Техника технология и технические средства применяемые при реконстру

На первой опоре:

- при отсутствии касания опорного элемента со стенкой скважины:

y\= yi + Zu

У1= У2 + Z\ d i - S

-при касании опорным элементом стенки ствола сква­ жины:

Y;= Y;~ 8,;

Y?=YZ-a.

На второй опоре:

- при отсутствии касания опорного элемента со стенкой скважины:

- при касании опорным элементом стенки ствола сква­ жины:

У^У з'-б,;

у"=у; - ь.

Вточке касания корпусом отклонителя или бурильных труб стенки ствола скважины:

Yi = d3 + S ■- \] г2 - (/, + /2 + /3)2

Y' -

£ (/,+ /2+/3)

1 ъ

у]г2-(/, +12+/3)

111

и нижним и верхним опорным устройствами соответственно; d2 - радиальный зазор между стенкой скважины

и корпусом забойного двигателя или бурильной трубой;

г- радиус кривизны ствола скважины;

/3 -расстояние от верхнего опорного элемента до точки качания забойным двигателем (бурильной трубой) стенки ствола скважины;

1\,12 - длина первого и второго участков КНБК соответ­ ственно;

s - идентификатор кривизны ствола скважины;

8 -угол перекоса осей искривленного переводника двигателя-отклонителя;

а-отношение жесткости на изгиб первого участка

кжесткости второго участка;

b- отношение жесткости на изгиб первого участка

кжесткости третьего участка;

Zu Z2 - величина смещения осей секции КНБК относи­

речном направлении.

Если диаметры скважины и долота совпадают, то пара­ метр t равен нулю.

В зависимости от формы оси скважины идентификатор s может принимать три значения: - 1, 1 и 0, которые соответст­ вуют вогнутым, выпуклым и тангенциальным участкам про­ ектного профиля скважины.

Параметры г и 8 обезразмеривались по формуле: r = R •tg a/mi,

112

8 = Д/tg а.

Обезразмеривание параметров t, du d2, d2, z\ и z2 произ­ водилось так же, как обезразмеривание Y по формуле

у = Y/m tg а.

Метод решения дифференциальных уравнений (8) (10) заключается в следующем. На каждом участке КНБК иско­ мая функция Y разлагается в ряд Тейлора вокруг начальной точки каждого участка: вокруг точки х0 = 0 - для первого участка от долота; хо = 1\ - для промежуточного участка; хо=1г- для верхнего участка; при этом Ir = 11 + / 2.

Функция имеет вид

где у= У0' - значения функции и ее /-производных в точке х0. При решении системы уравнений для КНБК с заданными размерами определяются значения отклоняющей силы на до­ лото, угла между осью долота и касательной к оси скважины, значение и направление реакций стенки ствола скважины на каждом опорном элементе, а также прогиб, угол поворота, из­

гибающий момент и перерезывающая сила в сечениях КНБК. В зависимости от диаметра ствола скважины, ее кривиз­

ны и зенитного угла, параметров КНБК и осевой нагрузки на долото возможны различные варианты ее взаимодействия со стволом скважины (рис. 22).

Каждый вариант представляет собой отдельную задачу, которая решается с использованием системы приведенных выше дифференциальных уравнений и соответствующих конкретной схеме граничных условий. Сначала рассматрива­ ется основная схема, в которой обе опоры касаются стенки

113

Рис. 22. Схема взаимодействия КНБК со стволом скважины

ствола скважины. Если при этом направление реакций на опорах не соответствует расчетной схеме, то дальнейший по­ иск решения осуществляется по схеме, в которой верхняя опора не взаимодействует со стволом скважины. При отрица­ тельном результате КНБК рассчитывается по схеме, в кото­ рой нижняя опора не опирается на стенку ствола скважины. При этом при проведении расчетов по всем схемам произво­ дится проверка на выход оси первого участка КНБК за ствол скважины, а также появление дополнительной опоры при ка­ сании оси второго участка КНБК стенки ствола скважины. Зная значение функции, ее вторых и третьих производных в каждом сечении можно рассчитать изгибающий момент М и перерезывающую силу Q в каждом сечении КНБК и откло­ нителя по формулам:

