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

Ввиду того что для выпускаемых трехшарошечных долот угол а изменяется в пределах 50-Э57030' sin a > c o s a . Кроме того, замеры показывают, что у отработанных долот в большинстве случаев До>. > Д Р. Поэтому влияние До на снижение боковой фрезерующей спо­ собности долот больше, чем влияние Др. Текущее значение завеса шарошек в зоне фрезерования представится в виде

Если

Д1 —(- Др COS сс -ф-Aqsin a 8,

то бг > 0 и долото сохраняет способность фрезеровать стенку ствола и интенсивно искривлять скважину. Если же

Д! + Д р COS a-j~A0sin a ^ 3,

то S i^ O н долото не может фрезеровать стенку ствола. В этом слу­ чае углубление ствола возможно в мягких и средних породах, но ис­ кривление ствола может произойти только в результате асиммет­ ричного разрушения забоя.

Снижение боковой фрезерующей способности трехшарошечных долот в процессе бурения является одной из основных причин пере­ менности приращения искривления ствола на единицу метра про­ ходки за рейс. Облегчение условий работы и повышение стойкости трехшарошечных долот при бурении наклонных скважин могут быть достигнуты как техническими, так и технологическими мероприя­ тиями. К техническим мероприятиям относятся: увеличение калиб­ рующей и боковой фрезерующей способности долота, повышение завеса шарошек, армировка козырьков лап твердым сплавом, при­ менение трехшарошечных долот с шаровыми опорами и т. д. Тех­ нологические мероприятия следующие: использование стабилиза­ торов кривизны и азимута при работе с использованием прямой трубы; применение отклонителей, работающих на принципе асим­ метричного разрушения забоя в тех случаях, когда это возможно; использование различных присадков к промывочным растворам, снижающих износ элементов опоры долота; рациональный выбор трехшарошечных долот с учетом их конструктивных особенностей и целей предстоящего рейса; плавная подача инструмента и со­ кращение времени работы долота над забоем и т. д.

Влияние завеса шарошек долота на интенсивность искривления скважины

В процессе работы трехшарошечного долота его боковая фрезе­ рующая способность снижается в результате потери диаметра до­ лота вследствие износа элементов опоры и вооружения. Это приво­ дит к уменьшению интенсивности искривления скважины.

При бурении с отклонителем уменьшение калибрующего диа­ метра трехшарошечных долот будет влиять на интенсивность ис­ кривления ствола скважины двояко.

80

1. Когда интенсивность искривления ствола ограничивается корпусом турбобура, она будет снижаться от непосредственного уменьшения калибрующего диаметра трехшарошечного долота. В этом случае возможная интенсивность искривления ствола будет характеризоваться расчетной формулой (17). Она будет справедли­ вой до определенного значения завеса шарошек.

2. Вследствие дальнейшего уменьшения калибрующего диа­ метра трехшарошечных долот роль ограничивающего фактора ис­ кривления скважины играет корпус не турбобура, а трехшарошеч­ ного долота.

Изложенное подтверждается практикой проходки наклонных скважин. Выше на основе анализа было показано, что интенсив­ ность искривления ствола к концу рейса резко снижается и вели­ чина ее значительно меньше среднего значения.

Рассмотрим, какова интенсивность искривления ствола, ограни­ чиваемого корпусом долота, и при каких условиях справедлива рас­ четная формула (17).

Очевидно, что процесс искривления ствола будет зависеть от боковых фрезерующих способностей трехшарошечного долота и системы долото—турбобур. Первая характеризуется утлом %, а вто­ рая — углом 0, определямым из выражения

Для частного случая, когда отсутствует уширение ствола

В зависимости от сочетания указанных углов возможны сле­ дующие случаи:

I. Х > 0 ; И. Х =0; III. Х < 0 .

В первом случае боковая фрезерующая способность трехшаро­ шечного долота выше боковой фрезерующей способности системы долото—турбобур, поэтому процесс искривления ствола при доста­ точной величине отклоняющей силы будет протекать с макси­ мально возможной интенсивностью искривления для данной откло­ няющей компоновки и ограничиваться корпусом турбобура. Верх­ няя стенка ствола, в направлении которой искривляется скважина, будет касаться только корпуса турбобура. Для этого случая фор­ мула (17) справедлива и по ней можно определить величину воз­ можной интенсивности искривления скважины.

