Значительно ограничивается интенсивность искривления ствола в интервале установки насосного оборудования (900 - 1400 м в зависимости от глубины залегания продуктивного горизонта). Согласно инструкции [4] она должна быть не более 3 град/100 м. Это ограничение связано с тем, что в искривленных участках существенно снижается межремонтный период (МРП) насосного оборудования, который является одним из основных показателей его работы.
4.3. Расчет профиля скважины
Общий порядок расчета профиля скважины сводится к следующему.
1. По ранее пробуренным на месторождении скважинам определяются закономерности искривления и влияние на него различных факторов. Эти данные позволяют определить интенсивность естественного искривления на отдельных интервалах.
2. По схеме кустования или структурной карте и геологическим разрезам определяются проектный азимут скважины, глубина скважины по вертикали и проектное смещение (отход).
3. Определяется конечная глубина верхнего вертикального участка. Очевидно, что чем меньше глубина, на которой производится искусственное искривление скважины, тем меньше общие затраты средств и времени на бурение. С этой точки зрения длина верхнего вертикального участка должна быть минимальной. С другой стороны, искусственное искривление ствола в рыхлых породах затруднено, хотя в Западной Сибири есть опыт искривления, начиная с глубины 20 м.
В ряде районов страны длина рассматриваемого интервала принимается такой, чтобы насосное оборудование в процессе эксплуатации скважин находилось в вертикальном участке. Длина его в этом случае доходит до 1000 м.
При бурении скважин с кустовых площадок на длину верхнего вертикального участка накладывается еще ряд требований, связанных с необходимостью исключения пересечения стволов. Эти требования будут рассмотрены ниже в разделе 8.1.
4. Выбирается КНБК, обеспечивающая необходимую интенсивность искусственного искривления, которая не должна превышать ранее рассчитанную максимальную интенсивность искривления. В ряде случаев, наоборот, сначала может быть принята КНБК и по ней определяется интенсивность искусственного искривления.
Интенсивность искривления на участках естественного уменьшения зенитного угла устанавливается исходя из практического опыта.
5. По величине интенсивности искусственного искривления определяются радиусы кривизны R соответствующих интервалов по формуле (3).
Полученные величины радиусов сравниваются с минимально допустимыми и при необходимости корректируются.
6. Производится расчет профиля, т. е. определяется необходимый зенитный угол скважины в конце интервала набора кривизны, проекции всех интервалов на горизонтальную и вертикальную плоскость, их длины, глубина скважины по вертикали, отход (смещение) и глубина скважины по стволу. Рассчитанные глубина по вертикали и смещение сравниваются с заданными, что является проверкой правильности всех расчетов.
В приведенных ниже формулах приняты следующие условные обозначения:
h - глубина скважины по вертикали, м;
S - общий отход скважины (смещение), м;
Hn - вертикальная проекция n- го интервала, м;
Sn - горизонтальная проекция n- го интервала, м;
ln - длина n- го интервала, м;
Rn - радиус кривизны n- го интервала, м;
L - глубина скважины по стволу, м;
Qn - зенитный угол скважины в конце n- го интервала, град.
4.3.1 Трехинтервальный профиль
При третьем прямолинейном интервале профиля (рис. 10, а) расчет ведется по следующей схеме
 |
Q2 = arccos {[R2 . (R2 - S)] + H . [(H2 +S2 - 2R2 . S)]0,5 }/ [(R2 - S)2 + H2 ], (39)
где H = h - H1 .