114

M= EIY'

Q = EIYm

Сила FTP необходимая для перемещения КНБК и откло­ нителя в стволе скважины или в обсадной колонне, опреде­ ляется из произведения суммы модулей всех поперечных опорных реакций на коэффициент трения п:

FTP = п ^ / |/ - | • i=i

Алгоритм оптимизационной задачи

В качестве критерия при оптимизации геометрических размеров КНБК может быть использовано условие на долоте,

всоответствии с которым отклоняющая сила и угол между осями долота и касательной к оси скважины равны нулю. При этом создаются наиболее благоприятные условия для работы долота, так как горная порода разрушается только

внаправлении его оси. Сформулированный критерий опти­ мизации может быть выражен следующими граничными ус­ ловиями на долоте (в точке х = 0): у = 0,у ' = 0, у" = 0,у"'- 0.

Граничные условия позволяют определить коэффициен­ ты разложения функции для направляющего участка откло­ нителя.

При этом функция имеет вид

у = JC4/24 - р х6П20.

Второй член выражения можно отбросить ввиду его ма­ лости. Отсюда длина направляющей секции КНБК в безраз­ мерном виде может быть найдена из выражения

1= ф Ц ,

где I - безразмерная длина;

d\ - безразмерный диаметр.

115

В размерном виде длина направляющего участка КНБК рассчитывается по формуле

L= yj- В / Rsina +А ,

где

А = ^ [ в / Rsin2 a +2B-(Dd -Z>)]/sina,

В = 6El\lq\,

где Д/ - диаметр долота, м;

D - диаметр направляющей секции, м;

R - радиус искривления скважины, м.

Таким образом, для выполнения условий необходимо, чтобы длина направляющей секции КНБК соответствовала выражению. Из формулы следует, что длина направляющей секции зависит от диаметра долота и жесткости самой на­ правляющей секции.

Условие равенства нулю только отклоняющей силы на долоте позволяет оптимизировать размеры КНБК с различ­ ной длиной направляющего участка и выбирать из ряда вари­ антов такую длину, которая удовлетворяет как конструктив­ ным характеристикам забойного двигателя, так и условиям работы КНБК в скважине. С другой стороны, наличие угла перекоса долота в скважине ухудшает условия его работы, что снижает ресурс его работы. Однако, несмотря на это об­ стоятельство, использование критерия равенства нулю от­ клоняющей силы на долоте для оптимизации размеров КНБК в некоторых случаях оправдано, так как длина участка на­ чального искривления, расположенного, как правило, в зоне залегания мягких горных пород, во многих случаях меньше нормативной проходки на долото.

Для случая равенства нулю отклоняющей силы на доло­ те решение осуществляется следующим образом.

Производится расчет КНБК в прямолинейном стволе скважины и по направлению отклоняющей силы определяет­

116

ся идентификатор (знак) кривизны ствола скважины для ис­ следуемой КНБК. Затем расчет производится для ряда зада­ ваемых значений радиуса кривизны ствола скважины до тех пор, пока направление отклоняющей силы не изменится на противоположное.

Поскольку зависимость отклоняющей силы от радиуса кривизны скважины близка к линейной, то, используя метод хорд, можно достаточно точно определить искомое значение радиуса (R), при котором отклоняющая сила равна нулю, по формуле

R = R l- Fi(i?i R2)

F2- F,

9.11. Технология проводки горизонтального участка бокового ствола

Особенности проводки горизонтального интервала БС обусловлены следующими факторами:

-бурение проводится в продуктивном пласте;

-бурение осуществляется гидравлическим винтовым забойным двигателем;

-бурильная колонна имеет низкую жесткость на кру­

чение;

-применение долот малого диаметра.

Указанные факторы определяют особенности проектиро­ вания, бурения, проведения инклинометрических, геофизиче­ ских измерений и интерпретацию полученных результатов.

При бурении горизонтального участка в маломощном пласте необходимо применение управляемых с помощью те­ леметрической системы ориентируемых КНБК с забойным двигателем-отклонителем.