Во втором случае боковые фрезерующие способности трехшаро­ шечного долота и системы долото—турбобур одинаковы. Интенсив­ ность искривления ствола при этом также будет максимально воз­ можной и расчетная формула (17) справедлива для определения ее величины. В процессе искривления ствола верхняя стенка скважины

одновременно будет касаться корпуса турбобура и корпуса долота.

В третьем случае боковая фрезерующая способность трехшаро­ шечного долота меньше, чем боковая фрезерующая способность си­ стемы долото—турбобур. При этом в результате потери калибрую­ щего диаметра трехшарошечного долота качественно изменяется процесс искривления скважины, так как в роли ограничивающего фактора выступает уже не корпус турбобура, а корпус долота. По­ этому интенсивность искривления ствола здесь будет значительно меньше и расчетная формула (17) уже не пригодна для определе­ ния ее величины. Значения завесов шарошек, при которых искрив­ ление ствола ограничивается спинками и козырьками лап долота,

На рис. 19 представлены зависимости изменения критических значений завеса шарошек, при которых процесс искривления сква­ жины ограничивается спинками лап (пунктирная кривая) или ко­ зырьками лап (сплошная кривая), от длины турбобура Т12МЗ-65/8" с долотами Б-214МГ и ЗВ-190МГ.

Из рис. 19 следует, что при бурении серийно выпускаемыми 214 и 190-мм трехшарошечными долотами с одиосекционными турбобу­ рами по мере снижения завеса шарошек искривление скважины будет ограничиваться козырьками лап. В процессе же бурения тур­ бобурами меньших длин после некоторой потери калибрующего диаметра долота искривление скважины будет ограничиваться

82

спинками лап, а затем — их козырьками. Например, при бурении трехшарошечными долотами Б-214МГ и 1В-190МГ при DC= D, если длина турбобура T12Ml-65/s" больше соответственно 5,5 и 4,5 м при уменьшении завеса шарошек соответственно ниже, 0,32 и 0,20 мм искривление скважины будет ограничиваться козырьками лап. Если длина турбобура Т12М1-65/8" равна 4 м и DC= \,2D , то при завесе шарошек 6 ^ 1 ,5 2 мм интенсивность искривления скважины будет ограничиваться корпусом турбобура, при 6 = 1,52^0,60 мм — спинками, а при 6 <0,60 мм — козырьками лап.

Для определения интенсивности искривления скважины, огра­ ничиваемого корпусом трехшарошечного долота, согласно расчет­

Согласно рис. 20

где h — расстояние от калибрующей точки шарошки до места со­ прикосновения корпуса долота со стенкой скважины в м; е — по­ ловина разности между диаметрами долота и корпуса на расстоя­ нии h от калибрующей точки шарошки в м.

Совместно решив эти два уравнения относительно hi, предвари­ тельно исключив из рассмотрения квадраты малых величин, полу­ чим

достающего третьего уравнения напишем выражение радиуса ис­

Совместно решив уравнение (53) и (56) относительно а, полу­ чим

а( V //! //2 — III).

