Контрольная работа №3 «Каналы связи. Управление ТСС» по курсу «Геонавигация скважин»
Теоретические вопросы
Форма сигнала для различных видов гидравлического канала забойной телеметрической системы
Форма сигнала для электромагнитного канала забойной телеметрической системы
Кодировка информационной посылки забойной телеметрической системы
Влияние геометрических параметров и расположения опорно-центрирующих элементов на управление ТСС
В зависимости от количества, места установки и диаметра ОЦЭ существуют различные типы КНБК, по-разному влияющие на ТСС (траекторию ствола скважины).
При размещении одного центратора на рассчитанном расстоянии от долота, возможно создание компоновки для постепенного сброса или набора угла. В первом случае ОЦЭ расположен дальше от долота, благодаря чему УБТ лежит на стенке скважины и в них создаётся сила, стремящаяся выпрямить УБТ, то есть на долоте создаётся усилие, направленное на сброс зенитного угла (эффект отвеса/маятника). Эффект увеличивается с ростом зенитного угла, а также при уменьшении нагрузки на долото. При увеличении нагрузки на долото, её отклоняющая составляющая может превзойти эффект отвеса, из-за чего БОВ (боковое отклоняющее усилие) начнёт стремиться к набору зенитного угла. При этом обычно центратор ставится не полноразмерный.
В случае если ОЦЭ расположен близко к долоту, возникает обратный эффект. Эффект опоры/рычага, когда лежащая под собственным весом на нижней стенке УБТ стремится к дальнейшему изгибу, вызывая на долоте БОВ, способствующий дальнейшему увеличению зенитного угла. В качестве ОЦЭ зачастую выступает калибратор.
Если центраторов в КНБК несколько, то в обычном случае создаётся жёсткая КНБК, в которой благодаря ОЦЭ скомпенсированы отклоняющие усилия и производится бурение по прямолинейной траектории.
Однако в зависимости от места установки и диаметра ОЦЭ, а также осевого усилия, могут компенсироваться не все отклоняющие усилия, благодаря чему возможен рост или сброс зенитного угла.
Также есть тенденция, что полноразмерный калибратор способствует набору зенитного угла, а неполноразмерный его сбросу.
Типовые КНБК
Влияние параметров режима бурения на интенсивность искривления ствола скважины
Различные параметры режима бурения по-разному влияют на интенсивность искривления скважины.
В общем случае при увеличении осевой нагрузки на долото, интенсивность искривления увеличивается. Это объясняется увеличением прогиба КНБК, возрастанием отклоняющей силы, увеличением разработки стенок скважины, что приводит к увеличению угла перекоса инструмента.
При увеличении скорости вращения долота (колонны) возрастают центростремительные силы, которые удерживают долото вдоль оси скважины, то есть интенсивность искривления снижается. Это можно объяснить кинематикой движения КНБК в скважине. При малой частоте вращения колонна вращается в основном вокруг собственной оси, а при большой - вокруг оси скважины.
Расход и параметры промывочной жидкости также оказывают влияние на искривление скважин. В мягких породах при повышенном расходе промывочной жидкости стенки скважины размываются более интенсивно, угол перекоса инструмента увеличивается, что приводит к увеличению интенсивности искривления. Введение в раствор смазывающих добавок уменьшает трение инструмента о стенки скважины, что изменяет кинематику движения колонны бурильных труб и приводит к изменению интенсивности искривления.
Влияние способов бурения на траекторию ствола скважины
При роторном бурении без РУС используются различные компоновки для набора/сброса/удержания зенитного угла. Данные компоновки позволяют бурить с небольшой интенсивностью (до 1°/10 м).
При бурении на ГЗД искривление происходит за счёт искривленных элементов. В современном бурении используется практически только кривой переводник в составе ГЗД. Другие способы менее эффективны из-за низкой надёжности системы или низкой управляемости. Искривленный элемент в зависимости от модели ВЗД позволяет задавать интенсивность до 3-4°/10м.
При роторном бурении с РУС возможная интенсивность искривления зависит от модели РУС и параметров горных пород. Push the bit способен развивать интенсивности более 5°/10 м, однако в мягких и/или кавернозных породах интенсивность искривления может быть сильно снижена. Point the bit позволяет достичь интенсивность более 4°/10 м и не имеет таких ограничений на жесткость породы.
При комбинированном бурении (ГЗД+ротор) бурение происходит в двух режимах. В режиме слайда (скольжения) происходит изменение зенитного угла, а при роторном режиме происходит прямолинейное бурение, однако возможно наличие небольшой интенсивности искривления.
Влияние геометрических параметров забойного двигателя на интенсивность искривления
Геометрические параметры ГЗД напрямую влияют на возможную интенсивность искривления в скважине.
Чем меньше диаметр ГЗД по отношению к диаметру ствола скважины, тем более интенсивное изменение угла может быть осуществлено.
Чем больше длина забойного двигателя (его секций), тем меньшую интенсивность искривления можно получить.
Угол перекоса ГЗД задаётся с целью получения определённой интенсивности искривления. Чем он больше, тем выше интенсивность искривления.
Влияние угла поворота отклонителя на зенитный и азимутальный углы
Формула для расчета угла поворота отклонителя
Тут не знаю какая формула правильная.
Вариант из РД 39-2-810-83
= + у
где - угол между апсидальной плоскостью скважины и плоскостью действия отклонителя в момент замера, градус;
- угол закручивания бурильной колонны от реактивного момента, град.;
у – угол установки отклонителя, градус.
