З.1.5. Отлонители непрерывного действия на базе забойных двигателей. Роторные управляемые системы

Опыт применения отклонителей на базе гидравлических забойных двигателей (турбобуров и винтовых забойных двигателей - ВЗД) при бурении скважин большого диаметра на нефть и газ достаточно давно утвердил мнение о перспективности создания отклонителей на базе забойных двигателей для бурения геологоразведочных и иных скважин малого диаметра в твердых породах.

Главной особенностью, определяющей сумму преимуществ технологий производства буровых работ забойными двигателями, является отсутствие необходимости вращения бурильной колонны, что обеспечивает существенное упрощение конструкции ОНД, более высокую стабильность, управляемость и возможность контроля над процессом набора кривизны, несколько больший диапазон технологических возможностей отклонителей на базе забойных

Схемы отклонителей на базе забойных гидродвигателей

Рис. 4.63. Схемы отклонителей на базе забойных гидродвигателей

двигателей.

Отклонители на основе турбобуров имеют следующие схемы:

  • - над турбобуром 1 устанавливается «кривой» переводник 2 - переводник, имеющий несоосные соединительные резьбы (угол несоосности 1-3 ) (рис. 4.63, а, б);
  • - перекос долота в скважине обеспечивается фиксированным изгибом корпуса забойного двигателя посредством соединения верхнего узла - турбины 1 с нижним узлом - шпинделем 3 через «кривой» переводник 2, а валов турбины и шпинделя через специальный шарнир (рис. 4.63, в);
  • - перекос турбобура 1 и долота обеспечивается «кривым» переводником 2 и накладкой на корпусе турбобура 3 (рис. 4.63, г);
  • - на нижний ниппель турбобура 1 устанавливают накладку 2, для создания поперечного усилия на долоте для фрезерования стенки скважины (рис. 4.63, д);
  • - на нижний ниппель турбобура 1 устанавливают накладку 2 с резиновой опорой 3, толщина которой позволяет регулировать интенсивность искривления (рис. 4.63, е).

Технические средства, представленные на рис. 4.63 предназначены для набора кривизны и забуривания новых направлений стволов скважин. Отличительной чертой данных отклонителей является жестко заданные параметры искривления, так как углы перекоса «кривого» переводника 2 (рис. 4.63, а, б, в) и накладок на корпусе 3 (рис. 4.63, г, е, д) строго фиксированы и для корректировки этих параметров необходимо техническое средство извлекать на поверхность и заменять данные элементы. Поэтому в процессе набора кривизны исключена возможность, как прекращения искривления ствола, так и строго регламентированное изменение интенсивности набора кривизны.

Для бурения наклонной части ствола используются следующие основные виды отклонителей [8]:

  • 1. Долото диаметром 295, 3 мм, одна секция турбобура ТСШ-240, искривленный переводник, 178-мм или 203-мм УБТ.
  • 2. Долото диаметром 215,9 мм, винтовой двигатель ДЗ-172 или Д5-172, искривленный переводник, 178-мм УБТ.
  • 3. Долото диаметром 295,3 мм, турбинный отклонитель ТО2-240.
  • 4. Долото диаметром 215,9 мм, турбинный отклонитель Т02-195.
  • 5. Долото диаметром 215,9 мм, шпиндель-отклонитель Ш01-195 , одна- две секции турбобура диаметром 195 мм.
  • 6. Долото диаметром 215,9 мм, шпиндель винтового забойного двигателя (ДЗ-172, Д5-172), искривленный переводник, рабочая пара двигателя.
  • 7. Долото диаметром 215,9 мм, шпиндель винтового забойного двигателя (Д2-195), искривленный переводник, рабочая пара двигателя.
  • 8. Долото диаметром 190, 5 мм, турбинный отклонитель ТО-172.

Параметры отклонителей типа ТО, Ш01-195 и Д-172 м приведены в табл.

4.6.

Отклонитель Д-172 обеспечивает искривление скважины по радиусу равному 150-200 м (интенсивность искривления 3,0-3,8 град/10 м). У данного отклонителя «кривой» переводник установлен между секциями шпинделя и двигателя.

