vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Обязанности инженера направленного бурения

Вес КНБК

До завершения конструирования КНБК необходимо сделать оценку максимальной требуемой нагрузки на долото. Это будет зависеть от специфики долота и породы. На забое, реально прилагаемой нагрузки также зависит и от особенностей КНБК с точки зрения ее способности к выдерживанию какого - либо заданного направления.

КНБК должна обеспечивать необходимую нагрузку на долото для соответствующей ситуации. Число УБТ необходимо свести к минимуму и необходимый вес обеспечить за счет применения толстостенных бурильных труб (хевивейт - труб).

Нейтральной точкой N буровой колонны называется место, где меняется напряжение сжатия на напряжение растяжения. Все, что ниже точки N, находится в сжатом состоянии, а все, что выше - в растянутом. На рис. 6-1 показана ситуация, где N находится на УБТ.

Вес одного фута длины каждого размера УБТ и хевивейттруб - известен. Следовательно, вес КНБК, находящейся в воздухе можно легко вычислить. Однако, в дальнейшем, нам нужно будет скорректировать этот вес в соответствии с условиями в стволе.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В любой скважине необходимо учитывать эффект плавучести колонны в буровом растворе (BF). Чем выше вес бурового раствора, тем ниже величина BF и меньше вес, доходящий на долото. Плавучесть может существенно повлиять на вычисление нагрузки на долото. Для бурового раствора с 14 фунт/галлон, 21% веса, измеренного на воздухе, “ теряется “ из-за эффекта плавучести.

На рис. 6-2 показан объект, имеющий вес W, лежащий в плоскости рисунка с наклоном под углом а. W можно разложить на две составляющие: одна из них - перпендикулярна плоскости, другая - параллельна плоскости. Перпендикулярная компонента Р давит на плоскость и создает силу трения. Параллельная компонента L - заставляет объект скатываться вниз по плоскости и является оставшейся частью силы, которую можно использовать как нагрузку. Таким образом, компонента W, которую можно использовать как вес (нагрузку) на долото определяется как:

L = W cos a

Для отклоняемых скважин, максимальный наклон должен определяться вычислениями веса на долото, который можно приложить.

Вес, который можно приложить к долоту =(Вес КНБК с учетом плавучести)* cos угла наклона.

Таким образом, в стволе с наклоном в 450, эффективный вес КНБК на долото составляет лишь 71% веса, который был бы в вертикальном участке скважины.

На негоризонтальных участках ствола бурильные трубы не должны работать с нагрузкой сжатия. Для обеспечения постоянной нагрузки растяжения бурильных труб, нейтральная точка должна быть либо на хевивейт-трубах, либо - на УБТ. Очевидно, чем меньше нагрузка на долото, тем ниже располагается точка N. Поэтому, конструкция КНБК должна быть такова, чтобы обеспечивать работу в самом худшем случае, - при максимально прилагаемом весе на долото.

В вычислениях необходимой нагрузки на долото, применяется фактор безопасности. Её величина обычно составляет 10%-25%.

Рассмотрим ствол с наклоном а.

Вес КНБК в воздухе = (необходимая нагрузка на долото + фактор безопасности)/(фактор плавучести * cos a).

Может применяться и комбинированная буровая колонна. Обычно она включает в себя два (или более) различных размера УБТ, находящихся ниже хевивейт-труб. Эффективная нагрузка на долото расчитывается как и в вышеприведенном примере, но с учетом различного веса этих УБТ.

В заключение, необходимо рассмотреть положение бурильного ясса. Механизм ясса должен находиться под напряжением растяжения в 5000фнт во избежание нахождения в нейтральной точке . Для оптимальной его работы в направлении “ вниз”, ясс необходимо разместить так, чтобы по крайней мере 5000фнт. веса КНБК находились бы над ним. Натяг в 20000фнт. достаточен для обеспечения 8” свободного хода подвижного механизма яса. Ясс может работать в режиме растяжения или сжатия. Если яссы 6 1/4” или 6 1/2” работают при сжатии, то их часто размещают близко к основанию начала 5” хевивейт-труб. Яссы, размером 7 3/4” и выше, должны размещаться на УБТ.

Пример

Скважина 12 1/4”, Зенитный угол 300, Азимут N250W, плотность раствора = 12фунт/галлон.

Предложите комбинированную компоновку КНБК для выдерживания направле-

ния.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Ясс 6 1/2” будет работать под натяжением. Нам потребуется лишь 1х30’ немагнитной УБТ выше MWD. Максимальный требуемый вес на долото - 45000фнт. Используйте 10% -й фактор безопасности.

