книги / Решение геолого-технических задач при направленном бурении скважин

Рис. 54. Ступенчатый снаряд:

/коронка; 2 и 4 — колонковые трубы; 3 и 5 - переходники

Забуривание дополнительного ствола с помощью шарнирной компоновки

Первоначально с помощью шарнирной компоновки резко искрив­ ляется основной ствол с интенсивностью до 0,8°/м в интервале до 5—7 м с последующей проработкой ствола скважины. После зарезки дополнительного ствола в крепких породах возможна задержка нормальной колонковой трубы даже длиной 1 м в связи с тем, что получился большой перегиб ствола, особенно при алмазном бурении. Чтобы обеспечить проход колонковых труб через перегиб, необходимо разрушить породу висячей стенки скважины несколько выше и несколько ниже перегиба, увеличив тем самым зазор между стенками скважины и колонковой трубой.

В породах слабых и средней крепости это можно сделать путем проработки снарядом с вращением. Опыт показывает, что если удается проработать ствол скважины с помощью колонковой трубы длиной 1м, то в дальнейшем можно успешно использовать двух- и трехметровые колонковые трубы. Это объясняется тем, что в процессе бурения перегиб прорабатывается и вращающимися бурильными трубами. В крепких породах непосредственная проработка не дает положительных результатов. В таких случаях прибегают к фрезерова­ нию уступа при помощи специальных фрезеров.

Наилучшие результаты были получены при применении фрезера с центрирующей трубой (см. рис. 33) и разбурника-расширителя (см. рис. 34). Недостаток разбурников, армированных твердым сплавом,— необходимость чистки скважины после проработки. По окончании фрезерования необходимо последовательно прорабатывать ствол с вращением колонковых труб нормального диаметра сначала длиной

131

Рис. 55. Фрезерный конус:

/ —корпус; 2—твердосплавные резцы; 5 —шпин­ дель; 4 —ось; 5 --пружина; 6 —штифт

Рис. 56. Расширитель ступенчатый РС-59/76 конструкции ВИТР

4

Рис. 57. Разбурочная -головка ГР-59/76

1 м, затем 2 и 3 м. Далее бурение ведется по нормальной технологии до проектной глубины. После этого в скважину опускают жесткий снаряд большой длины (до 8— 12 м) и им бурят основной ствол с -места резкого искривления. При необходимости зарезать новый ствол операции повторяются.

132

Устройства для фрезерования уступа в месте забуривания дополнительного ствола

Для фрезерования уступа и расширения пилот-скважины применя­ ют различные конструкции фрезерующих устройств и расширителей. Фрезерный конус (рис. 55) состоит из конусного корпуса 1, армирован­ ного твердосплавными резцами 2, и направляющего шпинделя 3. Он может быть закреплен в корпусе либо жестко (рис. 55, а), либо шарнирно (рис. 55, б).

Расширитель РС-59/76 (рис. 56) предназначен для расширения до 76 мм пилот-скважины диаметром 46 мм. Он состоит из втулки 3, на которую снизу навинчиваются два подкоронника 2 под коронки диаметром 59 и 76 мм. Внутрь втулки вставляется направляющий шток 1, который своим цилиндрическим буртом удерживается на верхнем конце втулки. Сверху на втулку навинчивается переходник 4 под конус замка к бурильной трубе диаметром 42 мм, служащий верхней опорой для направляющего штока.

Конструкция расширителя РС-46/59 [7] несколько отличает­ ся от приведенной на рис. 56. У него удлинен переходник 4, иск­ лючены втулка 3 и верхний подкоронник. Направляющий шток удерживается выступающим буртиком между переходником и ввин­ ченным в последний подкоронником под коронку диаметром 46 мм.

В ПГО «Южказгеология» разработан и успешно применяется расширитель типа РПС. Он разработан в двух вариантах: для расширения пилот-скважины— разбурочные головки ГР-59/76 и ГР-46/59; для расширения пилот-скважины и разработки изгиба ствола в интервале искривления— РПС-59/76 и РПС-46/59.

Разбурочная головка типа ГР (рис. 57) состоит из корпуса 1 с направляющим штоком, подкоронника 2 и коронки 3. Расширитель типа РПС (рис. 58) состоит из разбурочной головки 4, дополненной алмазным расширителем 3 типа РМВ-76 или РМВ-59, который соединен патрубком 2 с переходником 1. При необходимости ствол скважины также фрезеруется.

В ПГО «Севкавгеология» [1] разработан снаряд-фрезер (рис. 59), состоящий из шарнирной компоновки с промежуточной опорой-рас­ ширителем 1 и набора фрезерных звеньев 2 длиной 0,5 м. Дан­ ный снаряд предназначен для устранения резкого перегиба ствола в районе пилот-скважины, фрезерования ее стенок и дальнейшего непрерывного повышения интенсивности искривления дополнительного ствола.

