WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Решена задача о передаче крутящего момента Мx от ориентатора вдоль оси кКНБК, размещенной в скважине на криволинейном участке радиусом, длиной L (сжатая часть), которую необходимо дискретно повернуть на угол. Не учитывая динамический эффект, связанный с неравномерным вращением кКНБК, определили закономерность изменения уравновешивающего момента ориентатора. Через 1/ обозначили кривизну кКНБК и, пренебрегая силами трения, составили уравнение равновесия для элемента кКНБК длиной ds.

Реакции, действующие на элемент кКНБК со стороны скважины, нормальны к поверхности компоновки и, следовательно, момента относительно оси х (продольной оси скважины) не создают. В результате было получено следующее дифференциальное уравнение:

. (3)

Граничные условия определены из следующих соображений. Если на одном конце компоновки (при s=0) приложен момент ориентатора М1, то уравновешивающий момент М2 (при s=l) с учетом потери на трение, будет следующим:

, (4)

где Мизг – изгибающий момент кКНБК;

Мтр – момент на трение кКНБК;

Мтр = Fтр· r, (5)

Fтр =Rк ·, (6)

где r – радиус компоновки;

– коэффициент трения;

Rк – реакция прижатия кКНБК к стенке скважины:

. (7)

Решение уравнения (3) относительно момента М2 с учетом (4) получено в виде

, (8)

где С1 и С2 – постоянные интегрирования, определялись для конкретного профиля скважины.

Подставляя реальные значения, выяснили, что, потери на трение незначительны, а наибольшее сопротивление повороту компоновки возникает из-за её изгиба. При этом было выполнено условие М1>Мизг+Мтр.

В третьей главе с целью подтверждения работоспособности гидронагружателя составлена математическая модель КНБК с использованием обобщенных механических тел Максвелла. Были рассмотрены продольные колебания бурильного инструмента в составе колтюбинговой компоновки нижней части бурильной колонны при бурении боковых горизонтальных стволов скважин, когда в кКНБК был установлен гидронагружатель, предназначенный для создания необходимой осевой нагрузки на долото.

Исследуемая система кКНБК представлена 2-массовой механической моделью с сосредоточенными параметрами, движущимися под действием возмущающей силы Р.

Принималось, что m1 – масса кКНБК; m2 – масса динамически возмущенного участка гибких труб. Упругие свойства динамически возмущенной части бурильной колонны характеризуются коэффициентом жесткости K2; K1 – жесткость кКНБК; С – коэффициент демпфирования (затухания) гидронагружателя.

Пусть на массу m1 действует динамическая сила Р с постоянной амплитудой А и частотой :

, (9)

, (10)

где Е и F1 – соответственно модуль упругости и приведенная площадь поперечного сечения кКНБК;

a – скорость распространения продольных упругих волн;

A – амплитуда грунтовых колебаний долота;

– частота грунтовых колебаний по Балицкому В.П.

Для решения использовались силовые схемы, которые записаны в систему дифференциальных уравнений 2-го порядка.

, (11)

где Хi – пространственные координаты, характеризующие динамические отклонения соответствующих точек системы от положения статического равновесия рассматриваемой модели;

и – скорости и ускорения соответствующих точек системы;

Х1 – возмущающее перемещение долота;

Х2 – реализация перемещения гидронагружателя;

Х3 – поведение (перемещение) динамически возмущенной колонны.

Полученная система уравнений является стационарной системой линейных дифференциальных уравнений второго порядка, которая решается с помощью метода комплексных амплитуд (механического импеданса).

Задав начальные условия с учетом ранее выполненных (известных работ): м; м/с; м; м; м/с., и вычисленные значения сосредоточенных параметров модели, данная система решалась в рамках пакета MathLAB. На рисунках 1-3 показаны полученные зависимости Xi(t) при условии допустимости напряженно-деформированного состояния и динамическом равновесии базовых узлов.

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

Как видно из рисунков 2 и 3, при правильно подобранных параметрах кКНБК гидронагружатель, кроме создания осевой нагрузки, может работать в режиме демпфирования, гася, в том числе, и грунтовые колебания компоновки, а также – в режиме вибратора – создавая полезные высокочастотные колебания, снижающие потери на трение. Установлено, что гидронагружатель в режиме демпфирования, кроме создания дополнительной осевой нагрузки, подавляет возникающие вибрации на долоте с коэффициентом затухания, равным 0,00005…0,005 с-1.