Замечание: Нижняя часть КНБК (которая определяет способность КНБК к выдерживанию заданного направления) выбирается на основе полученного опыта бурения в данном районе.

Вес КНБК ниже ясса = (необходимый вес на долото + фактор безопасности) / (фактор плавучести * cos наклона) =(45000+4,500)/(0,817* cos300) = 69,960фнт.

8”х2 13/16” вес УБТ 4642,6 фнт на фт длины

6 1/2” х 2 1/2” вес УБТ 2979,8 фнт на 31 фт. длины

5” х 3” вес хевивейттрубы 1480 фнт. на 30 фт. Длины

Замечание: При первичном выполнении вычислений нагрузки на долото полезно знать:

Вес одной хевивейт-трубы 5” х 3” приблизительно равен весу одной 8” х 2 13/16” УБТ.

Нижние 120 футов КНБК будут определять ее свойство выдерживать направление. Существует несколько возможностей обеспечения полного необходимого веса КНБК.

Замечание: Немагнитные УБТ и УБТ для MWD рассматриваются как часть 8”

УБТ.

Типичная КНБК могла бы быть:

12 1/4” долото + 12 1/4 стабил. + 8” спиральн. УБТ + 12 1/8” стаб. + MWD + переп. клап. + 12 1/4 стаб. +1х8” немагн. УБТ + 6х8”УБТ + Х/О + 6х6 1/2”УБТ + Х/О +11х5” хевивейт-тр. + гибкий замок + 6 1/2”ясс +9х5”хевивейт тр.

Замечание: С точки зрения выбора положения ясса, необходимо учитывать следующее:

При растягивающей нагрузке: Наихудшая ситуация возникает при максимальной нагрузке на долото. Поэтому, ясс должен быть удален от долота как можно дальше, чтобы на нем поддерживалась нагрузка минимум - 5000 фнт. При уменьшении нагрузки на долото, ясс - тем более будет находиться под нагрузкой растяжения.

При нагрузке сжатия: Наихудшая ситуация возникает при максимальной нагрузке на долото из-за того, что натяжение на механизме ясса - уменьшается. Ясс должен быть, поэтому, расположен достаточно далеко от долота. По мере возрастания нагрузки на долото, подвижный механизм ясса все ближе “приближается” к минимальной нагрузке растяжения в 5000фнт.

При выборе КНБК , ясс должен располагаться так, чтобы даже в наихудшем случае обеспечивать работу. Однако, это не всегда удается осуществить на практике. Когда по условиям бурения необходимы большие вариации нагрузки на долото, механизм ясса может находиться близко к минимальнодопустимому растяжению в 5000

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

фнт. Длительность таких условий должна быть сведена к минимуму и, по возможности, устранена совсем.

На практике, хорошим компромиссом является расположение ясса у самого основания свечи из хевивейт-труб. Даже если яссы сжаты в КНБК, то маловероятно, что их механизмы будут иметь нагрузку растяжения в 5000 фнт. при бурении.

В заключение, относительно расположения яссов в КНБК, существует только два ограничения:

1.Механизмы яссов должны всегда быть под растягивающим напряжением в 5000фнт. при бурении. Яссы могут работать “при сжатии” с точки зрения прилагаемого веса на долото. Однако, из-за эффекта плавучести, наклона ствола, натяжение выше ясса при бурении должно быть по крайней мере на 5000фнт. меньше, чем растягивающая сила давления внутри механизма ясса.

2.Над ясса ми необходимо иметь 5000фнт. веса КНБК для того, чтобы иметь некоторую массу для воздействия ясса. Эти 5000 фнт. вместе с 20000 фнт. бурильных труб выше КНБК дают минимальное значение установки ВНИЗ ясса. В главе 6 об этом написано более подробно.

Работа с буровым оборудованием.

Инженер направленного бурения должен находиться на буровой площадке во время поднятия с пола или укладки на него КНБК. При этом необходимо руководствоваться нижеприведенными правилами и строго соблюдать правила безопасности.

1.Описание последующей КНБК должно быть передано буровому мастеру и его помощнику заранее. Инструменты, предназначенные к поднятию, должны быть промаркированы и идентифицированы помощником бурового мастера (или, если это возможно, оператором крана). Ни в коем случае не должно возникать ситуации, когда не понятно, что именно поднимается/опускается.

2.При перемещении забойных двигателей, УБТ, стабилизаторов и.т.п. необходимо пользоваться краном. Во избежание возможного повреждения оборудования, необходимо применять соответствующую подъемную технику.

