ВЗД-95, ОК, ДУБТ-89

М аятниковая КНБК

(расстояние от торца долота до середины центратора L = 6.. .7 мм)

3Долото 0120,6; 123,8 мм, (0М -8) (—8)—(—16) (-16М -20) винтовой забойный двига­ тель ВЗД-95, ОК, центра­ тор 112 мм ДУБТ-89

4Долото 0139,7; 144 мм, (ОМ-7) (—7)—(—14) (-14М -17) винтовой забойный двига­ тель ВЗД-105, ОК, центра­ тор 130 мм ДУБТ-105

102

В табл. 8 представлены КНБК для уменьшения зенитно­ го угла БС. Даны ориентировочные расчетные значения диа­ пазонов интенсивности уменьшения зенитного угла, которые могут обеспечить гладкая и маятниковая КНБК.

Бурение интервала уменьшения зенитного угла БС мо­ жет осуществляться при вращении бурильной колонны с час­ тотой в пределах 30-60 об/мин.

9.9.6. К Н Б К для проводки горизонт ального участ ка бокового ствола

При бурении горизонтального участка в продуктивном пласте большой мощности (более 10 м) возможно использо­ вание стабилизирующей КНБК ориентируемого типа (см. табл. 7). Контроль за проводкой горизонтальных участков БС проводится с помощью телесистемы.

Для вскрытия пласта небольшой мощности целесооб­ разно использование ориентируемых КНБК управляемых с помощью телеметрической системы забойным двигателемотклонителем (табл. 9). При проводке горизонтального уча­ стка с помощью отклоняющей КНБК предусматривается по­ очередное ее вращение и скольжение (ориентированное бу­ рение без вращения), что позволяет управлять траекторией бурения БС.

Таблица 9

Рекомендуемые соотношения размеров элементов КНБК для проводки горизонтального интервала бокового ствола

103

Окончание табл.9

Диаметр эксплуатационной

№

Элементы КНБК колонны, мм

п/п

9.10.Обобщенная методика расчета КНБК

Понят ия и определения

Целью расчета КН БК (компоновка нижней части бу­ рильной колонны) является анализ функциональных возмож­ ностей в части реализации запланированной траектории бу­ рения в конкретных горно-геологических условиях.

КНБК в общем виде включает в себя следующие эле­ менты:

-долото;

-калибратор;

-забойный двигатель (при бурении забойным двига­

телем);

-телеметрическую систему;

-УБТ (утяжеленные бурильные трубы);

-диамагнитные УБТ;

-опорно-центрирующие элементы (центраторы, стаби­ лизаторы, децентраторы);

-отклоняющие элементы.

104

Под конструкцией КНБК следует понимать: типоразмер долота, забойного двигателя, телеметрической системы, диа­ метр УБТ и их общую длину, диаметр опорно-центрирующих элементов (ОЦЭ), тип и место их установки, другие элементы технологической оснастки бурильной колоны (шарниры, де­ центраторы, искривленные переводники).

Управление траекторией бурения обеспечивается неориентируемыми КНБК.

В неориентируемых КНБК заданная интенсивность ис­ кривления в произвольном направлении обеспечивается ус­ тановкой ОЦЭ в нижней части бурильной колонны. Для ори­ ентируемого искривления ствола скважины в заданном на­ правлении с заданной интенсивностью в КНБК в качестве ОЦЭ обязательно использование искривленного соединения (переводника) или децентраторов, что позволяет обеспечить фиксированный перекос упругой оси КНБК в данной точке.

Далее под термином КНБК будут пониматься неориентируемые КНБК, а ориентируемые именуются общеприня­ тым термином «отклонитель».

В качестве ОЦЭ в КНБК используются калибраторы, центраторы.

Расчет ная схема

Условия эксплуатации КНБК в расчетной схеме задают­ ся геометрией ствола скважины и системой действующих на него внешних сил.

Универсальным и общепринятым приемом упрощений внешних сил при расчете КНБК является введение сосредо­ точенных сил, заменяющих распределенные нагрузки, дейст­ вующие на опорные устройства и долото. Такого рода упро­ щение правомерно для КНБК так как размеры рабочих по­ верхностей опорных устройств и долота малы по сравнению с общей длиной КНБК. Очевидно, что в реальной конструк­ ции КНБК передача усилий в точке неосуществима, и сосре­

105

доточенная сила представляет собой понятие, свойственное только расчетной схеме. Основным приемом, упрощающим геометрическую форму КНБК, является приведение геомет­ рической формы КНБК к схеме тонкого, упругого, обладаю­ щего собственным весом стержня. Схематизация опорных устройств и долота является составной частью выбора рас­ четной схемы, во многом определяющей соответствие полу­ ченного результата свойствам реальной конструкции КНБК.

