книги из ГПНТБ / Фоменко, Ф. Н. Бурение скважин электробуром

Как указывалось выше, в процессе бурения колонна бурильных труб закручивается от действия реактивного момента электробура. При изменении режима работы электробура, осевой нагрузки, удельного момента угол закручивания будет изменяться, поэтому в процессе бурения необходимо следить как за режимом бурения, так и за положением отклонителя и поддерживать отклонитель в нужном направлении путем поворота бурильной колонны ро­ тором.

Следует иметь в виду, что на положение отклонителя могут влиять упругие деформации кручения колонны, поэтому их сле­ дует снимать, приподнимая и опуская колонну.

Взаимодействие датчиков ДА, ДН и ДПО дает возможность определять азимут отклонителя в градусах в вертикальном участке скважины по совокупности показаний приборов ПНТС. Для ориен­ тирования отклонителя при зарезке наклонного ствола в верти­ кальной скважине в направлении а зад необходимо найти сумму

2і = Т“1_азад-

Затем надо определить сумму Ег текущих показаний приборов «Азимут» и «Отклонитель». После этого следует вычислить раз­ ность Еі—S2 . Если она положительна, то численно будет равна углу доворота ß. Если разность отрицательна

р=збо—(Si —S 2).

Колонну необходимо повернуть на угол ß, при этом стрелка приборов ПНТС «Положение отклонителя» и «Азимут» должны устанавливаться на делениях, сумма которых Еі или отличаться от нее на 360°.

Если после доворота ротора на вычисленный угол показания приборов не дают Еі, то необходимо расхаживанием бурильной колонны и дальнейшим доворотом ротором добиться суммы Еь

доворота колонны на угол ß=55° стрелки приборов ПНТС должны установиться на делениях, сумма которых равна 280 и 640°,

ПНТС должны установиться на делениях, сумма которых 165° или 525°. Если сумма показаний будет отличаться от расчетной, необ­

190

ходимо расхаживанием бурильной колонны или дальнейшим доворотом ее добиться указанной суммы.

Для исправления самопроизвольно искривившейся скважины необходимо, включив электробур, установить положение отклони­ теля по прибору ДПО на угол у+180°, а затем в процессе бурения контролировать угол наклона скважины.

Бурение наклонных скважин

Для бурения наклонных скважин следует применять серийные электробуры, механизмы искривления МИ (отклонители), наддо­ лотные калибраторы, стабилизирующие устройства, утяжеленные бурильные трубы и телеметрические системы. В зависимости от выполняемой задачи и геологических условий используется та или иная компоновка. Выбирать электробуры следует с учетом режи­ мов бурения вертикальных скважин.

Механизмы искривления, монтируемые между двигателем и шпинделем или между редуктором и шпинделем, в зависимости от требующегося темпа набора угла наклона могут быть применены с различными перекосами осей. Для набора кривизны до 2,5° на 10 м проходки в зависимости от условий бурения рекомендуется применять механизмы искривления с перекосами осей 1; 1,5 или 2°. Для большей интенсивности — от 2,5 до 5° на 10 м проходки следует применять механизмы двойного искривления.

Чтобы обеспечить плавность изменения кривизны ствола сква­ жины, круглое сечение скважины и свободное прохождение бу­ рильной колонны и исключить самопроизвольное забуривание, ре­ комендуется в компоновках с механизмом искривления применять наддолотные калибраторы, диаметр которых равен диаметру до­ лота с допуском —1 мм. При проходке прямолинейного наклон­ ного участка скважины следует применять стабилизаторы, уста­ навливаемые между двигателем и шпинделем.

Для плавного уменьшения угла наклона скважины рекоменду­ ется спускать прямой электробур без стабилизирующих устройств. С целью обеспечения интенсивности искривления менее 1° на 10 м проходки допускается использование в качестве отклонителя кри­ вого переводника, устанавливаемого над электробуром.

При поинтервальном применении телеметрической системы, обусловливаемом экономией моторесурса аппаратуры, данные для построения профиля и плана скважины можно получить, исполь­ зуя систему в процессе подъема бурильной колонны. При этом привязку данных замеров к глубине скважины необходимо произ­ водить по длине колонны, имея в виду, что длина бурильных труб, используемых при электробурении, одинакова.

При подъеме бурильной колонны показания приборов телесистемы с помощью специальных устройств могут быть засняты или же записаны регистрирующим прибором в процессе подъема каж­ дой свечи.

191

При использовании телеметрической системы по всему разрезу скважины или при поинтервальном применении ее с замерами гео­ метрических параметров скважины при подъеме бурильной ко­ лонны можно не вызывать геофизическую партию для измерения геометрических параметров скважины.