l2 = 0,01745 . R2 . Q2 , (40)
H2 = R2 . sin Q2 , (41)
S2 = R2 . (1 - cos Q2 ), (42)
l3 = (H - H2 )/cos Q2 , (43)
 |
H3 = h - H1 - H2 , (44)
S3 = (H - H2 ) . tg Q2 , (45)
L = H1 + l2 + l3 . (46)
4.3.2. Четырехинтервальный профиль
При проектировании скважин с четырехинтервальным профилем (рис. 11) в качестве исходных данных, кроме глубины скважины по вертикали h, отхода S, глубины вертикального участка H1 , радиусов кривизны R2 и R4 , вводится зенитный угол скважины в конце второго интервала Q2 . Его величина определяется либо нормативно (в ряде случаев зенитный угол скважины не может превышать определенной величины, например, 20О ), либо берется несколько больше, рассчитанной по формуле (39). Далее определяется длина третьего прямолинейного участка по формуле
l3 = A - B, (47)
где A = [(h - H1 - R2 . sin Q2 ) / cos Q2 ] -ôS - Bô. sin Q2 , (48)
В = R2 (1 - cos Q2 ) + (h - H1 - R2 . sin Q2 ) tg Q2 . (49)
Зенитный угол скважины на конечной глубине Q4 определяется по формуле
Q4 = Q2 - arctg [C/(R4 2 - C2 )0,5 ], (50)
где C = [ 2R4 ôS - Bô cos Q2 - (S - B)2 cos2 Q2 ]0,5 . (51)
Параметры второго интервала определяются по формулам (40), (41) и (42).
Для третьего интервала глубина по вертикали h3 и отход S3 определяются из выражений
h3 = l3 . cos Q2 , (52)
S3 = l3 . sin Q2 . (53)
Для четвертого интервала параметры профиля определяются по формулам
l4 = 0,01745 . R4 (Q2 - Q4 ), (54)
S4 = R4 (cos Q4 - cos Q2 ). (55)
5. Технические средства направленного бурения
Для искусственного искривления скважин в требуемом направлении используются различные технические средства, называемые отклонителями. При роторном бурении технические средства и технология искусственного искривления более сложны, поэтому чаще используются отклонители с забойными двигателями. Далее рассматриваются только такие отклонители. С их помощью на породоразрушающем инструменте создается отклоняющая сила, или между осью скважины и осью породоразрушающего инструмента возникает некоторый угол перекоса. Зачастую эти отклоняющие факторы действуют совместно, но какой-либо из них имеет превалирующее значение. При этом доказано, что для любой отклоняющей компоновки при отсутствии прогиба турбобура и разработки ствола скважины при любых соотношениях диаметров долота и турбобура, искривление ствола вследствие фрезерования стенки скважины в 4,84 раза больше, чем в результате асимметричного разрушения забоя [3]. Если происходит прогиб забойного двигателя, то доля искривления ствола за счет асимметричного разрушения породы на забое будет еще меньше.
В случае, если искривление происходит в основном за счет фрезерования стенки скважины, то такие отклонители называются с упругой направляющей секцией, а если за счет перекоса инструмента - с жесткой направляющей секцией.
 |
К наиболее распространенным отклонителям относится кривой переводник, показанный на рис. 12. Он представляет собой обычный переводник, присоединительные резьбы которого выполнены под углом друг к другу. Этот угол составляет от 1 до 4О .
Кривой переводник включается в компоновку между забойным двигателем и УБТ. В результате большой жесткости УБТ в забойном двигателе возникает изгиб, и на породоразрушающем инструменте возникает отклоняющая сила. Величина ее существенно зависит от длины и жесткости забойного двигателя, поэтому кривые переводники используются с односекционными или укороченными турбобурами и винтовыми забойными двигателями.
Интенсивность искривления скважины при применении кривых переводников зависит от угла перекоса резьб, геометрических, жесткостных и весовых характеристик компоновки, режима бурения, фрезерующей способности долота, физико-механических свойств горных пород, зенитного угла скважины. Поэтому она колеблется в широких пределах от 1 д 6 град/10 м.
Максимальный зенитный угол, который может быть достигнут при применении кривого переводника с односекционным турбобуром, составляет 40-45О [2]. При необходимости достижения больших зенитных углов следует использовать укороченные или короткие забойные двигатели.
