Компоновки низа бурильной колонны с забойным двигателем

Компоновки с забойным двигателем являются универсальными и применяются во всех участках направленных и горизонтальных скважин. Они используются для отклонения от вертикали и набора зенитного угла, бурения участков стабилизации зенитного угла и обеспечивают точное управление траекторией скважины. Проектирование компоновки с забойным двигателем будет зависеть от целей спуска компоновки. Как в случае с роторными компоновками, характеристика компоновки с забойным двигателем также изменяется с помощью кривых переводников и изогнутых корпусов. Некоторые компоновки с забойным двигателем проектируются с возможностью вращения, а другие без вращения. Вращаемые компоновки называются "компоновки, включающие забойный двигатель с регулируемым углом перекоса", так как они допускают попеременно вращение и ориентирование для точного направления скважины по намеченной траектории.

Рис. 3.7. График характеристики интенсивности резкого перегиба скважины

На рис. 3.7 показан изогнутый корпус компоновки, включающей забойный двигатель с регулируемым углом перекоса (SMA) без каких - либо центраторов. Действие этой компоновки чувствительно к зенитному углу и положению зоны изгиба. На рис. 2.32 показана характеристика интенсивности резкого перегиба скважины в зависимости от расстояния между долотом и перекосом для зенитных углов менее и более 20°. Для зенитных углов менее 20° максимальная интенсивность резкого перегиба скважины имеет место в том случае, когда место перекоса расположено на расстоянии около 10 м (30 фут.) от долота. Эта интенсивность эквивалентна интенсивности в случае применения прямого забойного двигателя с кривым переводником. По мере увеличения зенитного угла максимальная интенсивность резкого перегиба имеет место тогда, когда перекос расположен на расстоянии примерно в 2,5 м (8 фут.) от долота. Эта компоновка представляет собой типичную компоновку с изогнутым корпусом. Данный график подтверждает часто упоминаемый факт, что компоновка с изогнутым корпусом неэффективна в качестве компоновки для отклонения скважины.

Причина такой характеристики компоновки показана на рис: 3.8. По мере увеличения зенитного угла скважины сила тяжести прижимает верхний конец забойного двигателя с изогнутым корпусом к нижней стенке скважины и увеличивает боковую силу на долоте (BSF). Компоновка с кривым переводником при небольшом зенитном угле скважины вначале создает большую боковую силу на долоте. На рис. 3.9 показан забойный двигатель с изогнутым корпусом с одним центратором на корпусе шпинделя и одним центратором над рабочей секцией забойного двигателя. Дополнительные центраторы улучшают работу компоновок, включающих забойный двигатель с регулируемым углом перекоса при небольших зенитных углах скважины.

Рис. 3.8. Иллюстрация взаимодействия компоновки с забоем и стенкой скважины

Рис. 3.9. Двигатель с изогнутым корпусом с центраторами

Рис. 3.10. Сравнение интенсивности резких перегибов для компоновок, включающих забойный двигатель с регулируемым углом перекоса, с центраторами и без них

На рис. 3.10 показана зависимость интенсивности резких перегибов от зенитного угла скважины для гладкой компоновки, включающей забойный двигатель с регулируемым углом перекоса, и компоновки с центратором на забойном двигателе и центратором, установленным над забойным двигателем.

Следует отметить, что компоновка с центраторами характеризуется большей интенсивностью резких перегибов при небольшом зенитном угле и достигает меньшего максимального зенитного угла, чем гладкая компоновка.

В целом, чем больше диаметр верхнего центратора, тем более эффективна эта компоновка в точке отклонения скважины от вертикали и при высоких зенитных углах максимальная интенсивность резкого перегиба будет ниже. Чем больше диаметр нижнего центратора, тем более эффективно будет работать эта компоновка при всех зенитных углах скважины.

Рис. 3.11. Сравнение интенсивности резких перегибов для компоновок с регулируемым углом перекоса

На рис. 3.11 сравниваются интенсивности резких перегибов в зависимости от ориентации направления действия отклонителя для компоновок, включающих забойный двигатель с регулируемым углом перекоса, без центраторов и с центраторами. Гладкая компоновка очень чувствительна к ориентации направления действия отклонителя. Она дает максимальную интенсивность резкого перегиба при направлении действия отклонителя к верхней стенке скважины (TFO - 0 град) и минимальную при повороте (ТО - 90 и 270 град). Компоновка с центраторами характеризуется меньшей чувствительностью к ориентации направления действия отклонителя (TFO). При уменьшении диаметра центраторов компоновка становится более чувствительной к ориентации направления действия отклонителя.

На рис. 3.12 показан забойный двигатель с изогнутым корпусом и накладкой или эксцентричным корпусом вместо нижнего центратора. Накладку можно считать как смещенный центратор. Такие конструкции компоновок с регулируемым углом перекоса дают большие возможности менять проектные интенсивности набора угла, так как накладка позволяет моделировать центратор любого диаметра: от диаметра меньше диаметра скважины до диаметра больше диаметра скважины.