Турбинные отклонители типа Т02 и Ш01-195 обеспечивают искривление скважин по радиусу 290-700 м (интенсивность искривления 0,8-2,0 град/10 м).

Для искривления скважины по малому радиусу (40-50 м) используются отклонители типа ДГ2-106, ДГ-155, ОШ-172 с шарнирными соединениями. Корпусные дополнительные шарниры позволяют снизить радиус кривизны до 20-30 м, а интенсивность искривления увеличить до 2-3 град/ м.

Таблица 4.6

Параметры отклонителей на базе забойных двигателей

Параметры

Тип отклонителя

ТО-172

Т02-195

ТО2-240

ШО

  • 1-
  • 195

Д-172М

Внешний диаметр, мм

172

195

240

195

172

Длина, м

10,7

10,1

10,2

4,6

5,6

Частота вращения вала, мин'

670

660

660

115-220

Вращающий момент, Н м

650

810

2040

2900-4150

Расход жидкости, м3

0,025

0,03

0,05

0,023-0,036

Перепад давления, МПа Угол перекоса искривленного

3,8

3,3

4,1

4,5-6,0

переводника, град

1; 1,5; 2

1; 1,5; 2

1; 1,5;2

2,5-3,0

Следующим этапом в развитии отклоняющих систем на базе забойных гидродвигателей стало создание агрегатов с управляемыми дистанционно с поверхности узлами отклонения, например, отклонителей с изменяемыми углами перекоса «кривых» переводников, устанавливаемых, чаще над долотами (рис. 4.64). Угол перекоса переводника может изменяться от 0 до 4 . Известно создание отклоняющих систем с «кривыми» переводниками, которые имеют два управляемых шарнирных узла, отклонители с кривыми переводниками, устанавливаемые над забойным двигателем (рис. 4.65).

Схема забойной компоновки с управляемым переводником

Рис. 4.64. Схема забойной компоновки с управляемым переводником:

1 - долото; 2 - стабилизатор; 3 - «кривой» переводник;4 - гидродвигатель; 5 - электронный узел управления

В этом случае потребовалось создание телеметрической системы, которая включала как средства непрерывного контроля положения забоя скважины в пространстве и узел управления, так и средства дистанционной передачи данных с забоя скважины на поверхность и команд управления с поверхности к блоку управления и самому отклонителю. Узел управления углом перекоса переводника выполняют гидравлическим.

В настоящее время для проходки горизонтальных стволов активно развиваются rotary steerable system (RSS) - роторные управляемые системы (РУС), в которых разрушение горной породы осуществляется вращением долота с бурильной колонной верхним приводом буровой установки, а также отклоняющие системы, сочетающие применение винтовых забойных гидродвигателей и РУС [1].

Системы RSS позволяют бурить пологие и горизонтальные скважины с плавным профилем из- за отсутствия перегибов ствола (обычных при использовании забойных двигателей) с большей протяженностью за счет снижения сил трения и лучшей очисткой ствола от шлама. Более высокая проходка с постоянным вращением бурильной колонны предотвращает вероятность прихватов бурильного инструмента, сокращает время на очистку ствола от выбуренной породы и дает ряд дополнительных преимуществ по качеству вскрытия продуктивного горизонта.

Схема отклонителя с двумя узлами отклонения

Рис. 4. 65. Схема отклонителя с двумя узлами отклонения: 1 - долото; 2 - гидродвигатель; 3 - отклонитель азимутальный; 4- отклонитель зенитный; 5 - забойная телеметрическая система

Различают два вида РУС: с отклонением долота (puch-the-bit) и с изменением направления перекоса долота (point-the-bit). Первый вариант предполагает набор кривизны фрезерованием стенки скважины под действием отклоняющего усилия, второй асимметричного разрушения забоя скважины. В системе с отклонением долота отклоняющая сила на долоте появляется в результате выдвижения башмаков, осуществляющих давление на стенку скважины (рис. 4.66). Привод башмаков 4 гидравлический, осуществляемый за счет последовательной подачи бурового раствора в соответствующие гидрокамеры. Для увеличения угла отклонения каждый башмак 4, находясь в нижней части ствола, нажимает на нижнюю сторону ствола, а для уменьшения угла каждый башмак 4 нажимает на верхнюю часть ствола. Команды, направляемые буровиком при помощи телеметрии по гидроимпульсному каналу связи, определяют время и силу срабатывания башмака 4. Блок управления 2, расположенный над блоком отклонения 3, приводит в действие поворотную заслонку 6, которая закрывает или открывает канал для подачи бурового раствора в камеры с башмаками 4 в соответствии с поворотом бурильной колонны. Система синхронно изменяет интервал воздействия и усилие, с которым башмак воздействует на стенку скважины, тем самым направляя долото в требуемом направлении.