Возможно вот это (из его семинара):
Вариант от DeepSeek:
Влияние расположения выдвижных лопаток в роторной управляемой системе на траекторию ствола скважины
В большинстве РУС Push the bit корпус, на котором расположены лопатки неподвижен. В таком случае механика изменения ТСС следующая: лопатки под действием гидравлики выдвигаются и упираются в стенку скважины. Это создает реактивную силу, которая "отталкивает" корпус системы и долото в противоположном направлении. В большинстве случаев есть три лопатки, расположенных равномерно по оси в 120 градусах друг от друга. В таком случае для задания необходимой интенсивности и направления БОВ, выдвигается 1 или 2 лопатки с разной интенсивностью, что задает отклонение в нужную сторону.
В случае если вращение лопаток происходит вместе с вращением корпуса, создаётся более сложная динамическая модель, при которой лопатки выдвигаются и задвигаются при вращении корпуса, создавая постоянство БОВ в нужном направлении.
Влияние расположения эксцентриковых втулок в роторной управляемой системе на траекторию ствола скважины
Эксцентриковые втулки — это кольца со смещенным центром (эксцентриситетом).
При их взаимном вращении изменяется результирующий вектор смещения вала: Схема «вал в вале»: В системах point-the-bit вал долота проходит через ориентирующую втулку (orienting sleeve), имеющую внутреннее отверстие, просверленное под углом к ее наружной оси.
Создание излома оси: вращение этой втулки (или системы эксцентриковых колец) заставляет центральную ось вала отклоняться от оси инструмента на заданный угол θ. Долото в результате «смотрит» в нужном направлении, и ствол искривляется естественным образом.
Расположение геонавигационного оборудования и опорно-центрирующих элементов в составе КНБК при роторном бурении без применения РУС
При роторном бурении без РУС расположение и диаметр ОЦЭ – это единственный способ управления траекторией. ОЦЭ могут располагать в разных частях КНБК в зависимости от задач: несколько полноразмерных ОЦЭ для компенсации БОВ для бурения прямолинейных участков; расположение полноразмерного ОЦЭ (калибратора) у долота для создания эффекта опоры и наборы зенитного угла; расположение одного ОЦЭ на удалении от долота для создания эффекта маятника и сброса зенитного угла.
В случае роторного бурения ничего не мешает располагать геонавигационное оборудование (LWD и MWD) максимально близко к долоту в НУБТ.
Расположение геонавигационного оборудования и опорно-центрирующих элементов в составе КНБК при роторном бурении с применением РУС
При роторном бурении с РУС геонавигационные датчики интегрированы в саму РУС. Обычная компоновка выглядит следующим образом: долото, калибратор, отклоняющий модуль РУС, LWD, ОЦЭ, MWD, УБТ, БТ.
Таким образом обычно сначала идут приборы каротажа, а уже затем инклинометрии, так как наиболее близкое расположение датчиков каротажа важно для успешной геонавигации особенно в маломощных пластах.
ОЦЭ представлены зачастую в виде наддолотного калибратора и стабилизаторов, установленных в верхней части РУС и далее в УБТ и БТ.
Расположение геонавигационного оборудования и опорно-центрирующих элементов в составе КНБК при бурении с применением ГЗД
При бурении с ГЗД типовая схема компоновки выглядит следующим образом: долото, калибратор, ГЗД, центратор, MWD, LWD, УБТ, БТ.
При бурении с ГЗД геонавигационное оборудование располагается над ВЗД, таким образом создаётся значительное удаление от долота, так называемая «зона непромера», которая составляет от 10 до 30 м.
ОЦЭ в зависимости от задач могут располагаться как на корпусе ГЗД, так и выше на УБТ и БТ.
Расположение геонавигационного оборудования и опорно-центрирующих элементов в составе КНБК при бурении с применением ГЗД и РУС
Бурение с ГЗД и РУС является комбинированным и применяется по большей части для увеличения скорости вращения на долоте. Такие компоновки также называют «моторизированная РУС».
Зачастую представлена в виде РУС, над которым установлена силовая секция ВЗД.
Приборы MWD и LWD также интегрированы в сам РУС и располагаются над направляющей секцией.
ОЦЭ устанавливаются в разных местах. Зачастую это наддолотный калибратор, а также один или два центратора на моторизованной РУС.
Задача
С помощью КНБК с ВЗД с максимальной интенсивностью искривления добурили до точки с заданными координатами. Какую максимальную длину можно пробурить ротором, чтобы затем слайдированием достичь точки с заданными координатами?
Зенитный угол:
Каждые 10 м по стволу угол увеличивается на 1,5 градуса.
Тогда длина секции: 10*(18-0)/1,5= 120 м
Первый вопрос заключается в определении длины секции при бурении слайдом (без вращения).
Тогда MD = 10*(78-76)/5= 5 м
Второй вопрос заключается в том, сколько надо пробурить с вращением, чтобы зенитный угол снизился с 78 до 77,5 градусов.
Тогда MD = 100*(78-77,5)/1,5 = 33, (3) фута = 10,16 м
1 фут = 0,3048 м.
В целом задача непонятная из-за кривого перевода.
Зенитный угол изменился с 31,5 до 34,6. Азимутальный угол не изменился.
Пройденное расстояние MD = 12 м.
В слайде до этого двигатель пробурил 8 м с интенсивностью 3град/10 м.
Интенсивность искривления в замере:
I = 10*(34,6-31,5)/12=2,58(3) град/10м