книги / Технология бурения наклонно направленных скважин с большим отклонением забоя от вертикали

расположенных на разных уровнях и имеющих различную жесткостную и весовую характеристику (рис. 6.4).

Последовательность решения задачи следующая:

1. Для каждой из отдельных секций КНБК записываются диф­ ференциальные уравнения упругой линии оси балки, в виде:

1.1.На участке АВ:

/, - расстояние от долота до центратора, задается в зависимости от назначения КНБК. Здесь и далее по тексту для удобств записи фор­ мул, вместо «gsina» принято «#».

1.2.На участке ВС:

На участке ВС значения К12 и q2 принимаются равными EJi; q\ (рис. 6.4)

1.3.На участке СД:

141

M i; M 2; Мг - изгибающие моменты в опорах В; С; Д.

При решении дифференциальных уравнений (6.11-6.15) посто­ янные интегрирования С\\Д\\ С2;Дъ Съ\Дъ\ Са, Данаходятся из сле­ дующих граничных условий: приуц^ч» = 0 ;Д\ = 0;

142

Из условия равенства углов поворота оси КНБК слева и справа от опоры "В" находится /2:

3. Угол наклона оси КНБК у долота 0Допределяется по формуле:

143

Таблица 6.5

144

По приведенным формулам определены длины секций прихвато­ безопасной КНБК для случаев применения в составе КНБК калиб­ ратора (табл. 6.4, КНБК-1) и без калибратора (табл. 6.4, КНБК-2). В табл. 6.5 приводятся результаты расчета КНБК, включающей: УБТ1 0, = 178 мм, EJX= КИО3 кНм2; длиной /,, qx= 1,604 кН/м; УБТ2 0 2 =

=158,8 мм, EJ2 = 5,79-103 кНм2; длиной /2, q2 = 1,21 кН/м; УБТ3 0 3 =

=146 мм, EJ3 = 4,33-103 кНм2; длиной /3, q3 = 0,939 кН/м.

При диаметре долота 0 Д215,9 мм. Уровни опор следующие:

/ 1= 0,019 м; / 2 = 0,0285 м; / 3 = 0,035 м.

Из данных табл. 6.4, 6.5 видно, что прихватобезопасная длина между секциями и общая длина КНБК уменьшается с увеличением зенитного угла ствола скважины. При а = const КНБК-1 с калибра­ тором имеют большую длину /т/к и Х к н б к по сравнению с КНБК-2 без калибратора. Видно также, что в 3-х ступенчатой КНБК, состоящей их сочетаний УБТ диаметрами 178x158,8x146 мм реактивная сила на долоте и угол перекоса оси КНБК на долоте с увеличением а изме­ няются незначительно. Такая КНБК является по существу стабили­ зирующей кривизну скважины.

145

6.3. Исследование неориентируемой ступенчатой КНБК для регулирования зенитного угла ствола наклонной скважины

6.3.1.КНБК с одним центратором

Наиболее часто применяемой на практике и одновременно эф­ фективной неориентируемой КНБК для регулирования зенитного уг­ ла наклонной скважины является КНБК с одним центратором. Напри­ мер, при установке центратора (калибратора) непосредственно над долотом обеспечивается набор кривизны. Когда центратор устанав­ ливается на расстояние /т/к по формуле (6.5), то КНБК обеспечивает спад кривизны при определенном расстоянии от долота - /ст КНБК может обеспечить стабилизацию кривизны. Известно, что изменение зенитного угла достигается под действием отклоняющей силы Fa, по величине, равной реактивной силе на долоте Ra и направленной в об­ ратную сторону (Fa= -Лд), и возникающего на долоте угла перекоса оси КНБК - 0Д. Значения Яд и 0Допределяются по следующим фор­ мулам (для 2-х ступенчатой по жесткости КНБК):

где Mi - изгибающий момент на центраторе, определяется по формуле:

А1-

Mi находится после определения /2 - расстояния от центратора до точки касания УБТ с нижней стенкой ствола скважины, h нахо­ дится из формулы (6.26) при условии отсутствия второго центрато­ ра и соответственно М2 = 0.

146

где EJ\\ EJ2; дй q2 - жесткость и вес 1 п. м. элемента КНБК (УБТ), расположенных слева и справа от центратора.

- диаметры долота, центратора, УБТ, установленного над центратором.

При EJ2 -E J \\q \ = q2; f = 0 формула принимает вид:

В табл. 6.6 приводятся результаты расчета нагрузки, приходящей на элементы КНБК, включающей: долото 0 215,9 мм, УБТ 0 178 мм длиной /2 в зависимости от зенитного угла ствола скважины. На рис. 6.6 представлены зависимость нагрузки на долото Ra = Ri и на центратор Ru= R2 от а и /j. Из данных табл. 6.6 и рис. 6.7 видно, что при 1\ = О, независимо от а, Ядимеет знак минус, что означает, что сила на до­ лоте Fa направлена на набор кривизны. На калибратор (центратор) приходится прижимающая нагрузка Rn = R2 наибольшей величины, независимо от значений 1\ и а. Уменьшение прижимающей силы на калибратор (центратор) возможно путем установки на нем УБТ мень­ шей жесткости и веса погонного метра. В табл. 6.6 для сравнения при­ водятся результаты расчета Ru (R2) в КНБК-4, при a = 90°. В состав КНБК-4 включены: долото 0 215,9 мм, УБТ 0 178 мм длиной /ь кали­ братор 0 215,9 мм, УБТ 0 146 мм длиной /2. Как видно из данныхтаб­ лицы в КНБК-4, Лц (Rz) почти вдвое меньше, чем при соответству­ ющих значениях h в КНБК-(1,2,3). В табл. 6.7 и на рис. 6.8 приведе­ ны расчетные данные по определению 4гк (/2) в зависимости от а при применении КНБК с забойным двигателем и при роторном бурении.

Следует отметить, что при применении «маятниковой» КНБК в турбинном бурении из-за больших значений Ru происходит зависание инструмента, желобообразование на стенке скважины, отрицательно влияющие на процесс бурения. В зарубежной практике, при'роторном бурении, используют установку второго центратора, на расчет­ ном расстоянии от первого, выполняющего роль разгрузочной опоры. Оценочные расчеты показывают: в скважине 0 215,9 мм. С a = 90° при использовании УБТ 0 178 мм на всей длине КНБК, установке 1-го

147