Контроль положения ствола скважины в пространстве.

При бурении необходимо знать фактические координаты ствола скважины для сопоставления их с проектными. С этой целью осуществляются замеры зенитного и азимутального углов через определенные интервалы глубин (например, через 20... 50 м). Эти работы проводятся обычно после бурения под кондуктор, техническую, эксплуатационную колонны.

Замеры могут осуществляться еще и с целью ориентирования отклоняющих компоновок. Инклинометрические исследования могут проводиться как силами буровой бригады, так и специальными инклинометрическими партиями, оснащенными необходимым оборудованием и спец. техникой. Замеры зенитных углов и азимута осуществляются инклинометрами, глубина замеряется по бурильному инструменту и (или) по длине каротажного кабеля. Инклинометры могут быть двух типов: магнитометрические и гироскопические. Принцип действия первых основан на использовании свойств гравитационного и магнитного полей Земли. Чувствительными элементами у них являются отвес и магнитная стрелка: Передача информации может осуществляться по кабелю для многоточечных приборов, либо прочитывается после подъема инклинометра из скважины -для одноточечных приборов. При этом положение магнитной стрелки и лимба-отвеса фиксируется в точке замера часовым механизмом.

Одноточечными инклинометрами (ЗИ, КПВ) замеры может осуществлять буровая бригада. Инклинометры спускаются в скважину на стальном тросике. С помощью этих инклинометров бригада может производить и забойное ориентирование отклонителя.

Многоточечными инклинометрами оснащены геофизические партии, обслуживающие буровиков. Многоточечные инклинометры могут быть непрерывного (ИН1-721, Зенит-40У) и точечного действия (КИТ, КИТА, МИР и др.). Непрерывного действия, дают информацию в виде кривых линий, точечного -координаты отдельных точек оси скважины через определенные интервалы глубин (через 10 , 20 , 50 м).

Магнитометрические инклинометры могут использоваться в открытых стволах либо в диамагнитных трубах. Вблизи металлических предметов либо в искаженных магнитных полях (магнитные аномалии) наблюдается девиация магнитной стрелки, что влечет ошибки в замерах азимута.

Этих недостатков лишены гироскопические инклинометры, в конструкции которых заложен принцип вращающегося с большой скоростью (до 20000 об/мин) «волчка», сохраняющего положение своей оси независимо от поворота корпуса. Ось гироскопа имеет три степени свободы за счет карданной подвески. С помощью гироскопических инклинометров можно определять с большой точностью как зенитные и азимутатьные углы, так и координаты на месте измерения (широту и долготу). Причем замеры можно производить в обсаженных скважинах любых бурильных трубах, в,железорудных шахтах и т.д. В практике бурения наклонных скважин успешно применяются электробуры с телеметрической системой СТЭ. Система СТЭ позволяетконтролировать в процессе бурения величины зенитных, азимутальных углов и положение отклонителя, а также некоторые режимные параметры.

 

Для проводки скважин по заданному профилю необходимо ориентировать отклоняющие компоновки в нужном направлении, производить корректировки по азимуту.

 прямые:

– снос меток на ротор (бумажная лента);

– визирные трубки.

забойные:

– отклоняющая компоновка спускается неориентированно на забой. Затем находят положение отклонителя и приводят его к углу установки.

                                                                  уст = р + р

       Первые методы применяется при небольшой глубине скважин (100 - 300м) и малых значениях зенитных углов (4 -5°).

    Второй метод может использоваться при любых значениях глубин и зенитных углов. 

    Ориентирование сносом меток на ротор.

    На отклонитель навинчивают бурильную трубу (свечу), закрепляют ее машинными ключами, совмещают метку отклонителя с меткой ротора. С помощью шаблона переносят направление метки с нижнего замка трубы на неподвижную часть ротора, а метку ротора стирают. Спускают трубу (свечу) в скважину. Навинчивают следующую трубу. Совмещают (путем вращения бурильной колонны по часовой стрелке) направление метки на спущенной трубе с меткой на неподвижной части ротора. Переносят на ротор направление метки нижнего замка навинченной трубы а предыдущую метку на роторе стирают. Вновь спускают в скважину свечу. Эти операции повторяют до спуска последней трубы (свечи). Навинчивают ведущую трубу. Совмещают метку на замке последней трубы с меткой на роторе. Выбирают одно из ребер ведущей трубы (квадрата) в качестве репера (его отмечают мелом).     С помощью шаблона переносят это положение ребра на неподвижную часть ротора, а предыдущую метку стирают. Стопорят неподвижную часть ротора и начинают процесс бурения.