В четвертой главе рассмотрены конструкции ориентатора и гидронагружателя, а также результаты стендовых испытаний гидронагружателя.

Ориентатор (рисунок 4) состоит из нескольких цилиндрических корпусов 1, свинченных по резьбе, внутри которых расположен механизм, преобразующий поступательное движение поршня 2 во вращательное движение шпинделя 11 (патент РФ №2284402).

Рисунок 4 – Принципиальная схема ориентатора ОР 95.01.

Под давлением рабочей среды поршень 2 перемещается вниз. На штоке поршня имеются шлицы прямоугольного сечения 3, взаимодействующие с аналогичными шлицами на корпусе 1 и препятствующие повороту поршня 2 в цилиндре. Ниже на штоке поршня имеются винтовые шлицы 4, взаимодействующие с подвижным храповиком 5. При ходе поршня 2 вниз, храповик 5 вращается вокруг оси и своими подпружиненными собачками приводит во вращение шпиндель 11 ориентатора.

При снижении давления рабочей среды, поршень 2 возвращается в исходное положение под действием пружины 6. Собачки подвижного храповика 5 проскакивают по зубьям шпинделя 11, в корпусе установлен неподвижный храповик 7, аналогичный по конструкции подвижному.

Внутренние полости ориентатора заполнены маслом. Для разделения вытесняемого поршнем 2 масла от рабочей среды, внизу ориентатора расположен подпружиненный поршень – разделитель 8.

В верхней части корпуса ориентатора имеется присоединительная муфтовая резьба З-73, внизу на шпинделе – ниппельная резьба З-73 по ГОСТ 5286-75.

Ориентатор прошел стендовые испытания в Уфимском УБР и промысловые испытания в Нефтекамском УБР на технической воде при бурении традиционной бурильной колонной, агрегатом АР60/80 с телесистемой НПФ “Геофизика”, с целью на данном этапе научиться осуществлять ориентирование КНБК гидромеханическим устройством при работе на аэрированной жидкости путем отработки технологии пуска насоса и азотной установки.

Двухступенчатый гидронагружатель (рисунок 5), который состоит трех силовых поршней и набора гидромониторных насадок, устанавливается в КНБК после забойного двигателя и работает следующим образом: перепад давления, который срабатывается в собственной насадке и насадках долота, действует на поршни гидронагружателя и создает гидравлическую нагрузку, которая прижимает долото к забою.

1 2 3 4 5 6 7 8

1 – силовые поршни, 2 – шток, 3 – канал дренажный, 4 – канал высокого давления, 5 – камера высокого давления, 6 – камера низкого давления, 7 – насадка гидромониторная, 8 – соединение шлицевое

Рисунок 5 – Гидронагружатель

Для доработки и испытаний нагружателя совместно с ИПЦ «ИНТЕХ» разработан стенд (рисунок 6), позволяющий моделировать его работу в скважине путем изменения расхода жидкости.

Стенд включает буровой насос 2, приемную емкость для рабочей жидкости 1, рукав высокого давления 12, переводники 4 и 11, переводник с креплениями под лебедку 10, трос лебедки 9, основание стенда 6, подвижную каретку 7, крепление лебедки к основанию стенда 3, динамометр 8, гидронагружатель 5.

Рисунок 6 – Схема стенда для испытаний гидронагружателя

Испытания проходили в соответствии с «Программой испытаний гидронагружателя на стенде ООО «ИПЦ «ИНТЕХ». Целью испытаний было определение уровня работоспособности гидронагружателя и определение необходимого расхода жидкости для создания необходимой осевой нагрузки на долото – 27 кН.

Регулирование расхода жидкости осуществлялось за счет изменения числа двойных ходов штока бурового насоса. Испытания проводились следующим образом: собиралась компоновка согласно схеме стенда (рисунок 6), компоновка закреплялась на стенде, включался буровой насос, ступенчато поднималось давление 1…2…3 МПа, определялось значение осевой нагрузки по динамометру ДОСМ-3-0,2, строилась характеристика изменения осевой нагрузки в зависимости от давления, операции повторялась 3 раза. Результаты испытаний приведены в таблице 1 и на рисунке 7.