133

Рис. 59. Снаряд-фрезер конструкции СКТГУ

При спуске снаряда в скважину шарнирная компоновка свободно входит в искривленный участок, а набор фрезерных звеньев благодаря своей жесткости может войти только после обработки висячей стенки скважины. Каждый последующий расширитель 3 углубляется на высоту расширителя.

6. РАБОТЫ, СОПУТСТВУЮЩИЕ НАПРАВЛЕННОМУ БУРЕНИЮ

При бурении направленных скважин, кроме мероприятий, связан­ ных с углублением ствола в заданном направлении, необходимо проводить и еще ряд сопутствующих работ. К их числу относятся ориентация отклонителей, оперативный контроль направления и интенсивности искривления скважин.

6.1. ОРИЕНТАЦИЯ ОТКЛОНИТЕЛЕЙ

Для искривления скважины в строго заданном направлении

. большинство отклонителей необходимо ориентированно устанавливать

134

в скважине. Для этого используются специальные ориентаторы. Они основаны на косвенном способе ориентации и могут использоваться только в наклонных скважинах. Наиболее распространены самоориентирующаяся приставка ОП-3, штыревой ориентатор клиньев ШОК,

значительного количества шлама, зауженных участков ствола и зон вывалов, с отклонителем ТЗ-З рекомендуется использовать самоориентирующуюся приставку ОП-3. Эту же приставку можно применять и с некоторыми другими отклонителями после соответствующих конструк­ тивных изменений.

2.В наклонных скважинах глубиной до 400— 500 м следует использовать ориентатор ШОК.

3.Во всех остальных случаях в наклонных скважинах можно

использовать ориентаторы УШО, «Курс» или «Луч».

4. В вертикальных скважинах необходим ориентированный спуск всей колонны бурильных труб, что требует значительных затрат времени. Поэтому если предполагается искусственное искривление

его установки, он может быть определен аналитически и графически. Аналитически угол установки ср с достаточной степенью точности

градус; Аа— требуемое приращение азимутального угла в результате искривления, градус; 8— угол пространственного искривления скважи­ ны за цикл для выбранного отклонителя, градус.

Значение угла ср берется со знаком «+». при необходимости увеличения азимута скважины, а со знаком «—» при необходимости уменьшения азимута.

Графически угол установки отклонителя определяется следующим образом. От направления, условно принятого за северное (рис. 60), откладывают действительный ан и необходимый ак азимутальные углы скважины. По полученным направлениям в принятом линейном масштабе (например, 1°=1см) откладывают действительный 0Н и необходимый 0К зенитные углы. Угол ср при этом будет равен требуемому углу установки отклонителя, а величина АВ в принятом масштабе равна требуемому углу пространственного искривления скважины ф. Если ф>8, то искривление надо проводить ф/8 раз.

135

Рис. 60. Графическое определение угла установки отклонителя

Установка отклонителя относительно ориентатора

Ориентация отклонителя на поверхности заключается в установке его между направлением действия отклонителя и плоскостью действия чувствительного элемента датчика ориентатора рассчитанного угла установки. Для этого необходимо использовать прибор ПУ-2, разрабо­ танный ЗабНИИ (рис. 61). Он состоит из корпуса 2 с круговой канавкой 1 и шкалой 3, на которой нанесены углы установки ф и стрелка, соответствующая направлению действия отклонителя. В канавку помещен шарик 6, являющийся чувствительным элемен­ том. Шкала и канавка закрыты стеклом 4. Корпус с винтами 5 крепится к установочной вилке 7 зажимным винтом 8. Прибор комплектуется установочными вилками для отклонителей различного диаметра.

При ориентировании прибор надевают на отклонитель с по­ мощью установочной вилки и крепят винтом 8 так, чтобы направ­ ление стрелки на шкале соответствовало направлению искусствен­ ного искривления скважины. Для более точной установки прибо­ ра на корпусе отклонителя предварительно надо сделать устано­

Относительно полученного положения отклонителя настраивается ориентирующая аппаратура. Точность работы такого устройства составляет +3°.

Самоориентирующаяся приставка ОП-3

Для ориентации отклонителей типа ТЗ может быть использована приставка ОП-3 (АЗОР-1), разработанная в ЗабНИИ [2]. Ее можно применять и с отклонителями других типов после некоторых конструк­ тивных изменений. Приставка (рис. 62) состоит из узла установки, дебаланса и узла подвески. Узел установки предназначен для настрой­ ки отклонителя относительно плоскости действия дебаланса и состоит из переходника 7, соединяемого со статором отклонителя ТЗ, зажимной гайки 2 и регулировочной втулки 3. Свинцовый дебалансо-

136

Рис. 61. Угломерный прибор ПУ-2 Рис. 62. Ориентирующая пристав­ ка ОП-3

вый груз 5 размещен в корпусе 4, представляющем собой трубу с продольным вырезом.