Бурильную колонну на забой следует подавать так, чтобы наи­ более полно использовать мощность электробура. При этом не­

на долото и корпусе электробура. В указанном случае возникает значительный момент сопротивления вращению колонны, что при большой глубине скважины обусловливает соответствующий зна­ чительный угол закручивания труб. В некоторых случаях повороту отклонителя на 60—90° от апсидальной плоскости соответствует полный оборот ротора. В указанном случае в начале бурения фак­ тический угол установки вследствие упругого состояния колонны

192

Таблица 28

Данные измерений с помощью телеметрической системы и инклинометра в скв. 263

может изменяться как от уменьшения коэффициента трения элек­ тробура о стенки скважины под действием вибраций, так и от вы­ работки забоя. Поэтому необходимо постоянно наблюдать за поло­ жением отклонителя и корректировать его в процессе бурения.

Наличие телеметрической системы при электробурении дает возможность изменять траекторию скважины не в плоскости, а в пространстве, для чего должен быть рассчитан угол установки отклонителя, который выдерживается постоянным относительно те­ кущего положения апсидальной плоскости. Такой способ измене­ ния азимута обусловливает более плавное изменение траектории скважины при интенсивном изменении азимута.

В качестве примера приведем данные бурения скв. 263 (Серге­ евская площадь Уфимского УБР). В этой скважине впервые было произведено ориентирование отклонителя в вертикальном участке скважины. Перед спуском системы был рассчитан угол смещения

втабл. 28.

Вдальнейшем для поддержания проектной траектории ствола скважины телеметрическую систему и механизм искривления при­ меняли в интервалах 817—851 и 1414—1470 м.

Впроцессе проходки скважины строили фактическую горизон­ тальную проекцию скважины.

Вэтой же скважине впервые в практике бурения был замерен угол закручивания труб в зависимости от осевой нагрузки на глу­

бине 838,5 м при следующей компоновке бурильной колонны: до­ лото В-190ТШ, электробур Э170-10, СТЭ164, УКИ, трубы диамет­ ром 127 мм. Неизменная нагрузка на долото поддерживалась в те­ чение 1 мин.

Угол закручивания труб в зависимости от осевой нагрузки при­ веден в табл. 29 и на рис. 95.

Опыт бурения электробурами наклонно-направленных скважин в Азербайджанской ССР, Украинской ССР и Башкирской АССР показал, что при использовании механизмов искривления МИ всегда удавалось получить азимут и угол наклона, близкие к про-

194

ектным. Механизмы искривления обеспечивают надежную работу при полном использовании мощности электробуров.

Общие положения и правила бурения электробуром наклонно­ направленных скважин в основном необходимо соблюдать и при применении телеметрической системы. Уже при выборе профиля скважины следует учитывать, что будет использована телеметри­ ческая система, при которой можно свободно спускать бурильную колонну и ориентировать отклонитель на любой глубине практи­ чески без затраты времени. Следовательно, общепринятая реко­ мендация о том, что при проектировании профиля скважины сле­ дует ограничивать длину первого вертикального участка наклонно­ направленной скважины (рис. 96, а, б, в, г) теряет смысл, так как

Рис. 96. Типичные профили наклонно-направленных скважин.

2 — интервал набора кривизны; е — прямолинейная наклонная скважина.

эта рекомендация исходит главным образом из стремления умень­ шить затраты времени на ориентированный спуск бурильной ко­ лонны, осуществляя набор кривизны на возможно меньшей глу­ бине.

Между тем в ряде случаев целесообразно бурить скважину вертикальной до определенной глубины, например с целью более свободного спуска и качественного цементирования кондуктора или промежуточной колонны. Применение телеметрической си­ стемы дает большое преимущество и при бурении скважины по профилю д, при котором рекомендуется вертикальный участок максимально большой длины.

Для стабилизации направления наклонного участка скважины разработано стабилизирующее устройство, устанавливаемое вместо механизма искривления между двигателем и шпинделем.

На рис. 97 показан электробур Э215 со стабилизирующим уст­ ройством. Здесь же приведена схема для расчета высоты ребра стабилизатора.

Присоединительные размеры стабилизирующего устройства та­ кие же, как в механизме искривления. Так же как и в механизме искривления, вращающий момент от двигателя к шпинделю пере­ дается через полый вал и зубчатые соединения. Внутренние детали

к-А

Рис. 97. Электробур Э215 со стабилизатором направления наклонного участка скважины; расчетная схема:

/ — двигатель; 2 — стабилизатор; 3 — шпиндель; 4 — долото; 5 — УКИ, УБТ.