Наращивание инструмента при ориентированном бурении осуществляется следующим образом. Извлекают ведущую трубу из скважины. Устанавливают инструмент на элеватор (клинья). Совмещают направление репера-ребра с меткой на роторе. Переносят метку с верхнего замка на ротор, а метку с ребра ведущей трубы на роторе стирают. Отвинчивают ведущую трубу и опускают ее в шурф. Навинчивают и закрепляют машинными ключами наращиваемую трубу. Совмещают метку на роторе с меткой на верхнем замке спущенной трубы. Метку с нижнего замка наращенной трубы переносят на ротор, предыдущую метку стирают. Из шурфа берут ведущую трубу и навинчивают ее на колонну труб. Инструмент спускают на длину наращенной трубы и ставят на ротор (клинья). Далее проводят вес операции, как было показано выше.

    Ориентирование отклонителя путем переноса меток на бумажную ленту

    Готовится полоска плотной бумаги шириной 3-4 см и длиной чуть больше длины окружности замка бурильной трубы. В середине полоски (поперек) наносится черта и ставится цифра «О». После навинчивания и закрепления машинными ключами бурильной трубы (свечи) с отклонителем, бумажная лента прикладывается к замку отклонителя так, чтобы «О» на ленте совпал с меткой на замке отклонителя.

Метка с замка навернутой трубы (свечи) переносится на бумажную ленту и возле нее ставится цифра 1. Труба с отклонителем спускается в скважину. Навинчивается и закрепляется следующая, вторая по счету труба (свеча). Бумажная лента прикладывается к верхнему замку спущенной трубы (свечи) метка 1 совмещается с меткой на замке. На бумажную ленту переносится метка с навинченной трубы. У отметки ставится цифра 2. И так далее. После этого инструмент проворачивают так, чтобы «О» метка на ленте совпала с проектным положением отклонителя отмеченным заранее на неподвижной части ротора. Дальнейшие операции как и в предыдущем случае.

 

Для искусственного искривления скважин в требуемом направлении используются различные технические средства, называемые отклонителями. При роторном бурении технические средства и технология искусственного искривления более сложны, поэтому чаще используются отклонители с забойными двигателями. Далее рассматриваются только такие отклонители. С их помощью на породоразрушающем инструменте создается отклоняющая сила, или между осью скважины и осью породоразрушающего инструмента возникает некоторый угол перекоса. Зачастую эти отклоняющие факторы действуют совместно, но какой-либо из них имеет превалирующее значение. При этом доказано, что для любой отклоняющей компоновки при отсутствии прогиба турбобура и разработки ствола скважины при любых соотношениях диаметров долота и турбобура, искривление ствола вследствие фрезерования стенки скважины в 4,84 раза больше, чем в результате асимметричного разрушения забоя [3]. Если происходит прогиб забойного двигателя, то доля искривления ствола за счет асимметричного разрушения породы на забое будет еще меньше.

В случае, если искривление происходит в основном за счет фрезерования стенки скважины, то такие отклонители называются с упругой направляющей секцией, а если за счет перекоса инструмента - с жесткой направляющей секцией.

К наиболее распространенным отклонителям относится кривой переводник, показанный на рис. 12. Он представляет собой обычный переводник, присоединительные резьбы которого выполнены под углом друг к другу. Этот угол составляет от 1 до 4О.

Кривой переводник включается в компоновку между забойным двигателем и УБТ. В результате большой жесткости УБТ в забойном двигателе возникает изгиб, и на породоразрушающем инструменте возникает отклоняющая сила. Величина ее существенно зависит от длины и жесткости забойного двигателя, поэтому кривые переводники используются с односекционными или укороченными турбобурами и винтовыми забойными двигателями.