Экспериментальными и аналитическими исследования­ ми установлено, что система «забой скважины - долото» по своим характеристикам близка к шарнирно-неподвижной опоре, а опорные устройства - к шарнирно-подвижным опорам.

Секции КНБК могут иметь различный диаметр, вес еди­ ницы длины и жесткость на изгиб. Поэтому в расчетной схе­ ме каждый участок КНБК между опорами должен иметь за­ даваемые жесткостные, весовые и геометрические парамет­ ры. Расчетная схема должна учитывать особенности конструкции различных видов КНБК.

Таким образом, вид опор в расчетной схеме должен от­ ражать перечисленные конструктивные особенности опор­ ных устройств КНБК и отклонителя. Выбор расчетной схемы необходимо производить также с учетом решения следую­ щих практических задач:

-оптимизация геометрических размеров КН БК и от­ клонителя;

-расчет деформаций, изгибающих моментов и перере­ зывающих сил в сечении КНБК;

-определение схемы взаимодействия КНБК со стволом скважины;

-определение силы сопротивления при перемещении КНБК в колонне обсадных труб;

-определение силы сопротивления при перемещении КНБК в прямолинейном или искривленном стволе скважины,

106

диаметр которого соответствует или превышает номиналь­ ный диаметр долота.

Для решения последних двух задач достаточно опреде­ лить направление и величину опорных реакций КНБК при известных размерах и заданной геометрии ствола скважины.

При оптимизации КНБК определяются такие геометри­ ческие параметры, при которых обеспечиваются заданный критерий оптимизации и сохранение начального радиуса кривизны скважины независимо от величины зенитного угла. Вид упругой оси, изгибающие моменты и перерезываю­ щие силы в каждом сечении КНБК, а также форма взаи­ модействия со стволом сква­ жины определяются в ре­ зультате решения системы дифференциальных уравне­ ний.

107

-ось ствола скважины прямолинейная или в виде дуги окружности;

-каждый участок КНБК имеет различную жесткость

иизгиб, диаметр и вес единицы длины.

М ет одика расчет а

В соответствии с расчетной схемой интегро-дифферен- циальное уравнение изгибающих моментов, действующих на КНБК для каждого его участка, имеет вид:

- для участка L\.

EJ\ ■Y\ = -F - Х - Р Yx + qxx

X

xJ[(K, -y ,)co sa + (X -* ) sin a ] dx,

о

-для участка La.

EJ2 Y2n = - F X - P Y2-H (X - L ) +

X

+ q\ • |[(У2 - y 2)cosa + (X -x )sin a]iic - { q \ - q2) x

о

д:

xJ[(K2 - y 2)cosa + (X -jc )sin a ]^ ;

о

-для участка Ln,\

E h Y2 = -P Y2-x (F + H +Hi) + Li(H + Hi) + L2-Hi +

X

+ qi ■j[(K3- y 3)cosa + (X -jt)sina]<£t ~{qx- q 2) x

о

X

x Jt(y2- y 2)cosa+(A: -jt)sina]*£t x

о

108

х |[(У3->'з)С08(:х + ( ^ -JC)sin a ] ^ t -

О

После дифференцирования приведенных выше интегродифференциальных уравнений получим уравнения третьего порядка, которые для каждого из участков будут иметь вид:

-участок L\.

E h • 1У"= -Р -Y i'-(F + H - tf,) + qx• X • sina +

+ - x ■Y3' ■cosa - {q\ - q2)(X - L)(sina +F3'cosa) -

- (<7i- Яг)(Х ~ £i)(sina +JVcosa).

Обезразмеривание полученных дифференциальных урав­ нений третьего порядка для каждого участка отклонителя осуществлялось по параметрам EJ\ и q\ его первого участка (от долота) по формуле:

m - q ] -sina

109

где EJi - жесткость на изгиб первого участка КНБК, кН/м;

Р- осевая нагрузка на долото, кН;

qi -вес единицы длины КНБК с учетом плотности промывочной жидкости, кН/м;

a - зенитный угол ствола скважины, град;

F, Я - поперечная реакция на долото и на ОЦЭ, кН;

х, у, у', у", у"', р, h, hu f - безразмерные аналоги парамет­ ров X, Y, Г , Г, Г", Y, Р, Н, Ни F соответственно.

Таким образом, полученные безразмерные дифференци­ альные уравнения можно записать в виде:

- участок L\:

В соответствии с расчетной схемой (см. рис. 21) и при­ нятыми требованиями к геометрии опор условия сопряжения участков отклонителя в безразмерном виде могут быть запи­ саны следующим образом:

вточке х = 0 ,

у= с,

У= 0 .

по