книги из ГПНТБ / Григорян, Н. А. Бурение наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров

П р и м е ч а н и е . КП — кривой переводник. РЭН — резиновый эксцентричный ниппель.

и4,8’ м. Следовательно, в этих случаях, на практике проходки на­ клонных скважин полностью не используется возможность откло­ няющих компоновок.

Для случаев бурения трехшарошечными долотами Б-243С, Б-269С

иБ-295С соответственно с турбобурами Т12МЗ-8" и Т12МЗ-10", мо­ жно считать, что интенсивность искривления скважины ограничи­ вается корпусом турбобура, если DC<1,10 ■ D. А для случаев буре­

ния долотом Б-214С с турбобуром оно происходит при несколько большем значении диаметра скважины, чем 1,1(Ш (см. табл. 8). Допускаем, что такой вариант в практических условиях возможен и при этом полностью используется возможность откло­ няющей компоновки, когда процесс искривления скважины ограни­ чивается корпусом турбобура. Однако такое явление происходит в весьма ограниченном интервале бурения данной отклоняющей компоновкой. Дело в том, что, как правило, проходка с отклоните­ лем ограничивается обычно 50-н80 м и лишь в интервале Ю-т-30 м приращение угла искривления скважины максимально. Для осталь­ ных интервалов данного рейса величина приращения угла искрив­ ления скважины значительно меньше его максимального значения. Следовательно, если даже принять, что для указанных сочетаний долота и турбобура процесс искривления ствола ограничивается корпусом турбобура и при этом полностью используется отклоняю­ щая способность компоновки, то это будет справедливо лишь для небольшого интервала бурения. Для остальной части бурения с отклонителем, которая составляет подавляющую долю про­ ходки и (характеризуется приращением угла искривления значи­ тельно меньшим, чем максимальное его значение, скважина ис­ кривляется с неполным использованием отклоняющей способности компоновки.

Неполное использование способностей отклоняющих компоновок может быть объяснено следующими причинами.

1. При работе с отклонителем механическая скорость бурения настолько высока, что долото не успевает полностью фрезеровать своей боковой поверхностью стенку скважины и отклонять ствол на возможную величину.

2.Величина отклоняющей силы на долоте недостаточна для ин­ тенсивного фрезерования стенки скважины, т. е. удельная контакт­ ная нагрузка в боковом направлении ниже твердости пород, сла­ гающих стенку скважины в призабойной зоне.

3.Ввиду чрезмерных значений момента упругих сил, возникаю­ щих в сечении изгиба отклонителя, турбобур упруго деформируется

иограничивает величину приращения угла искривления ствола.

4.Процесс искривления ствола ограничивается не корпусом тур­ бобура, а установленной над ним УБТ.

5.Боковая фрезерующая способность применяемых трешарошечных долот не велика и фактическое искривление скважины ограни­ чивается не корпусом турбобура, а корпусом трехшарошечного до­ лота.

63

Рассмотрим, какие из указанных обстоятельств являются при­ чинами неполного использования способностей отклоняющих ком­ поновок.

Высокая механическая скорость бурения вряд ли может служить причиной неполного использования способности отклоняющей ком­ поновки, поскольку, как это видно из табл. 8, в ряде случаев при прочих равных условиях даже при больших механических скоро­ стях бурения достигнуты или одинаковые, или более высокие при­ ращения угла искривления скважины. Кроме того, практика за ­ резки и бурения новым стволом показывает, что даже чрезмерное снижение подачи долота и механической скорости проходки не уве­ личивает значительно приращения угла искривления скважины.

Недостаточная величина отклоняющей силы может быть причи­ ной неполного использования способности отклоняющих компоно­ вок лишь в случаях бурения трехшарошечными долотами большого диаметра (394 и 346 мм) с серийными турбобурами. В случаях же бурения трехшарошечными долотами нормальных (269 и 243 мм) и уменьшенных (214 и 190 мм) диаметров с укороченными или корот­ кими турбобурами это обстоятельство не имеет места, так как в ре­ зультате уменьшения длины турбобура и разности между диамет­ рами долота и турбобура величина отклоняющей силы резко воз­ растает.