Таблица 1 – Результаты испытаний гидронагружателя

испытания

Давление на насосе, МПа

Пересчет нагрузки, кН

Число двойных ходов штока насоса/ расход, л/с

1

1,0

2,53

24/ 1,3

2

2,0

6,67

36/ 1,9

3

3,0

14,67

44/ 2,3

4

1,0

2,00

24/ 1,3

5

2,0

6,63

36/ 1,9

6

3,0

11,67

44/ 2,3

7

1,0

2,13

24/ 1,3

8

2,0

6,33

36/ 1,9

9

3,0

10,07

44/ 2,3

Ввиду невозможности создать больший расход максимальное давление нагнетания составило 3,0 МПа, поэтому осевое усилие при рабочем давлении 5,7 МПа было спрогнозировано по полиномиальной линии (рисунок 7).

Рисунок 7 – Прогнозное значение осевой нагрузки, создаваемой гидронагружателем – 27 кН (при рабочем давлении 5,7 МПа)

По результатам испытаний гидронагружателя подобраны расходы промывочной жидкости для создания необходимой осевой нагрузки на долото; собрана конструкция, состоящая из 2-х поршней, и на основании этого принято решение о проведении промысловых испытаний.

В пятой главе приведены промысловые испытания разработанных конструкций гидромеханических модулей при бурении горизонтальной скважины в ОАО «АНК «Башнефть».

Целью данного испытания является отработка и отладка элементов комплекса и технологии в целом. Выбор объекта для опробования колтюбинговой технологии был обусловлен, в том числе, и достаточно большой мощностью продуктивного пласта. Это было необходимо для страховки от неожиданного ухода траектории ствола за пределы продуктивного пласта.

Строительство скважины проводилось в два этапа: на первом этапе с помощью серийной буровой установки бурится скважина до продуктивного пласта, обсаживается и цементируется. На втором этапе монтируется колтюбинговый комплекс и осуществляется дальнейшее бурение – в пределах продуктивного пласта – ведется на гибких трубах на депрессии.

Характеристика пласта в интервале испытаний: трещиноватые ангидриты и мергели, пластовое давление – 8,2 МПа; плотность пластовой нефти – 879 кг/м3; забойная температура – 20С°; мощность пласта – 6,5 м; глубина кровли по вертикали – 831 м.

Параметры бурового раствора: плотность – 1000 кг/м3; условная вязкость – 27 с; показатель фильтрации – 4 см3; СНС 1/10 – 2/4 дПа; пластическая вязкость – 10 мПа·с; динамическая вязкость – 18-20 дПа; коэффициент консистенции – 18-20; коэффициент нелинейности – 0,37-0,44; липкость – 3,5-4; эффективная степень аэрации с газовым фактором – 9,3.

Для проведения испытаний были подготовлены две колтюбинговые компоновки кКНБК I и кКНБК II.

Состав кКНБК I (рисунок 8): долото 123,8 MF3PS; наддолотный блок (ВНИИГИС); двигатель ДГ-95К с узлом искривления (Пермский филиал ВНИИБТ); обратный клапан, аварийный переводник, выравнивающий переводник (Фирма “НСЛ”); магнитный индикатор положения отклонителя (ВНИИГИС); гидравлический ориентатор ОР 95.01 (УГНТУ); телесистема (ВНИИГИС) – испытывалась с ориентатором впервые.

Рисунок 8 – Компоновка кКНБК I

Предусматривалось, что при выявлении в процессе работ недостатка осевой нагрузки следует кКНБК I заменить и собрать другую кКНБК II с гидронагружателем (рисунок 9).

Рисунок 9 – Компоновка кКНБК II

На рисунке 10 показан фрагмент записи процесса работы узлов комплекса (кКНБК I) при бурении в рассматриваемом интервале: на осях ординат: P – давление в МПа, Q – расход в м3/с; на оси абсцисс: t – текущее время.

Рвх – давление на входе в гибкую трубу, МПа; Qаз – расход азота, м3/с;

Рпр – давление в приемной емкости, МПа

Рисунок 10 – Фрагмент записи процесса работы узлов комплекса

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»