3.Проверьте наличие протекторов резьбы на всем оборудовании, предназначенном для направленного бурения, особенно при укладке его на пол и поднятии.

4.Не загораживайте поле зрения бурильщика, при проведении рабочих операций с КНБК. Никогда не становитесь между бурильщиком и роторным столом.

5.Будьте внимательны, находясь на буровой во время проведения там любых работ. Оденьтесь в соответствующую рабочую одежду и наденьте защитный шлем.

6.Планируйте (консультируясь с буровым мастером) наиболее эффективный и безопасный способ подъёма и спуска КНБК.

7.Перед началом подъемной операции убедитесь, что буровой мастер знает используемую КНБК и при подъеме не возникнет ситуации непонимания.

8.Проверьте поверхность каждого элемента КНБК до развинчивания соединений. Небольшие повреждения торцов можно устранить на месте. Проверьте также резьбовые соединения. Помните, что резьбовые соединения УБТ подвержены повреждениям размывания.

9.Убедитесь в том, что имеется соответствующая смазка замков компонент КНБК и, что щетка для очистки резьбы и контейнер со смазкой поддерживаются в чистом состоянии на сколько это позволяют условия буровой.

10.Проверяйте величину крутящего момента при каждом соединении. Длина плеча момента должна быть известна. Если датчик крутящего момента неисправен, -

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

буровой мастер может использовать “EZY-TORQ:(если он имеется в наличии). В любом случае, прежде чем продолжать работу, необходимо предпринять все действия для точного определения закручивающего момента. Иногда это может вызвать дополнительные затраты времени на ремонт или замену датчиков.

11.При замене втулок стабилизатора иногда приходится применять молоток. Убедитесь, что рабочий, выполняющий эту операцию, пользуется защитными очками, а лица, не имеющие отношения к выполнению этой работы, находились бы на безопасном расстоянии.

12.Буровой мастер не должен использовать вес УБТ для проталкивания перепускного клапана (размещенного в верхней части долота) в наддолотный стабилизатор. Этот метод может привести к заталкиванию резинового уплотнителя перепускного клапана в область резьбового соединения долота и стабилизатора.

13.Не находитесь рядом с роторным столом во время открытия противовыбросового превентора.

14.Обычно, инженер MWD следит за подъемом / спуском УБТ для MWD. Если по какой-либо причине он не может этого делать - инженер по направленному бурению должен проследить за осторожностью при выполнении этих операций.

15.С особой осторожностью следует обращаться с забойным двигателем. Нельзя использовать подъемный переводник двигателя для подъема других элементов.

16.Будьте аккуратны при обращении с щитками - турбулизаторами КНБК.

17.Иногда представитель компании может спросить мнение инженера по направленному бурению о состоянии долота при его подъеме. Правильная оценка его состояния инженером повысит мнение о нем со стороны руководства.

18.Хорошее взаимопонимание между инженером направленного бурения и буровым мастером имеет жизненно важное значение для успешной работы. Инженер должен работать с буровым мастером вместе, а не как надзиратель. Кооперация ведет к успеху.

Изменение направления ствола

Технология отклонения ствола применяется на платформах для бурения новой скважины вблизи других с минимальным риском столкновения. Обычно начальный участок ствола бурится с небольшим набором угла (примерно 1/100’) в выбранном направлении. Из-за магнитной интерференции от соседних обсадных колонн, ориентацию выполняют по результатам гироизмерений.

Другими случаями изменения направленности ствола являются:

1.Бурение скважины, начало ствола которой - на одной стороне платформы, а конечная цель - на другой, когда между начальным и конечным направлениями ствола находятся другие скважины.

2.Продолжить горизонтальный участок ствола на столько, на сколько это воз-

можно.

3.В случаях, когда отход от вертикали - большой по сравнению с истинной суммарной вертикальной глубиной.

Технология зарезки.

* В мягких породах, когда объем информации о соседних стволах не достаточен, самым безопасным методом является струйный. Применение забойного двигателя - менее предпочтительно из-за возможного столкновения с соседними скважинами.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

* Самым распространенным методом является применение забойного двигателя. Существуют два способа:

1.Применение долота 17 1/2” и забойного двигателя 9 5/8” с кривым переводником с углом установки 1-1/20. Эта комбинация даст небольшое закривление. Ствол расширяют до нужного размера после работы двигателя.

2.Применение долота 26” и забойного двигателя 9 5/8”. В этом случае требуется больший угол установки на кривом переводнике (20). В мягкой породе в стволе большого диаметра трудно набрать угол. Эта техника, также приводит к необычно высокому износу двигателя.

Ориентация

Забойный двигатель/кривой переводник КНБК

можно использовать для зарезки скважин, коррекции ствола или для отхода от вертикали. Типичная КНБК для этих целей представляет собой:

Долото, забойный двигатель, кривой переводник, перепускной клапан, ориентирующий переводник (UBHO), немагнитные УБТ, стальные УБТ, хевивейт-трубы, бурильные трубы.

Конец корректировки направленности ствола может быть завершен только правильной ориентацией двигателя. Направление, в котором должен остаться инструмент после ориентации можно найти с помощью OUIJA BOARD.В этом методе используют векторные диаграммы. Применение OUIJA BOARD будет объяснено в другом месте этого раздела.

Оно может быть найдено также и математически. Для того, чтобы действительно знать как расположена ось кривого переводника, могут быть использованы различные методы. Замеры должны дать нам наклон, направление и угол поворота относительно оси. Во всех случаях ось кривого переводника должна оставаться опорной для определения угла поворота относительно оси. До недавнего времени, пока не появились надежные

Рисунок 6-3 системы MWD, обычно ориентировались с помощью магнитного метода ориентации или с помощью

метода “ пера “. Магнитный метод ориентации редко применяют сегодня. Там, где

приходится обходиться без MWD, применяют метод “ пера “.

На рис. 6-3 приводится иллюстрация применения этого метода. Наклон ствола, направление и ориентация относительно оси считываются с измерительного диска. Наклон относительно оси - показатель отклонения оси кривого переводника.

Реактивный момент.

Реактивный момент создается потоком бурового раствора, действующего на статор. При бурении с забойным двигателем, по мере возрастания нагрузки на долото,

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

крутящий момент, подаваемый на долото - увеличивается . При этом имеется соответствующий крутящий момент, действующий на корпус мотора и направленный против часовой стрелки. Он стремится повернуть ось мотора и, следовательно, целиком КНБК против часовой стрелки. Это меняет ориентацию кривого переводника. Основным недостатком метода отклонения с применением забойного двигателя вместе с кривым переводником является трудность выдерживания нужного направления из-за действия реактивного момента. При ориентировании с ориентирующим переводником, инженер обязан оценить на сколько повернется КНБК при начале бурения из-за действия реактивного момента. Это - одна из областей, где требуется проявить “искусство”.

Параметры на забое, особенно давление, должны поддерживаться постоянными при работе с забойным двигателем. Это должно обеспечить постоянство реактивного момента и, следовательно, поворота КНБК (при условии равномерности породы).

Уменьшение скорости потока бурового раствора приводит к уменьшению реактивного момента. Уменьшение нагрузки на долото приводит к уменьшению реактивного момента. И наконец, применение менее агрессивного долота приводит к уменьшению реактивного момента.

При струйном методе отклонения реактивный момент - отсутствует. Однако, все же имеется тенденция долота к повороту в право при работе сопла. Обычно величина отклонения не превышает 200 и она может быть легко компенсирована при установке инструмента.

Магнитный и гравитационный способы ориентации относительно оси

От вертикали до приблизительно 50 наклона ствола, гравитационные силы - минимальные. Ствол не имеет четко определенную верхнюю (нижнюю) стенку. До этого момента, ориентация устанавливается относительно Севера.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Этот способ называется магнитной установкой ориентации. При наклонах, больших чем 50 ориентация устанавливается по высокой (потолочной) стороне ствола как опорной. Этот метод называется ориентацией по высокой стороне или гравитационным. Это относится ко всем способам измерения координат.

Если в ствол опустить отвес, то

гравитационная сила будет стремиться прижимать его к нижней стенке. Высокая сторона ствола расположена под углом в 1800 от нижней стенки.

Гравитационный способ ориентации представлен на рис. 6-4. На рис. 6-5 показаны различные положения ориентации относительно верхней стенки ствола. Если гравитационный датчик показывает точно 00, то при бурении забойным двигателем не произойдет изменения в направлении ствола. Вся отклоняющая способность кривого переводника или кривизны корпуса будет направлена на набор угла ствола. Наоборот, при показаниях в 1800 будет теряться угол. На рис.6-5 представлена идеализированная

Рисунок 6-5 ситуация. Необходимо придерживаться следующих правил:

а. При наклонах ствола больших чем 300, когда показания гравитационного датчика составляют 600, при бурении забойным двигателем с использованием кривого переводника, происходит потеря угла ствола одновременно с поворотом. При больших наклонах, эффект даже более очевиден.

b. При повороте налево, - эффект более выражен, поскольку реактивный момент действует в том же направлении, что и вес КНБК, долото начинает “рыскать” (рис. 6- 6). Таким образом, при коррекции влево, необходимо быть очень внимательным при установке ориентации относительно оси. Рысканье долота приводит к образованию участков различной кривизны при потере угла вместе с поворотом на лево.

