WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Решение уравнения (1), полученное (с целью облегчения задачи) с использованием преобразований Лапласа, имеет вид kq i kpi2 xi2 vi”(+0) vi’”(+0) vi = ---- [-1 + -------- + cos kpi xi] + vi’(+0) xi + ------- (1 – cos kpi xi ) + --------- (xi - kpi4 2 kpi2 kpi sin kpi li – ---------- ). (2) kpi На основе решения (2) для КНБК по рисунку 1 получена система из алгебраического уравнения, которая решалась по составленной автором программе расчета в среде MathCad. При анализе устойчивости в работе рассматриваются конструкции КНБК с различным количеством ОЦЭ. При этом учитывается, что положительные величины отклонения оси долота от оси скважины и радиальной составляющей реакции забоя Q способствуют набору зенитного угла скважины, отрицательные величины и Q - спаду. Если и Q имеют различные знаки, то набор или спад будут предопределяться соотношениями их, а также фрезерующей способностью долота.

QЦ QСТ Q xQКxxQКР QЦ QСТ РQК2 xxР4 M4 yQКР3 yMР2 M2 yР1 MyР 1 – долото; 2 – переводник; 3 – калибратор наддолотный; 4 – калибратор верхний; 5 – вал турбобура; 6 – стабилизатор; 7 – центратор Рисунок 1 - Схема к расчету КНБК В результате анализа полученного решения подтверждено, что устойчивость к воздействию горно-геологических и техникотехнологических условий проводки скважины с увеличением количества ОЦЭ возрастает. Например, КНБК с 4-мя ОЦЭ целесообразно использовать на участках стабилизации (параметры КНБК определяются исходя из условия минимизации величины - см. рисунок 1), слабоинтенсивных набора или стабилизации зенитного угла скважины. Соотношения между a n i s Д Ш С Т q a a n i s Д Ш С Т q a n i s Д а р т а л а q в l a n i s Д Т Б q У a n i s Д l Т Б q У r l y r r l l r r диаметрами ОЦЭ, углом между осью долота и скважины и отклоняющей силой на долоте Q приведены соответственно на рисунке 2 и рисунке 3.

Причем при Q = 0 угол (см. рисунок 2) 0, что лучше других типов КНБК обеспечивает и стабилизацию зенитного угла и борьбу с локальной кривизной ствола (при = 300).

DkDkDst Dcen -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 Q, кН Рисунок 2 - Зависимость диаметров калибраторов (Dk1 и Dk2), стабилизатора (Dst) и центратора (Dcen) от отклоняющей силы на долоте Рассматриваемую конструкцию КНБК нецелесообразно применять для стабилизации направления ствола в интервале зенитных углов, кр = 10…250, т.к. в этом случае заметно возрастает влияние износа стабилизатора и центратора на корпусе шпинделя двигателя (см. рисунок 3). При > 300 для стабилизации лучше использовать полноразмерные ОЦЭ.

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 -Q, кН Рисунок 3 - Зависимость угла от отклоняющей силы на долоте Q Диаметры, мм psi, мин Проведенный анализ показал, что увеличение длины участка l1 (на участке стабилизации зенитного угла) свыше 1,5…2,0 м не приводит к необходимости уменьшения диаметров трех нижних ОЦЭ, т.е. не имеет существенного значения. С точки зрения обеспечения прямолинейности участка стабилизации и борьбы с локальной кривизной ствола лучше принимать l1 = 1 м. Следует также иметь в виду, что увеличение длины lприводит к снижению длины участка l5 и соответственно к росту величины изгибающего момента в точке отрыва КНБК на участке l5 от нижней стенки ствола скважины. Увеличение длины l1 на участке спада зенитного угла свыше 2 м нецелесообразно. Интенсивность спада будет снижаться и за счет положительной величины угла.

Длину участка l2 для интервала стабилизации зенитного угла нежелательно принимать больше 1,5 м (рисунок 4). При этом диаметры ОЦЭ должны быть близкими к полноразмерным. Незначительно снижая диаметры ОЦЭ с сохранением условия Dц > Dк1 > Dк2 > Dст можно плавно перейти от стабилизации к малоинтенсивному спаду, а исключая из КНБК центратор и соблюдая условие Dк1 > Dк2 > Dст - к слабоинтенсивному набору.

DkDkDst Dcen 0,5 1 1,5 2 2,l2, м Рисунок 4 - Зависимость диаметров ОЦЭ от длины второго участка lпри стабилизации зенитного угла Изменением длины 4-го участка (например, используя разработанную конструкцию ОЦЭ с деформационным креплением на гладкой части Диаметры, мм забойного двигателя или УБТ) можно расширить устойчивость и диапазон эффективного применения КНБК с 4-мя ОЦЭ (рисунок 5).

Dk210 Dk205 Dst Dcen 2 4 6 8 l4, м Рисунок 5 - Зависимость диаметров ОЦЭ от длины l4 четвертого участка при стабилизации зенитного угла Интересно отметить также, что КНБК с 4-мя ОЦЭ наиболее устойчива (для рассмотренных конструкции и геометрических параметров) и к влиянию осевой нагрузки на забой скважины.