Интенсивность искривления скважины при применении кривых переводников зависит от угла перекоса резьб, геометрических, жесткостных и весовых характеристик компоновки, режима бурения, фрезерующей способности долота, физико-механических свойств горных пород, зенитного угла скважины. Поэтому она колеблется в широких пределах от 1 д 6 град/10 м.

Максимальный зенитный угол, который может быть достигнут при применении кривого переводника с односекционным турбобуром, составляет 40-45О [2]. При необходимости достижения больших зенитных углов следует использовать укороченные или короткие забойные двигатели.

К бесспорным преимуществам кривого переводника относится его простота, однако при его использовании ухудшаются условия работы забойного двигателя за счет упругой деформации, интенсивность искривления из-за указанных выше факторов колеблется в широких пределах, породоразрушающий инструмент из-за наличия отклоняющей силы работает в более тяжелых условиях.

Турбинные отклонители серии ТО (рис. 13) состоят из турбинной 1 и шпиндельной 2 секций. Корпуса секций соединяются между собой кривым переводником 3, позволяющим передавать осевую нагрузку. Крутящий момент от вала турбинной секции к валу шпинделя, располагающихся под углом друг к другу, передается кулачковым шарниром 4. Максимальный угол перекоса осей присоединительных резьб кривого переводника g может быть определен по формуле [1]

                                               

g = 57,3(2l1 - l2)(D - d)/ 2l12,

 

где l1 - расстояние от торца долота до кривого переводника, м; l2 - расстояние от кривого проводника до верхнего переводника отклонителя, м; D - диаметр долота, м; d - диаметр турбобура, м.

Величина l1 может быть определена из выражения

l1 = 23,9 [(D - d)/ i10] 0,5

где i10 - желаемая интенсивность искривления скважины, град/10 м.

Предельное значение величины l2, при которой не происходит прогиба турбобура, определяется по формуле

                        l2 = 2,83 . l1.

Угол перекоса резьб переводника серийно выпускаемых турбинных отклонителей составляет 1,5О, а диаметр корпуса 172, 195 и 240 мм. Интенсивность искривления ствола при их применении доходит до 3 град/10 м.

Преимуществами турбинных отклонителей являются приближение кривого переводника к забою скважины, в результате чего искривление ствола имеет более стабильный характер, мало зависящее от физико-механических свойств пород и технологии бурения. Использование нескольких турбинных секций (отклонители серии ОТС) позволяет увеличивать мощность и крутящий момент на долоте и применять такие отклонители в скважинах малого диаметра, т. е. там, где обычные кривые переводники не дают желаемых результатов.

Существенным недостатком турбинных отклонителей является малый моторесурс кулачкового шарнира, соединяющего валы шпиндельной и турбинной секций.

Этого недостатка в некоторой степени лишены шпиндель-отклонители (рис. 14), у которых кривой переводник 1 включен в разъемный корпус 2 шпинделя, а вал изготавливается составным, соединенным кулачковыми полумуфтами 3. Такая конструкция отклонителя позволяет разгрузить полумуфты от гидравлических нагрузок и увеличить долговечность узлов по сравнению с турбинными отклонителями. Шпинтель-отклонители можно эксплуатировать вместо обычного шпинделя с любым секционным турбобуром.

Угол перекоса кривого переводника серийно выпускаемых шпиндель-отклонителей составляет 1О30', а наружный диаметр - 195 и 240 мм. За счет приближения кривого переводника к забою повышается отклоняющая способность и стабильность искривления скважины.

Наиболее простым в изготовлении является отклонитель с эксцентричной накладкой, показанный на рис. 15. В этом случае на шпинделе или корпусе забойного двигателя приваривается накладка. В результате на породоразрушающем инструменте возникает отклоняющая сила и происходит искривление скважины. Радиус R искривления ствола может быть рассчитан по формуле

 

          R = l/ [2 sin(b + )],                    

при этом

           sin b = h/ l2                                    

          sin = (d + 2h - D)/ 2.l1,              

 

где l - длина турбобура, м; h - высота накладки, мм; D - диаметр долота, мм; d - диаметр забойного двигателя, мм; l1 - расстояние от торца долота до накладки, м; l2 - расстояние от накладки до верхнего переводника турбобура, м.