При использовании двигателя-отклонятеля предусмат­ ривается поочередное вращение и скольжение (ориентиро­ ванное бурение без вращения) отклоняющей КНБК, что по­

117

зволяет управлять траекторией бурения горизонтальной час­ ти БС.

При вскрытии пластов небольшой мощности целесооб­ разно использование телеметрических систем, измеряющих в процессе бурения гамма-излучение и электрическое сопро­ тивление горных пород. Это позволяет отслеживать продук­ тивный пласт в процессе проводки горизонтального участка БС и оперативно управлять траекторией бурения.

При проектировании и проводке горизонтального участ­ ка БС для предупреждения спирального изгиба бурильной

меньше и больше критических значений для используемых бурильных труб [4].

Эффективность транспорта шлама ламинарным потоком бурового раствора повышается в горизонтальной части БС при вращении бурильной колонны, при этом буровой раствор должен обладать вязкоупругими свойствами.

Прекращение циркуляции бурового раствора перед подъемом бурильной колонны допускается только в отсутст­ вии признаков некачественной очистки БС:

-увеличение крутящего момента;

-зависание бурильной колонны;

-затрудненный запуск гидравлического забойного дви­ гателя или его остановка;

-повышение плотности неутяжеленного бурового рас­ твора на выходе из скважины;

-дефицит объема удаленного из бурового раствора шла­ ма по сравнению с расчетным объемом выбуренной породы;

-пульсация расхода бурового раствора на выходе из скважины;

-скачки давления на выходе буровых насосов.

При спуско-подъемных операциях необходимо осущест­ влять промежуточные промывки БС в интервале критических

118

зенитных углов от 35 до 60° с одновременным вращением бурильной колонны.

Перед проведением каротажных работ и спуском хво­ стовика в скважину при вращении бурильной колонны по­ следовательно прокачивают пачку бурового раствора с уси­ ленными вязкоупругими свойствами. При этом плотность пачек бурового раствора должна соответствовать плотности бурового раствора, применявшегося в процессе бурения.

В случае низкой эффективности промывки горизонталь­ ного участка БС необходимо проводить проработку ствола от окна обсадной колонны.

9.12. Требования к бурильным трубам

Резьбовые соединения бурильных труб должны иметь необходимую износостойкость, обеспечивать их ремонт и рес­ таврацию, в максимальной степени отвечать условиям взаи­ мозаменяемости.

Эксплуатационные характеристики бурильных замков определяют по данным инструкции по расчету бурильных колонн [10], а также по техдокументации изготовителя.

При выборе типа бурильных замков следует учитывать необходимость прохождения по бурильной колонне прибо­ ров контроля за траекторией бурения и обеспечить мини­ мальные гидравлические сопротивления.

Наружный диаметр бурильной колонны, обусловленный необходимостью обеспечения оптимальных гидравлических параметров промывки БС, определяется из соотношения

0,46Д к < D < 0,67Д,К- 15,0 мм,

где D0Kнаружный диаметр обсадной колонны из которой бурится БС, мм;

D - диаметр бурильной колонны, мм.

Рекомендуемые бурильные трубы для бурения из обсад­ ных колонн диаметром 140; 146; 168 мм приведены в табл. 10.

119

Примечание. СБТ - стальные бурильные трубы; УБТ - утяже­

не меньше жесткости обсадной колонны, под которую ведет­ ся бурение.

Компоновка бурильной колонны определяется условия­ ми проводки БС, а также прочностными характеристиками труб и указывается в техническом проекте.

Прочность бурильной колонны определяется из условий статических и динамических нагрузок при спуско-подъемных операциях, а также в процессе вырезания «окна» и буре­ ния БС.

Вырезание «окна» в обсадной колонне производится преимущественно роторным способом, а бурение БС осуще­ ствляется винтовым забойным двигателем, как в режиме скольжения бурильной колонны, так и при ее вращении. При проводке БС может возникнуть необходимость в проработке ствола роторным способом.

Статическая нагрузка на бурильную колонну макси­ мальна в ее верхнем сечении в конце бурения БС.

Знакопеременные напряжения в бурильной колонне возникают при вырезании «окна» в обсадной колонне, в про­ цессе бурения забойным двигателем-откланителем с враще­

120