Упругая деформация турбобура возможно имеет место при бу­ рении указанными в табл. 8 сочетаниями долота, турбобура и от­ клонителя и является одной из основных причин меньших значений фактического приращения искривления скважины по сравнению с теоретически возможными его значениями. Однако для случаев бурения с укороченными турбобурами это обстоятельство не может играть решающую роль.

Установленные над турбобуром или отклонителем УБТ могут ограничивать приращение искривления ствола. Это является ре­ зультатом нерациональной сборки элементов отклоняющей компо­ новки. Однако для рассматриваемых случаев, когда приращение искривления ствола при одинаковых условиях, а также в течение одного рейса изменяется в весьма широких пределах, свидетельст­ вует о том, что влияние УБТ незначительно.

Низкая боковая фрезерующая способность трехшарошечного до­ лота в определенных условиях является одной из основных причин уменьшения фактических приращений искривления скважины по сравнению с теоретически возможными его величинами. Эти усло­ вия— бурение любыми сочетаниями долота, турбобура и отклони­ теля после некоторого периода работы, когда калибрующий диаметр трехшарошечного долота снижается и приращение угла искривле­ ния скважины становится меньше, чем достигнутое наибольшее его

•значение. Аналогично для бурения укороченными и короткими тур­ бобурами в сочетании с трехшарошечными долотами нормального и уменьшенного диаметра. Такое утверждение может быть объяс­ нено тем, что при работе серийным турбобуром (например, Т12МЗ-8"

64

с 243-мм долотом) на практике наблюдаются случаи, когда способ­ ность отклоняющей компоновки используется полностью и интен­ сивность искривления скважины ограничивается корпусом турбо­ бура. При работе аналогичной компоновкой, «о с укороченным тур­ бобуром, отклоняющая способность низа бурильной колонны используется не полностью и интенсивность искривления скважины не ограничивается корпусом турбобура. Так как в случае уменьше­ ния длины турбобура отклоняющая сила возрастает, прогиб турбо­ бура или его величина значительно уменьшаются. Следовательно, возможности для полного использования способности отклоняющей компоновки увеличиваются. Если нет, то это свидетельство того, что в этих случаях боковая фрезерующая способность трехшаро­ шечных долот не соответствует возможностям отклоняющих компо­ новок. Вполне вероятно, что при этом интенсивность искривления скважины ограничивается корпусом долота.

Таким образом, если серийно выпускаемые трехшарошечные до­ лота в процессе работы с односекционными турбобурами позволяют в ряде случаев полностью использовать способности отклоняющих компоновок, то при работе с укороченными или короткими турбобу­ рами они этого не позволяют. Поэтому применение укороченных или коротких турбобуров с серийно выпускаемыми трехшарошечными долотами следует считать не вполне рациональным. Причем наряду с уменьшением длины турбобура необходимо увеличить боковые фрезерующие способности трехшарошечнык долот.

Вторым доказательством того, что боковая фрезерующая спо­ собность трехшарошечного долота существенно влияет на процесс искривления скважины, является то, что когда интенсивность ис­ кривления скважины ограничивается корпусом турбобура, оно про­ исходит лишь в ограниченном интервале проходки с отклонителем. Для большинства участка проходки с отклонителем данного рейса, где приращение искривления скважины значительно меньше макси­ мального его значения, интенсивность искривления скважины уже не ограничивается корпусом турбобура. Это является следствием уменьшения боковой фрезерующей способности трехшарошечного долота в результате потери его калибрующего диаметра, вследст­ вие износа тыльной части периферийных зубьев, роста осевого и радиального люфтов шарошек.

Принято считать, что с ростом угла искривления скважины от­ клоняющая способность компоновки снижается в результате роста нормальной составляющей веса турбобура с долотом. Однако в практических условиях на интенсивность искривления скважины влияет состояние трехшарошечного долота в большей степени, чем снижение величины отклоняющей силы вследствие роста угла ис­ кривления скважины. Для наглядности на рис. 11, а, б приведены зависимости изменения угла искривления скважины и приращения угла искривления от глубины проходки для ряда последовательно произведенных рейсов в скв. 378 и 878 на площади банка Дарвина соответственно долотами Б-214С и ЗВ-190С с укороченным

турбобуром T12Ml-65/g" длиною 4,8 и 4,3 ми кривым переводником с углом перекоса осей резьб 2° 30' и 2°.

Из рис. 11, а, б следует, что каждое последующее долото рабо­ тало при большем угле искривления скважины, а следовательно, при меньшей величине отклоняющей силы, чем предыдущее. Если бы снижение величины отклоняющей силы в результате роста угла искривления ствола значительно влияло на процесс искривления

а

д3?$ 55 §

о

Рис. II. Изменение прнращення угла искривления ствола за рейс и угла искривления скважины от глубины проходки:

а — скв. 378 на площади банка Дарвина; б — скв. 878 на той же площади; / — а0(Я); 2 — Даю(Я)

скважины, то приращение угла искривления ствола при работе каж­ дым последующим долотом должно быть меньше, чем предыду­ щим. Однако в действительности такое явление не наблюдается. Приращение угла искривления скважины на определенном участке каждого рейса имеет максимальное значение, к концу рейса оно сни­ жается, что свидетельствует об уменьшении боковой фрезерующей способности трехшарошечного долота. В процессе бурения очеред­ ным новым долотом, несмотря на то, что оно работало при большем угле искривления скважин, приращение угла искривления ствола в начале бурения этим долотом больше, чем в конце рейса преды­ дущего долота. Следовательно, на интенсивность искривления сква-

66

жимы в практических условиях преобладающее влияние оказывает состояние трехшарошечного долота.

В заключение необходимо отметить, что автор ограничился ана­ лизом лишь максимально достигнутых приращений угла искривле­ ния скважины при работе различными отклоняющими компонов­ ками. Хотя они не характеризуют общую картину процесса искрив­ ления скважины в случае бурения с отклонителем, а лишь свидетельствуют о предельно достигнутых результатах. Если учесть, что максимальные приращения угла искривления скважины достиг­ нуты при незначительных числах рейсов с отклонителем (среди большинства таких рейсов), то анализ даже этих предельно достиг­ нутых приращений угла искривления ствола (тем более и рейсов со средними значениями приращения искривления ствола, характери­ зующие данный процесс) свидетельствует о том, что при сущест­ вующей технике и технологии проходки скважин в подавляющем большинстве случаев полностью не используются возможности от­ клоняющих компоновок. Одной из основных причин такого поло­ жения является недостаточная и снижающаяся в процессе бурения с отклонителем боковая фрезерующая способность трехшарошеч­ ного долота.

Боковая фрезерующая способность буровых долот

Если достигнутые на практике проходки наклонных скважин приращения искривления ствола оказываются меньше теоретиче­ ски возможных его значений, то это является следствием неполного использования боковых фрезерующих способностей отклоняющих компоновок. Следовательно, резервы для интенсификации искрив­ ления ствола наклонных скважин в случае бурения с отклонителем следует изыскать в процессе фрезерования стенки скважины боко­ вой поверхностью трехшарошечного долота под действием откло­ няющей силы. Для решения данной задачи в первую очередь необ­ ходимо выяснить конструктивные особенности буровых долот и их боковую фрезерующую способность, каким требованиям они дол­ жны отвечать, чтобы можно было полностью использовать откло­ няющую способность низа бурильной колонны.

Влияние конструктивных особенностей долот на процесс искри­ вления ствола будет сказываться через способность их фрезеровать стенку скважины.