К бесспорным преимуществам кривого переводника относится его простота, однако при его использовании ухудшаются условия работы забойного двигателя за счет упругой деформации, интенсивность искривления из-за указанных выше факторов колеблется в широких пределах, породоразрушающий инструмент из-за наличия отклоняющей силы работает в более тяжелых условиях.
|
|
Турбинные отклонители серии ТО (рис. 13) состоят из турбинной 1 и шпиндельной 2 секций. Корпуса секций соединяются между собой кривым переводником 3, позволяющим передавать осевую нагрузку. Крутящий момент от вала турбинной секции к валу шпинделя, располагающихся под углом друг к другу, передается кулачковым шарниром 4. Максимальный угол перекоса осей присоединительных резьб кривого переводника g может быть определен по формуле [1]
g = 57,3(2l1 - l2 )(D - d)/ 2l1 2 , (56)
где l1 - расстояние от торца долота до кривого переводника, м; l2 - расстояние от кривого проводника до верхнего переводника отклонителя, м; D - диаметр долота, м; d - диаметр турбобура, м.
Величина l1 может быть определена из выражения
l1 = 23,9 [(D - d)/ i10 ]0,5 , (57)
где i10 - желаемая интенсивность искривления скважины, град/10 м.
Предельное значение величины l2 , при которой не происходит прогиба турбобура, определяется по формуле
l2 = 2,83 . l1 . (58)
|
 |
Преимуществами турбинных отклонителей являются приближение кривого переводника к забою скважины, в результате чего искривление ствола имеет более стабильный характер, мало зависящее от физико-механических свойств пород и технологии бурения. Использование нескольких турбинных секций (отклонители серии ОТС) позволяет увеличивать мощность и крутящий момент на долоте и применять такие отклонители в скважинах малого диаметра, т. е. там, где обычные кривые переводники не дают желаемых результатов.
Существенным недостатком турбинных отклонителей является малый моторесурс кулачкового шарнира, соединяющего валы шпиндельной и турбинной секций.
Этого недостатка в некоторой степени лишены шпиндель-отклонители (рис. 14), у которых кривой переводник 1 включен в разъемный корпус 2 шпинделя, а вал изготавливается составным, соединенным кулачковыми полумуфтами 3. Такая конструкция отклонителя позволяет разгрузить полумуфты от гидравлических нагрузок и увеличить долговечность узлов по сравнению с турбинными отклонителями. Шпинтель-отклонители можно эксплуатировать вместо обычного шпинделя с любым секционным турбобуром.
Угол перекоса кривого переводника серийно выпускаемых шпиндель-отклонителей составляет 1О 30', а наружный диаметр - 195 и 240 мм. За счет приближения кривого переводника к забою повышается отклоняющая способность и стабильность искривления скважины.
 |
Наиболее простым в изготовлении является отклонитель с эксцентричной накладкой, показанный на рис. 15. В этом случае на шпинделе или корпусе забойного двигателя приваривается накладка. В результате на породоразрушающем инструменте возникает отклоняющая сила и происходит искривление скважины. Радиус R искривления ствола может быть рассчитан по формуле
R = l/ [2 sin(b + j)], (53)
при этом
sin b = h/ l2 (60)
sin j = (d + 2h - D)/ 2. l1 , (61)
где l - длина турбобура, м; h - высота накладки, мм; D - диаметр долота, мм; d - диаметр забойного двигателя, мм; l1 - расстояние от торца долота до накладки, м; l2 - расстояние от накладки до верхнего переводника турбобура, м.
При применении отклонителей с накладкой искривления скважины наиболее стабильно по сравнению с другими отклонителя. В отличии от обычных кривых переводников с увеличением зенитного угла скважины отклоняющая способность отклонителя с накладкой не уменьшается. Он может быть использован с любым забойным двигателем. Однако следует отметить и существенный недостаток - "зависание" инструмента в процессе бурения в результате трения накладки о породу. В ряде случаев, особенно в крепких породах, отмечается снижение механической скорости бурения до 50 %. Для уменьшения влияния этого фактора края накладки выполняются скошенными, она облицовывается резиной, однако проблема "зависания" сохраняется.