Радиальный люфт вала шпинделя забойного двигателя в наибольшей мере влияет на необходимость уменьшения диаметров верхнего калибратора, стабилизатора и центратора (рисунок 6). В меньшей мере от радиального люфта зависит устойчивость КНБК к влиянию технологических и горногеологических условий проводки скважины.

DkDkDst Dcen 0 1 2 3 rt, мм Рисунок 6 - Зависимость диаметров ОЦЭ от величины радиального люфта (rt = ) турбобура на участке стабилизации зенитного угла Диаметры, мм Диаметры, мм В целом проведенный на основе полученного решения, анализ подтвердил, что для стабилизации зенитного угла скважины необходим как минимум подбор КНБК, у которых отклоняющая сила на долоте Q (с учетом фрезерующей способности долота) и угол уравновешивают друг друга (в т.ч. по направлению – «+» или «-»). Для стабилизации азимута скважины (при бурении изотропных пород и при совпадении оси скважины с плоскостью напластования пород) необходимо равенство (стремление к) нулю одновременно величин Q и. Управление интенсивностью безориентированного набора или спада зенитного угла лучше осуществлять подбором (например, по приведенному в работе решению) соотношений и направлений Q и. Радиальный люфт забойного двигателя (на ниппеле шпинделя) может привести к потере прогнозирования безориентированным управлением траекторией ствола в мере, эквивалентной потере диаметра (на близкую к нему величину) наддолотных калибраторов и (или) стабилизатора на ниппеле двигателя. Учет радиального люфта, даже при величинах его до 1…2 мм, необходим, в первую очередь, при выборе КНБК для участков стабилизации и слабоинтенсивных набора или спада зенитного угла.

В третьей главе проведено исследование устойчивости КНБК к изменению горно-геологических и технико-технологических условий проводки скважин. В наклонной скважине из-за продольно-поперечной деформации КНБК доминируют случаи наличия той или иной величины отклоняющей силы на долоте и смещения оси долота на какой-то угол относительно оси скважины. Величины их лишь в отдельных частных случаях могут стремиться к нулю. В результате ствол скважины на участках стабилизации зенитного угла и вертикальных формируется в виде некоторой винтовой спирали, осью которой является относительно наклонный или вертикальный участок профиля.

Величина шага спирали h зависит от соотношений и направленности вектора отклоняющей силы на долоте и угла. При перехода от участка стабилизации зенитного угла к участку безориентированного спада или набора спираль постепенно исчезает.

Обеспечение прямолинейности наклонного или вертикального интервала скважины является, как известно, одним из основных требований обеспечения последующего качественного цементирования обсадных колонн. Выполнение этого требования наилучшим способом обеспечивается для участков стабилизации зенитного угла подбором КНБК, у которых отклоняющая сила на долоте Q и угол смещения оси его относительно оси скважины стремятся к нулю.

На рисунках 7 и 8 представлены зависимости угла от зенитного угла и отклоняющей силы на долоте Q. Из рисунка 7 видно, что минимальная величина угла обеспечивается КНБК с 4-мя ОЦЭ, для которой зона наименьшей устойчивости наблюдается в интервале зенитного угла скважины 140 и < 2’. При = 14…270 (зона наименьшей устойчивости) увеличивается до 5’ (минут), а начиная с величины = 300 и вплоть до горизонтального ствола скважины ( = 900) величина практически эквивалентна нулю. Именно этим и объясняется сравнительная легкость управления траекторией ствола в скважинах, близких к горизонтальным. С уменьшением количества ОЦЭ угол отклонения оси долота от оси скважины последовательно возрастает до 9…120. Поэтому с 2-мя и с 3-мя ОЦЭ следует ожидать роста локального искривления оси скважины. Для уменьшения угла и соответственно предупреждения локального искривления ствола в виде винтовой спирали следует обеспечить более широкое варьирование расстояниями между ОЦЭ.

Синхронность совмещения условий Q 0 и 0 также обеспечивается только КНБК (для рассматриваемых конструкций) с 4-мя ОЦЭ (рисунок 8) и несколько хуже в КНБК c 3-мя и 2-мя ОЦЭ.

Следовательно, подтверждается промысловый опыт о достаточности применения для участков безориентированного спада и набора зенитного угла КНБК с количеством ОЦЭ три и менее. Причем уменьшение количества ОЦЭ ведет к увеличению интенсивности (снижению радиуса участка) спада или набора.

Необходимые для стабилизации направления ствола диаметры ОЦЭ при количестве их в КНБК не более трех с увеличением зенитного угла скважины уменьшаются. Для КНБК с 4-мя ОЦЭ диаметры их при близки к полноразмерным. Зона работы этих КНБК наименее устойчива в интервале зенитных углов = 14…270.

Обеспечение требуемого качества траектории ствола снижением нагрузки на забой (бурением «с навеса») увеличивает стоимость бурения.