Для того чтобы в процессе бурения помимо разрушения забоя фрезеровались, искривлялись стенки ствола, необходимо соблюде­ ние следующих трех условий:

1) наличие на долоте отклоняющей силы достаточной величины;

2) отсутствие прогиба турбобура или чтобы величина прогиба его не превышала критического значения, при котором прекра­ щается отклоняющая способность низа бурильной колонны;

3) чтобы долото в процессе бурения обладало способностью бо­ кового фрезерования.

Если в процессе работы с отклонителем, хотя бы одно из этих трех условий будет нарушено, то углубление скважины будет про­ текать без фрезерования стенки ствола.

Рассмотрим боковую фрезерующую способность буровых долот.

Трехшарошечные долота

Боковая фрезерующая способность трехшарошечных долот бу­ дет характеризоваться углом X (рис. 12, а, б, в, г), наименьшим уг­ лом, образованным вертикалью п прямой, являющейся касательной к корпусу долота (точка .4) и проходящей через верхнюю калиб­ рующую точку шарошки

(точка С).

Хотя корпус трехшарошечиого долота состоит из нескольких участков, имею­ щих различные углы накло­ на к его оси, на процесс фре­ зерования стенки ствола по­ мимо завеса шарошек будет влиять первый участок от козырьков лап (участок А В ). Первый участок корпуса трехшарошечного долота от

козырьков лап может быть или параллельным к оси долот (см. рис. 12, а, в), либо иметь некоторый угол наклона к нему (см. рис. 12,6, г). Трехшарошечные долота, у которьпх корпус, на­ чиная от козырьков лап, не имеет наклона к оси долота, будет об­ ладать меньшей способностью фрезеровать стенку ствола, чем до­ лота, у которых указанный участок наклонен к его оси.

Согласно рис. 13

А + 5

(32)

*0 +

где ho — расстояние от верхней калибрующей точки шарошки до ко­ зырьков лап; hк — высота первого участка корпуса от козырьков лап; А — уменьшение радиуса корпуса долота на конце первого уча­ стка от козырьков лап; б — завес шарошек.

Д =0,5 (D K— D \)— hK{g~{>

где D1 — диаметр корпуса долота на конце первого участка; у — угол наклона первого участка корпуса от козырьков лап к оси до­ лота.

Ввиду малых значений угла X можно принять

68

Формула (33) характеризует боковую фрезерующую способность трехшарошечного долота до определенного значения величины за ­ веса шарошек б > бк (см. рис. 13, а), ниже которого указанная спо­ собность долота ограничивается козырьками лап. Условно назовем такое значение завеса шарошек бк критическим, величину которого определяют из выражения

Формулы (33) и (35) характеризуют боковую фрезерующую способность трехшарошечных долот. Из них следует, что способ-

Рис. 13. Снижение боковой фрезерующей способности трехшарошечного долота в за­ висимости от величины завеса шарошек:

а — 6> бк; б — б = бк; в — G<6K; г — 6=0

ность трехшарошечных долот фрезеровать стенку ствола зависит от: а) величины завеса шарошек; б) угла наклона к оси долота первого участка корпуса долота; в) высоты первого участка корпуса долота; г) расстояния от калибрующей точки шарошки до козырьков лап.

В зависимости от величины К на практике проходки скважин воз­ можны два варианта.

1. Х > 0; И. Х =0 .

В первом случае трехшарошечное долото будет обладать боко­ вой фрезерующей способностью и при наличии отклоняющей силы процесс бурения скважины будет сопровождаться фрезерованием стенки ствола. Во втором случае трехшарошечное долото не будет обладать боковой фрезерующей способностью. Поэтому независимо от величины отклоняющей силы на долоте процесс бурения будет происходить без фрезерования стенки ствола. В этом случае искрив­ ление ствола может происходить только в результате асимметрич­ ного разрушения забоя.

Трехшарошечные долота различного типоразмера, имея разные значения б, /г0, hK и у, будут иметь различные значения угла Л, а следовательно, и обладать различными способностями бокового фрезерования. В процессе бурения она будет снижаться исключи­ тельно вследствие уменьшения величины завеса шарошек б, так как

69