Значения hi и hi из выражений (52) и (55) подставляют в это урав­ нение и, пренебрегая квадратами малых величин, окончательно по­ лучают, что для случаев ограничения искривления ствола спинками лап долота

Тогда расчетная формула для определения возможного прираще­ ния угла искривления скважины в интервале LT, когда оно ограни­ чивается корпусом долота, примет вид

Расчетная формула для определения возможного приращения угла искривления ствола, ограничиваемого спинками лап долота, на 10 м проходки

Если же интенсивность искривления скважины ограничивается козырьками лап, то

L-fi I 180

(60)

84

Зд есь

В формулах (59) и (60) первый член в квадратных скобках ха­ рактеризует долю приращения искривления ствола в результате асимметричного разрушения забоя, а второй член— в результате фрезерования стенки скважины. Из этих выражений следует, что по мере снижения завеса шарошек интенсивность искривления ствола уменьшается. При 6 = 0 , когда долото не будет обладать, способностью фрезеровать стенку скважины, формула для опреде­ ления возможного приращения угла искривления ствола примет

вид формулы (9), характеризующей приращение искривления: ствола вследствие асимметричного разрушения забоя.

Формулы (59) и (60) характеризуют изменение возможногоприращения искривления скважины в диапазоне значений завеса шарошек 6 = 6К — 0, когда интенсивность искривления скважины перестает ограничиваться корпусом турбобура до полной потери боковой фрезерующей способности трехшарошечных долот. Таким образом, если завес шарошек 6^3=6^ или 6 ^ 6 К, то для определе­

ния возможного приращения угла искривления скважины следует-

ного приращения утла искривления скважины от величины завеса шарошек при бурении соответственно 214 и 190-мм трехшарошеч­ ными долотами с турбобуром Т12М1-65/з" длиною 8,5; 5,5; 4 и 3 м..

85-

Р. А. Иоаннесян, принимая стенки скважины абсолютно жест­ кими и пренебрегая деформацией турбобура, исходит из макси­ мально возможного значения момента, который может возникать в сечении изгиба отклонителя в результате упругой деформации. Он рекомендует величину силы Р определять по формуле

где E l — жесткость установленных над турбобуром труб в кгс • см2;

где гт — радиус отклонителя или турбобура, когда опорной точкой

диаметр до сечения отклонителя в см; I — расстояние от долота до точки перехода корпуса турбобура на меньший диаметр в см; k\ —

(точнее она приравнивается к жесткости отклонителя), при усло-

• 88

вин равенства диаметров скважины и долота и для прямолинейно-

ется от жесткости отклонителя. Например, жесткость шейки турбо­ бура Т12М1-65/8" меньше жесткости 141-мм кривой трубы и 146-мм кривого переводника соответственно в 1,51 и 3,36 раза.

В искривленном участке скважины напряженное состояние низа бурильной колонны с отклонителем, а следовательно, и величина отклоняющей силы на долоте будут отличаться от случая, когда эта же компоновка находится в прямолинейно-наклонном участкествола. Это отличие будет зависеть как от величины приращения угла искривления скважины, так и от его знака, т. е. от того, на каком участке (набора или падения кривизны) находится откло­ няющая компоновка.

Увеличение диаметра скважины снижает напряженное состоя­ ние низа бурильной колонны с отклонителем, а следовательно, и ве­ личину отклоняющей силы. Установление влияния указанных, не­ учтенных, факторов на величину отклоняющей силы позволит вы­ явить резервы для увеличения отклоняющей силы на долоте и в не­ которой степени уточнить проектирование процесса искривления стволов наклонных скважин.

Для решения поставленной задачи используем расчетную схему М. П. Гулизаде [28], где перемещение центра долота от действия силы Р рассматривается как сумма трех перемещений

от действия силы Р; усiC2 — перемещение центра долота от действия

Определим значение уС2сз с учетом жесткости переводника тур­ бобура. Для этого примем, что часть системы от долота до откло­ нителя представляет собой консольную балку переменного сечения, заделанную в сечении О, и что под действием силы Р конец балки прогибается только на величину усм-

* Произведенный нами расчет показал, что влияние жесткости шпинделя турбобура на величину Рот незначительно, поэтому в расчёте ею пренебрегаем.

89