При применении отклонителей с накладкой искривления скважины наиболее стабильно по сравнению с другими отклонителя. В отличии от обычных кривых переводников с увеличением зенитного угла скважины отклоняющая способность отклонителя с накладкой не уменьшается. Он может быть использован с любым забойным двигателем. Однако следует отметить и существенный недостаток - "зависание" инструмента в процессе бурения в результате трения накладки о породу. В ряде случаев, особенно в крепких породах, отмечается снижение механической скорости бурения до 50 %. Для уменьшения влияния этого фактора края накладки выполняются скошенными, она облицовывается резиной, однако проблема "зависания" сохраняется.

Разновидностью отклонителя с накладкой, позволяющей в какой-то мере избавиться от этого недостатка, является упругий отклонитель. Он представляет собой накладку на шпинделе турбобура, опирающуюся на резиновую рессору. В случае "зависания" или заклинивания инструмента происходит прогиб рессоры, что способствует свободному проходу отклонителя по скважине. Изменяя толщину рессоры, можно регулировать интенсивность искривления скважины.

Для повышения интенсивности и стабильности искривления в ряде случаев в компоновку низа бурильной колонны включается два отклонителя, например, шпиндель-отклонитель с винтовым забойным двигателем и обычный кривой переводник. При этом, естественно, направления действия отклонителей должны совпадать.

При применении всех описанных выше отклонителей после искривления скважины на требуемую величину производится замена компоновки независимо от степени износа породоразрушающего инструмента. Для сокращения затрат времени возможно бурение компоновкой с отклонителем с одновременным вращением колонны бурильных труб ротором. Наиболее пригодным для этих целей является отклонитель с эксцентричной накладкой, т.к. при использовании других отклонителей происходит быстрый износ забойных двигателей. При этом следует отметить увеличение диаметра скважины до 10 % от номинального.

Для регулирования интенсивности искривления в процессе бурения без подъема инструмента предложено несколько конструкций отклонителей. Однако в настоящее время серийно выпускается только отклонитель телепилот, разработанный Французским институтом нефти.

Принципы забойного ориентирования отклонителя и приборы используемые при этом.

Забойное ориентирование отклонителей можно проводить как в условно вертикальных стволах (а<4 -5°), так и в наклонных, причем на значительных глубинах (иногда более 3000 м).

Забойное ориентирование отклонителей в вертикальной скважине с помощью скважинных инклинометров затруднено, т. к. у обычно применяемых приборов подвижная рамка при близком к вертикали положении корпуса инклинометра устанавливается произвольно, и измерение азимута теряет смысл из-за больших ошибок в замерах (±45°)

В связи с этим для замеров в «вертикальных» стволах искусственно создают ориентированный наклон инклинометра или затормаживают рамку прибора.

Ориентирование отклонителя в стволах, где зенитный угол более 5 -7°, производится, как правило, с помощью магнитного переводника и магнитометрического инклинометра.

В плоскости действия отклонителя устанавливается постоянный магнит напряженность магнитного поля которого превышает напряженность магнитного поля Земли в этом месте. Стрелка магнитной буссоли инклинометра устанавливается в плоскости действия этого искусственного магнитного поля. Линия 0 -180° (рамка с эксцентричным грузом) устанавливается в апсидальной плоскости.

Можно забойное ориентирование проводить и с помощью «ножей», установленных в кривом переводнике в плоскости действия отклонителя. В этом случае днище корпуса инклинометра оснащается свинцовой печатью, на которой остается след от «ножей» во время установки инклинометра на них. Зная азимут апсидальной плоскости и угол, образованный между линией 0 -180° шкалы компаса инклинометра и отпечатком «ножей», определяют азимут установки отклонителя.

Использование ЗТС.

⇐ Предыдущая10111213141516171819Следующая ⇒

Поделиться: