книги / Техника и технология строительства боковых стволов в нефтяных и газовых скважинах

Таблица 11.8. Расчетные значения отклоняющей силы на двигателе Д1—10*5

Таблица 11.9. Значения моментоемкости долот Муди коэффициента трения Г,

Расчетные значения F0T для двигателей Д 1— 105 и Д 1— 127 приведены в табл. 11.8.

Вращающий момент забойного двигателя при его работе в условиях наи­ большей мощности должен быть достаточен для вращения долота при за­ данной осевой нагрузке на долото и максимальной отклоняющей силе (табл. 11.9).

В табл. 11.9 приведены данные о моментоемкости долот различных ти­ пов и коэффициентах трения при фрезеровании долотом стенок скважины.

11.2.Породоразрушающий инструмент

11.2.1.Долота

Для бурения БС из эксплуатационной колонны диаметром 168 мм ис­ пользуются долота диаметром как 139,7 мм, так и 144 мм с герметизирован­ ными опорами. Необходимость применения опор данного типа продикто­ вана тем, что они в малом габарите являются наиболее надежными, изно­

состойкими в достаточном для получения приемлемой механической ско­ рости диапазоне нагрузок, а также защищенными от возможного попада­ ния мелкого абразивного шлама в полость опоры [34].

Поскольку разбуриваемые породы при строительстве боковых стволов скважин — это глины, песчаники, алевролиты и аргиллиты, относящиеся в основном к средней категории твердости, то рекомендуются долота с фре­ зерованным упрочненным вооружением.

Возможны три схемы промывки забоя скважины:

—симметричная периферийная схема с тремя насадками;

—ассиметричная схема с двумя насадками;

—центральная схема промывки.

Наиболее предпочтительными являются ассиметричная и центральная схемы, как наиболее универсальные с точки зрения выноса шлама из зоны работы долота, так и с точки зрения очистки вооружения долота (от саль­

ника).

Использование двух периферийных насадок вместо трех позволяет уве­ личить диаметры их отверстий, что практически исключает их «забивание» и делает более удобным их выбор для расходов промывочной жидкости, оп­ ределяемых потребностями винтового забойного двигателя.

Центральная схема промывки, особенно с центральной насадкой, также служит этим целям, однако несколько ослабляется гидравлическое воздей­ ствие на периферийные венцы шарошек с целью их очистки (от сальника).

Выбор конкретной схемы промывки долота должен определяться опи­ санными условиями и характером образующегося шлама, а также непо­ средственно геологическими особенностями пород разбуриваемого интер­ вала.

При использовании периферийной схемы промывки рекомендуемая скорость истечения промывочной жидкости может находиться в диапазоне 40—50 м/с, а при центральной промывке — в диапазоне 30—40 м/с. Расход промывочной жидкости при этом — в пределах 10—12 л/с.

Рекомендуемая нагрузка на долото 139,7 мм составляет 40—60 кН, а на долото 144 мм — 60—70 кН.

Для долот, диаметром 120,6 мм и 124 мм, при выходе из колонн 140 и 146 мм, следует исходить из тех же условий, которые были описаны выше с учетом снижения нагрузки на долото в процессе бурения до 30—40 кН при использовании винтовых забойных двигателей (ВЗД) диаметром 95 мм с соответствующими характеристиками по частотам вращения и расходу про­ мывочной жидкости.

При бурении боковых стволов достаточно часто применяются алмазные долота, вооружение которых может состоять из алмазно-твердосплавных пластин, природных или синтетических алмазов, а также бицентричные бу­ ровые долота. Применение бицентричных долот имеет ряд особенностей.

В технологическом плане важной их особенностью является бурение при пониженных нагрузках. Это объясняется необходимостью стабилиза­ ции ствола и предотвращения самопроизвольного его искривления, по­ скольку обычные стабилизирующие и опорно-центрирующие устройства при использовании бицентричных долот применять не удается. Практиче­ ски основным стабилизирующим ствол элементом является «пилотная» (нижняя) часть бицентричного долота, что в средних и, в особенности, в мягких породах не является надежным средством стабилизации. Кроме то­ го, чем больше разница между диаметрами «пилотной» и расширительной части бицентричного долота, тем больше опасность самопроизвольного ис­ кривления ствола. При этом рекомендуемые нагрузки на долото при би-

11.2.2. Калибраторы

Калибратор — породоразрушающий инструмент, устанавливаемый непо­ средственно над долотом и предназначенный для центрирования его в скважине и для выравнивания (калибровки) стенок скважины. Калибрато­ ры существенно снижают поперечные колебания долот.

Лопастные калибраторы бывают трех-, четырех— и шестилопастные; с прямыми лопастями и спиральными. Вооружение лопастей может быть твердосплавным, алмазным и ИСМ. Основные типоразмеры и технические характеристики калибраторов приведены в табл. 11.13.

Таблица 11.12. Соответствие буровых долот фирмы «Smith Tool» российской шка ле буримости

Продолжение

11.3. Гидравлические забойные двигатели

Длл бурения БС из эксплуатационных колонн диаметром 140 мм, 146 мм и об мм используют гидравлические забойные двигатели (далее ГВЗД)

диаметром до 127 мм.

ГВЗД состоят из шпиндельной и двигательной секции. В двигательной секции расположен статор и ротор, а в шпиндельной — вал с осевыми и ра­ диальными опорами. Корпуса двигательной и шпиндельной секции соеди­ нены жестким прямым или искривленным переводником, а вал шпинделя

вала^тор(шона)ЛЬН0^ секрии посредством шарнирного узла или гибкого

^индель может быть выполнен с проточной и маслонаполненной опо-

еЦИаЛЬНЫе ГВЗД выполняются, как правило, в варианте двигателяотююнителя, с установкой между двигательной и шпиндельной секциями

^ИРуеМ0Г°лМеха»изма искРивления с возможностью изменения угла ис-

P S f m L ° T ° Д° 3 фадусов непосредственно на буровой,

жп“ , йЗНаЧСНИе для Двигателей-отклонителей имеют параметры искпин^иа ^екции: *™Ha нижнего плеча двигателя от долота до места ’ ЖеСТКОСТЬ и износостойкость радиальных опор, расстояние ных°кгТм Д° нижнеи °поры. Специальные ГВЗД для бурения горизонталь-

хромом Шпи„пепЛИЧеСК°И С покРытием втулки твердым износостойким

Р Ппо ‘.iS l ВД ЛЬ рснзщается центратором.

современных^В^т°игпаб°ТЫ С вырезающим инструментом в большинстве

тор-статоо» почят!а^,?ОЛЬЗуЮТСЯ удлиненные винтовые рабочие пары «ро- P , ляющие развивать большие моменты на выходном валу

двигателя и увеличивать мощность. Длина активной части статора (длина резиновой обкладки) двигательной секции диаметрами 76 мм, 106 мм и 127 мм, составляет 2000 мм. Кроме повышенной мощности и крутящего момента, применение удлиненных рабочих пар позволяет уменьшить кон­ тактные напряжения, снизить темп износа рабочих поверхностей, а также создает возможность отработки пар до больших зазоров.

Для расширения эксплуатационных возможностей, определяемых техно­ логией бурения БС, в ГВЗД могут применяться рабочие пары с различным кинематическим отношением (между числом зубьев ротора и статора). Ос­ новное преимущество таких ГВЗД — возможность в производственных ус­ ловиях собирать двигатели с различной скоростью вращения.

Специальные технологические принадлежности ГВЗД:

—опорные элементы (центраторы и децентраторы);

—калибраторы;

—корпусные шарниры (одна и две степени свободы);

—клапаны (обратный, циркуляционный и переливной).

Втабл. 11.14—11.21 представлены технические характеристики ГВЗД ве­ дущих фирм производителей.

Вбольшинстве современных двигателей используются удлиненные вин­ товые рабочие пары «ротор—статор», позволяющие развивать большие мо­ менты на выходном валу двигателя и мощности, необходимые для эффек­ тивной работы современных долот и другого инструмента, например фрезе­ ров и райберов. Длина активной части статора (длина резиновой обкладки) двигателей диаметром 76, 95, 106, 127 мм составляет 2000 мм, двигателей диаметром 172—176, 195 мм уже 2400 мм, а двигателей диаметром 240мм составляет 3000 мм.

11.4. Выбор и расчет рациональных схем компоновок нижней части бурильной колонны для бурения бокового ствола скважины

Для бурения бокового ствола скважины используют два типа КНБК:

—отклоняющая КНБК (отклонитель). Обеспечивает искривление ствола скважины в проектном азимуте с заданной интенсивностью;

—неориентируемые КНБК для реализации прямолинейного участка бо­

кового ствола скважины.

Применяемые КНБК должны удовлетворять следующим требованиям:

—обладать жесткостными характеристиками, обеспечивающими ста­ бильность показателей назначения и управляемость в процессе работы КНБК;

—создавать минимальные силы трения при спуско-подъемных опера­ циях;

—позволять производить контроль параметров ствола скважины и гео­ физические исследования в процессе бурения на минимальном рас­

стоянии от забоя.

Для проводки искривленного участка бокового ствола скважины приме­ няют отклонитель.

Отклонитель состоит из двух секций, соединенных между собой искрив­ ленным переводником с углом перекоса, величина которого определяется условиями получения требуемой интенсивности искривления ствола сква­ жины и свободного прохождения отклонителя в эксплутационной колонне и в искривленном стволе скважины.

Выбор отклоняющей компоновки производится исходя из совокупности