Чем больше наклон ствола, тем большие разрушения стенок могут произойти. Необходимо иметь в виду и то, что в рыхлых породах из-за гидравлической эрозии так же происходит потеря угла.

с. “Правильно” выполненной коррекцией может считаться та коррекция, при которой наклон ствола при подъеме оборудования остался таким же как при спуске. Вся отклоняющая “мощь” кривого переводника была направлена на поворот ствола. В этом случае получаемая кривизна - минимальна при использовании комбинации долото/забойный двигатель/кривой переводник. На практике, поскольку идеальный случай редко достигается, необходимо стараться как можно меньше менять наклон ствола при выполнении корректировки. Следует помнить, что корректировку безопаснее проводить с небольшим набором угла, чем с его потерей.

Угол можно потерять потом (если потребуется) с использованием роторной

КНБК.

d. На основе вышесказанного, понятно, что необходимо заранее предвидеть некоторое падение угла при установке осевой ориентации больше чем 600 по отношению к высокой стенке. В табл. 6 -1 представлены значения ожидаемого реактивного момента для различных глубин, для большей части двигателей различных заводов -

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

изготовителей. При выполнении коррекции в лево, имейте в виду, что величина момента будет больше, чем вычисленная на основе руководства по применению забойных двигателей. Если определенная осевая ориентировка при бурении приводит к увеличению наклона при повороте влево (т.е. реактивный момент оказывается меньшим, чем требуется), необходимо при следующей установке долота сместить его дальше влево.

При выполнении коррекции вправо, помните, что реактивный момент будет меньше вычисленного на основе руководства по применению забойных двигателей. Если эта установка приводит к увеличению наклона при повороте направо (т.е. момент оказывается большим, чем требуется), то при следующей установке нужно сориентировать долото еще правее.

Из вышеприведенного видно, почему коррекция в право считается более легко выполнимой, чем влево.

В обоих случаях, основная цель состоит в том, чтобы правильно начать коррекцию. Если с самого начала бурение начнется правильно и продолжится на расстоянии до прохода первого замка, то кривой переводник “ляжет” в эту выемку и будет стремиться остаться там. Тогда можно будет легко сделать небольшую поправку. Ствол будет поворачиваться плавно. Из таблицы 6- 1 видно, что, по мере увеличения наклона ствола, правильная установка угла относительно оси становится более важной.

Зарезка / корректировка / направленный отход

По-видимому, это самая трудная и ответственная часть работы инженера направленного бурения. Здесь мы будем иметь дело с магнитной (не гироскопической) ситуацией.

При ориентации с помощью метода “пера”, на его магнитном координатном диске имеются пять компонент, определяющие направленность и ориентацию относительно оси (рис.6-3).

а). Опорная линия на кривом переводнике.

b). Шпонка втулки UBHO,(выставленная точно по по опорной линии).

с). Хвостовик “пера” на основании измерительной передачи. Выемка на “пере” расположена на шпонке (b).

d). Положение Т-головки снеббера на вершине измерительной передачи. При сборке измерительной передачи, она должна быть точно выставлена по центру выемки “пера”.

е). Указатель на приборе измерения угла по компасу (для инструментов SperrySun) или для других приборов, где индикатором является стрелка или короткая жирная линия, должен быть направлен под углом 1800 по отношению к d.

Оценочные значения реактивного момента для забойного двигателя 1:2

Оценочные значения левого момента при зарезке в вертикальном стволе.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 11 - 1

Управляемый инструмент

Применяется однопроводниковая линия (на поверхностное оборудование непрерывно подаются параметры ориентации относительно оси). Применима как аналоговая, так и цифровая система передачи информации.

*Применяется точно такая же система установки, что и в вышеприведенном случае. (выемка “пера” сидит на шпонке хвостовика втулки внутри специального полнопроточного переводника UBHO.)

*Реактивный момент хорошо виден на аналоговом дисплее.

*Можно применять или циркуляционную головку или переводник с боковым проходом с центровкой по вкладышам рабочей трубы.

*Можно применять только в ориентированном (не роторном) бурении.

*Имеет свойство фиксировать на пленку измерения показаний магнитного диска в стволе до подъема на поверхность. Это - хорошее средство двойной проверки предыдуших измерений.

Применение оборудования MWD вместе с КНБК, с забойными двигателями