механизма искривления и стабилизирующего устройства взаимо­ заменяемы.

Высота ребра стабилизатора определяется по формуле

(83) где Dc — диаметр скважины (долота) в мм; Da— диаметр электро­

Стабилизирующее устройство испытано при бурении скв. 408 — Кушхана в Азербайджанской ССР; оно обеспечило прямолиней­ ность наклонного участка скважины.

196

В 1973 г. Долинским УБР объединения Укрнефть при участии ВНИИБТ с помощью электробура с телеметрической системой была проведена разветвленно-горизонтальная скв. 801 с четырьмя ответвлениями в менилитовых отложениях на глубине 2000— 2300 м.

Вертикальный ствол и часть искрив­ ленного ствола были обсажены 229-мм колонной, из которой с помощью электро­ бура Э164 с двойным механизмом искри­ вления, установленным между двигателем и шпинделем, в сочетании с телеметриче­ ской системой СТЭ164 был пробурен на­ клонный ствол с выходом на горизонталь. Наибольший угол наклона составил 96°. Из горизонтального ствола были прове­ дены четыре ответвления. Зарезка ответ­ влений осуществлялась зарезными доло­ тами с использованием электробураЭ164 с двойным МИ. Ориентирование отклони­ теля при зарезке и спуске бурильной ко­ лонны осуществлялось с помощью СТЭ164,

Обеспечение вертикальности ствола скважины

Для обеспечения вертикальности ство­ ла скважины применяют различные ком­ поновки низа колонны бурильной колонны с центраторами, расширителями и утяже­ ленными бурильными трубами.

ментом и вместе с центратором обеспечивает соответствующее на­

197

3-201

Рис. 100. Утяжеленная бурильная труба с кабельной секцией:

труба; 2 — кабельная секция; 3, 4 — транспортные заглушки; 5 — болт; 6 — пружинная шайба.

ром, приведена на рис. 99. Центрирующие ребра, армированные твердым сплавом, приварены к корпусу 1. В центральном отвер­ стии корпуса смонтирована кабельная секция двухпроводного то­ коподвода. Для установки центратора на элеваторе применяется переводник.

Утяжеленные бурильные трубы с кабельными секциями токо­ подвода изготовляют из обычных УБТ путем перерезки резьб и приварки сухарей для крепления секций токоподвода, причем нип­ пельная резьба нарезается со стороны проточки для захвата эле­ ватором; муфтовая резьба, так же как и муфта кабельной секции, расположена в нижней части УБТ (рис. 100).

Применяя указанные стабилизирующие устройства в компо­ новке с телеметрической системой целесообразно контролировать вертикальность скважины в ходе бурения и, таким образом, ис­ ключить вызов инклинометрических партий для ведения замеров через каждые 25—-100 м при фиксировании точек через 5—25 м проходки. Это позволит в процессе бурения иметь данные о тра­ ектории ствола скважины и выявить тенденцию к искривлению и, следовательно, даст возможность своевременно исправить сква­ жину. Таким образом, повышается качество ствола скважины. Кроме того, будучи уверенным в том, что ствол скважины верти­ кален, бурильщик сможет вести бурение с более высокой осевой нагрузкой. Следовательно, применение телеметрической системы дает возможность повысить механическую скорость и проходку на долото.

Основные преимущества применения телесистем

При применении телеметрических систем и механизмов искрив­ ления в п р о ц е с с е б у р е н и я н а к л о н н о - н а п р а в л е н н ы х

ск в а ж и н :

1)исключается вызов геофизических партий, а также время на инклинометрические измерения и ориентирование отклонителя;

2)исключаются ошибки в ориентировании отклонителя, пост­ роении траектории ствола скважины, в связи с чем сокращаются протяженность наклонно-направленных скважин и интервалы ра­ боты с отклонителем, выдерживается профиль скважины, что обе­ спечивает более продолжительную работу штанговых насосов и

обсадной колонны; 3) значительно повышается точность проходки специальных на­

клонно-направленных скважин.

П ри б у р е н и и в е р т и к а л ь н ы х с к в а ж и н в г е о л о г и ­ ч е с к и х у с л о в и я х , обусловливающих естественное искривле­ ние скважин, применение телеметрических систем в электробуре­ нии дает возможность:

1)исключить время на измерение угла наклона;

2)выявлять тенденцию ствола к искривлению, что дает воз­ можность своевременно принять меры к исправлению скважины,

199