В соответствии с работой [1] и схемой на рис. 4.67 радиус кривизны ствола скважины, реализуемый РУС с радиальным смещением долота можно определить из формулы

  • 4
  • 1 2 5

Формула (4.34) получена из условия вписываемости отклонителя в искривленный ствол скважины без деформирования корпуса. Именно поэтому по формуле (4.34) можно определить минимальной значение радиуса кривизны и соответственно минимальное значение интенсивности искривления ствола при заданных значениях параметров. В то же время в процессе фрезерования стенки скважины значительную роль играет фрезерующая способность долота под действием отклоняющего усилия Ротк. В этом случае интенсивность искривления может определяться по формуле (4.19), а радиус кривизны по зависимости

Схема для расчета радиуса искривления РУС с радиальным смещением долота

Рис. 4.67. Схема для расчета радиуса искривления РУС с радиальным смещением долота: 1 - долото; 2 - выдвижной башмак; 3 - корпус; 4 - верхний стабилизатор; 5 - труба; А, - диаметр долота; А - выход башмака из корпуса; А0- диаметр корпуса;

Ац- диаметр стабилизатора

из которой следует, что формируемая кривизна существенно зависит от скоростей бурения v6 и фрезерования стенки скважины уф. Для удовлетворения требуемым параметрам набора кривизны, радиус кривизны, рассчитанный по формуле (4.34) может быть получен только при определенных скоростях бурения фрезерования.

Отклоняющая сила, действующая в направлении фрезерования РУС будет зависеть от размеров и давления промывочной жидкости в дроссельноциркуляционной системе отклонителя и может определяться по формуле

где рж - давление промывочной жидкости в гидрокамере над выдвижным башмаком, МПа; 5П - площадь выдвижного башмака со стороны гидрокамеры , м2; L - длина РУС, м; h - расстояние от выдвижного башмака стабилизатора отклонителя, м.

Расчеты по формуле (4.34) для РУС с Ra= 147,65 мм, R0= 122 мм, /?ц= 140 мм, /| = 0, 7 м, /2 = 2,5 м позволяют определить значения радиусов кривизны, которые изменяются от 152 м до 350 м при выдвижении башмака на расстояние Н= 30-26,75 мм.

В системе с изменением направления перекоса долота используют внутренний изгиб вала отклонителя для изменения направления скважины. В такой системе точка изгиба вала находится внутри корпуса над долотом (рис. 4.68). Ориентация изгиба вала контролируется с помощью серводвигателя, который вращается с той же скоростью, что бурильная колонна, но в обратном направлении. Это позволяет сохранить геостационарную ориентацию торца бурового инструмента при вращении колонны.

Схема для расчета радиуса искривления РУС с изменением направления перекоса долота

Рис. 4.68. Схема для расчета радиуса искривления РУС с изменением направления перекоса долота : 1 - долото; 2 - корпус; 3 - стабилизатор; 4 - труба; 5 - вал отклонителя; D:i - диаметр долота; D0- диаметр корпуса; Du - диаметр стабилизатора

Радиус искривления скважины для РУС с изменением перекоса долота, при отсутствии деформации корпуса, определяется выражением [1]

где Р - угол наклона отклонителя к оси скважины, град.

D -D

Угол р определяют по формуле р = arctg —-1.

2/,

Угол у создается при изгибе вала отклонителя (рис. 4.68) и может определяться по формуле

I

где А - угол отклонения вала при изгибе, град; а = —; ц = — (см. рис.4.68).

h h

В системе РУС с изменением направления перекоса или позиционирования долота (point-the-bit) используются механизм управления с эсцентриковой втулкой.