Полый вал 6 обеспечивает передачу крутящего момента и подачу промывочной жидкости на забой. В нижней части он соединяется с ротором отклонителя, а в верхней— с нижним переходником 7 узла подвески. Последний включает в себя корпус 8, подшипник 9, опорный вал 10 и верхний переходник 77. На сопрягаемых торцах корпуса 8 и переходника 77 выполнены кулачки, обеспечивающие в сомкнутом положении передачу крутящего момента.

Порядок работы с приставкой ОП-3 и отклонителем ТЗ следую­ щий. С отклонителя снимают верхние переходники ротора и статора и приставку соединяют с отклонителем. Затем настраивают систему. Для этого ослабляют гайку 2 и между плоскостью действия отклонителя и плоскостью отвеса дебаланса устанавливают требуемый угол. После этого гайку 2 затягивают и отклонитель спускают в скважину. При этом отклонитель и ориентатор свободно подвешивают на под­ шипнике.

Перед забоем снаряд расхаживают, и под действием дебаланса отклонитель занимает требуемый угол. При постановке отклонителя на забой кулачки на переходнике 77 и корпусе 8 приставки ОП-3 смыкаются и обеспечивают передачу крутящего момента от колонны бурильных труб к породоразрушающему инструменту. В процессе искривления скважины возможно повторное ориентирование отклони­ теля. Ориентирующую приставку ОП-3 можно применять в скважинах с зенитным углом не менее 3°.

137

любых типов в наклонных скважинах с зенитным углом не менее 3°. Ориентатор состоит из корпуса 4, изготовляемого из колонковой трубы, нижнего переходника 9, внутренняя часть которого расточена, и кольца 8 с отверстиями для прохода промывочной жидкости. В центральное отверстие кольца ввинчивается стержень 6 с контргайкой 7. На другом конце стержня сваркой крепится пята 5, у которой сбоку имеется прямоугольный паз. Корпус ориентатора сверху через обыч­ ный переходник 1 соединяется с колонной бурильных труб.

Порядок работы с ориентатором следующий. Переходник 9 со стержнем 6 и пятой 5 навинчивают на отклонитель, контргайка 7 ослабляется и путем поворота стержня 6 между плоскостью искусст­ венного искривления отклонителя и плоскостью, проходящей через ось ориентатора и центр паза пяты, устанавливается расчетный угол с помощью прибора ПУ-2. Точность поворота паза пяты может быть проверена по отвесу. Далее затягивают контргайку, навинчивают корпус 4 с переходником 1, отклонитель с ориентатором на колонне бурильных труб опускают в скважину и подвешивают над забоем на расстоянии 0,5— 0,8 м.

Затем через колонну бурильных труб на тросике 2 опускают штырь 3, который проходит через паз пяты только в тот момент, когда он находится в апсидальной плоскости у лежачей стенки скважины. Прохождение штыря и является сигналом об ориентации отклонителя. Паз совмещается- с апсидальной плоскостью путем вращения колонны бурильных труб. Для контроля ориентацию рекомендуется повторить несколько раз.

Ориентатор УШО-1

Ориентатор УПЮ-1 (рис. 64), разработанный в КазИМСе, вклю­ чает штырь с датчиком, пульт регистрации, лебедку с проводом ПБР-0,35, направляющий ролик и ловитель штыря. При ориентирова­ нии отклонителя штырь опускается внутри колонны бурильных труб на проводе, намотанном на лебедку. Он останавливается в ловителе в строго определенном положении за счет того, что наконечник 9 штыря выполнен в виде цилиндра, срезанного под острым углом по винтовой линии. После спуска штыря собирают электрическую схему и проводят ориентирование.

Чувствительным элементом датчика, расположенного в штыре, является отвес 4 с шаровым контактом в нижней части. Он подвешен

138

Рис. 63. Штыревой ориентатор клиньев конструкции Ю. М. Тетерина

эксцентрично относительно оси штыря и с помощью иглы 10 опирается в конусную лунку подпятника 2. Последний крепится в пазу рамки 3, в нижней части которой установлены колодка 5 из диэлектрика и две контактные пластины 6, соединенные проводом с диодами 7 разной полярности. В наклонной скважине шаровой контакт отвеса стремится занять нижнее положение и при вращении штыря вокруг оси может находиться относительно контактных пластин в следующих четырех положениях:

1) шаровой контакт касается правой контактной пластины—стрел­ ка прибора на пульте отклоняется вправо, так как электрический ток проходит через правый диод, это положение сохраняется при повороте штыря примерно на 90°;

2)шаровой контакт касается левой контактной пластины— стрелка прибора отклоняется влево, это положение также сохраняется при повороте штыря на 90°;

3)шаровой контакт касается колодки 5 в местах, где нет

контактных пластин,—ток в цепи отсутствует при повороте штыря примерно на 160°, это положение называется «Длинный нуль»;

4) контактные пластины расположены параллельно апсидальной плоскости у лежачей стенки скважины. В этом случае шаровой контакт

139

А

10

I

5

не касается пластин и ток отсутствует. Однако уже при незначительном повороте штыря вокруг оси в цепи появляется ток. Это положение

140