Разновидностью отклонителя с накладкой, позволяющей в какой-то мере избавиться от этого недостатка, является упругий отклонитель. Он представляет собой накладку на шпинделе турбобура, опирающуюся на резиновую рессору. В случае "зависания" или заклинивания инструмента происходит прогиб рессоры, что способствует свободному проходу отклонителя по скважине. Изменяя толщину рессоры, можно регулировать интенсивность искривления скважины.
Для повышения интенсивности и стабильности искривления в ряде случаев в компоновку низа бурильной колонны включается два отклонителя, например, шпиндель-отклонитель с винтовым забойным двигателем и обычный кривой переводник. При этом, естественно, направления действия отклонителей должны совпадать.
При применении всех описанных выше отклонителей после искривления скважины на требуемую величину производится замена компоновки независимо от степени износа породоразрушающего инструмента. Для сокращения затрат времени возможно бурение компоновкой с отклонителем с одновременным вращением колонны бурильных труб ротором. Наиболее пригодным для этих целей является отклонитель с эксцентричной накладкой, т.к. при использовании других отклонителей происходит быстрый износ забойных двигателей. При этом следует отметить увеличение диаметра скважины до 10 % от номинального.
|
|
Для регулирования интенсивности искривления в процессе бурения без подъема инструмента предложено несколько конструкций отклонителей. Однако в настоящее время серийно выпускается только отклонитель телепилот, разработанный Французским институтом нефти. Он представляет собой кривой переводник с изменяющимся углом перекоса от 0 до 2,5 или 3О в зависимости от модификации. Принципиальная схема отклонителя показана на рис. 18. Он состоит из верхней 1 и нижней 2 секций, соединенных валом 3, ось которого наклонена под некоторым углом g к осям секций. При взаимном положении секций 1 и 2, показанном на рис. 16, а, угол перекоса между ними отсутствует и при бурении искривления скважины не происходит. При повороте секций друг относительно друга на 180О (рис. 16, б) угол перекоса между осями секций составит 2g, и при бурении скважина будет искривляться с максимальной для данного отклонителя интенсивностью. При других взаимных положениях секций угол перекоса между ними будет в пределах от 0 до 2gО . Поворот секций друг относительно друга производится с помощью электродвигателя по командам с поверхности земли, передаваемым по кабелю. Изготавливались экспериментальные отклонители, в которых команда на поворот секции передавалась по гидравлическому каналу путем сброса внутрь колонны бурильных труб стальных шаров. Фиксация секций друг относительно друга в разных модификациях отклонителей производится как дискретно, так и в любом желаемом положении.
|
6. Ориентирование отклонителей
|
|
Ориентирование отклонителей заключается в совмещении направления их действия с направлением необходимого отклонения ствола скважины. Ориентирование производится относительно фиксированной в каком-либо определенном положении плоскости. В наклонных скважинах такой плоскостью чаще всего является апсидальная, т.е. вертикальная плоскость, проходящая через ось скважины, а в вертикальных - плоскость магнитного или истинного меридиана.
Угол между фиксированной плоскостью и плоскостью, в которой происходит искусственное искривление ствола скважины (плоскость отклонения), называется углом установки отклонителя.
Угол установки измеряется от фиксированной плоскости по часовой стрелке и может изменяться от 0 до 360О . Для вертикальных скважин угол установки отклонителя равен азимуту требуемого искривления скважины.
В наклонных скважинах при угле установки y равном 0О происходит искривление ствола в сторону увеличения зенитного угла Q. При угле установки y = 180О в процессе бурения скважины с отклонителем зенитный угол ее уменьшается. Азимутальный угол в том и другом случае остается неизменным. Если y = 90О , то при искривлении азимут скважины увеличивается, а при y = 270О - азимут уменьшается при сохранении зенитного угла. При условии, что 0О < y < 90О , при искривлении происходит увеличение зенитного угла Q и азимута a. Если 90О < y < 180О , то азимут возрастает, а зинитный угол уменьшается. Если 180О < y < 270О при искривлении происходит уменьшение зенитного угла и азимута. Если 270О < y < 360О зенитный угол возрастает, а азимут уменьшается (рис. 17).
Точное значение
29-04-2015, 00:57