КНБК КНБК 6 КНБК КНБК КНБК 0 10 20 30 40 50 60 70 80 -alfa, градус Рисунок 7- Зависимость = f() для КНБК с разным количеством ОЦЭ (0-4) psi, мин КНБК КНБК 15 КНБК КНБК КНБК -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 -Q, кН Рисунок 8 - Зависимость = f(Q) для КНБК с разным количеством ОЦЭ (0-4) Несколько более эффективно использование так называемых «жестких» (условно жестких) КНБК (увеличенное количество ОЦЭ, применение квадратных, шестигранных или спиральных УБТ и др.). Однако это не устраняет проблемы, т.к. не позволяет полностью исключить продольно-поперечную деформацию низа колонны и влияние ее на кривизну ствола. Несколько лучшие результаты дает, в зависимости от конкретной ситуации, бурение естественно-искривленных скважин, использование одно- трехметровых вращающихся маховиков на валу забойного двигателя, постоянное вращение корпуса забойного двигателя, принудительное вращение низа КНБК по траектории «вокруг оси скважины» с помощью эксцентричных ниппелей и переводников, бицентричных (со смещенными осями породоразрушающих элементов) долот и ряда других устройств.

Однако во всех случаях необходим правильный выбор конструкции КНБК с учетом устойчивости ее к изменению условий проводки скважины, регулирование расстояния между ОЦЭ, контроль за изменением их диаметров.

psi, мин Наиболее затруднителен выбор КНБК для стабилизации азимута скважины. Это объясняется тем, что при кустовом бурении (особенно при наличии углов падения пластов) у наклонных скважин отклонение осей стволов относительно нормали к плоскости напластования пород будет различным. Соответственно неодинаковым будет влияние анизотропности, направления напластования пород и ряда других факторов на изменение азимута скважины.

Очевидно, что стабилизация азимута лучше может быть обеспечена в случаях:

- равенства нулю одновременно отклоняющей силы на долоте Q и угла отклонения оси долота от оси скважины;

- уравновешивания друг другом величин и направлений Q и ;

- сочетания указанных случаев с дополнительным использованием эксцентричных ОЦЭ (при наличии отрицательного влияния горногеологических факторов).

Во всех трех случаях в соответствии с результатами проведенных исследований для стабилизации азимута лучше использовать не менее 4-х ОЦЭ, или, что хуже, не менее 3-х.

При выбранной в соответствии с разработанной программой расчета конструкции КНБК дополнительная стабилизация азимута обеспечивается установкой вместо нижнего ОЦЭ эксцентричного ниппеля, переводника или накладки на гладкой части корпуса забойного двигателя. При использовании любого из указанных методов величина эксцентриситета смещения долота относительно оси скважины более = 0,5…2,0 мм нецелесообразна.

Стабилизация азимута может несколько улучшиться с увеличением радиального люфта вала забойного двигателя. Однако в этом случае конструкцию КНБК следует подбирать с учетом величины люфта.

Для наклонных скважин проблема устойчивости КНБК даже при платформенном залегании пород обостряется из-за наличия меняющейся вдоль профиля ствола (для горизонтальных скважин – до 900) величины угла между осью долота (скважины) и нормалью к плоскости напластования пород. При корректировке направления ствола по азимуту (с помощью отклоняющих устройств) и при кустовом бурении этот угол также меняется, что осложняет возможность прогнозирования безориентированного управления азимутом скважины.

Поэтому в рамках настоящей работы УГНТУ, с участием автора, совместно с БашНИПИнефть были разработаны два типа модификаций эксцентричных ниппелей:

- гидравлического типа, с эксцентрично самовыдвигающимися лопастями за счет перепада давления над долотом и в заколонном пространстве только в процессе бурения или проработки ствола, модели КПр-ЭН;

- механического типа, с жестко фиксируемыми лопастями перед спуском бурильного инструмента в скважину, модели КСмР-ЭН.

В четвертой главе представлены результаты разработки универсальных ОЦЭ регулируемого перед спуском в скважину диаметра, предназначенных для безориентированного управления траекторией ствола наклонной скважины.

Указанным условиям в наибольшей мере удовлетворяет разработанная УГНТУ с участием автора, совместно с БашНИПИнефть, и апробированная, по ряду устройств, в промысловых условиях серия ОЦЭ регулируемого, непосредственно перед спуском в скважину, диаметра. Был разработан ряд гидравлических и механических ОЦЭ (калибратор КСмР [Янтурин Р.А., Лягов А.В., Назаров С.В. и др. Центратор механический универсальный.- Положительное решение ФИПС РФ от 28.01.2005 г. по заявке № / 03(005581)] и др.) с самовыдвигающимися (прямолопастными) ребрами.

Проведенные промысловые испытания подтвердили эффективность применения разработанных конструкций устройств:

- для кратного увеличения эксплуатационного ресурса ОЦЭ путем восстановления их диаметра (по мере износа), а при полном износе твердосплавной (рабочей) поверхности – смены калибрующих (центрирующих) лопастей;

- для сплошной или избирательной, по длине скважины, локальной проработки и расширки ствола.

В пятой главе рассматриваются конструкции наддолотных ОЦЭ, совмещенных с демпферами крутильных и поперечных колебаний.

Pages:     | 1 || 3 |






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