Схема работы устройства данного типа показана на рис. 4.69.

Эксцентриковая втулка 1 имеет возможность поворота как вокруг собственной оси в направлении ц, так и вокруг оси корпуса-статора 2 РУС в направлении т. Вал-ротор 3 РУС, на котором установлено долото 5, вращается внутри эксцентриковой втулки 1 с частотой со. Корпус-статор 2 РУС фиксируется в скважине при выдвижении плашек 4. Проворот эксцентриковой втулки 1 осуществляется с помощью сервомеханизма, работа которого управляется электронным блоком по команде от управляющего процессом компьютера. Поворот эксцентриковой втулки 1 приводит к отклонению оси вала-ротора 3 от центральной оси корпуса 2 РУС на величину зазора А и долото 5 получает перекос в ту или иную сторону, в зависимости от положения втулки 1 внутри корпуса-статора 2 РУС.

На рис. 4.69, а дана схема соотвествующая случаю бурения без искривления, при котором внутреннее отверстие эксцентриковой втулки 1, вал 3 соосны корпусу 2 РУС (Д=0), а долото 5 не имеет перекоса.

В иных случаях, проиллюстрированных рис. 4.69, б, в, эксцентриковая втулка 1, проворачиваясь занимает такую позицию в корпусе РУС, которая обеспечивает изгиб вала 3, перекос долота 5, изменение направления бурения и искривление скважины в направлениях, указанных на схемах (позиция 6).

Подобный принцип работы имеет и ранее рассмотренное устройство со съемным керноприемником типа Devi-drill компании Device для бурения скважин с отбором керна (рис. 4.62).

Для системы Geopilot, имеющей следующие параметры: а = Ъ = 2, 25 м; 1 = 0,8 м; /2 = 4,5 м; D0 = 244 мм, значения радиусов искривления при бурении долотом диаметром 295,3 мм и различных прогибах вала отклонителя приведены в табл. 4.7.

Расчетные данные радиуса искривления РУС Geopilot

Таблица 4.7

Диаметр центратора Д„ мм

244

280

Прогиб вала Д, мм

4

5

6

2

3

4

5

Угол перекоса у

1,75

2,18

2,62

0,87

1,31

1,75

2,18

Радиус искривления R, м

-

438

194

475

200

126

93

Схемы работы РУС с позиционированием долота

Рис. 4.69. Схемы работы РУС с позиционированием долота: а - положение системы, определяющей прямолинейное направление бурения; б, в - положения системы, определяющей изменение направления бурения; 1 - эксцентриковая втулка; 2 - корпус- статор; 3 - вал-ротор; 4 - выдвижные плашки; 5 - долото; 6 - направление искривления скважины; 7 - схема РУС при прямолинейном бурении; 8, 9 - схемы РУС при изменении

направления бурения

Последнее достижение в области управляемых роторных систем - РУС PowerDrive Archer, сочетающее в себе характеристики систем с отклонением и изменением перекоса долота. Данная система позволяет автоматически поддерживать углы положения скважины в пространстве. Интенсивность искривления системой составляет 0,1-0,3 град/м в зависимости от диаметра скважины, который может составлять от 406,4 до 660,4 - интенсивность 0,1 град/м для PowerDrive Х5 1100; 311,2-374,4 мм - интенсивность 0,17 град/м для PowerDrive Х5 900; 254 мм - интенсивность 0,2 град/м для

PowerDrive Х5 825; 215,9-250,8 мм - интенсивность 0,3 град/м для PowerDrive Х5 675; 146,1-165,1 мм для PowerDrive Х5 475 - интенсивность 0,3 град/м. Максимальная частота вращения - 200-250 мин"1. Расход бурового раствора, необходимый для работы - 7192-833 л/мин (первое значение соответствует диаметрам скважины 660,4 мм, а второе 146, 1 мм).

Попытки использования забойных гидродвигателей для бурения скважин малого диаметра (93,76 и 59 мм) наталкивались на проблему создания конструкции гидродвигателя, который бы удовлетворял требованиям надежности и производительности бурения. В частности требовался достаточный для бурения крутящий момент и приемлемая частота вращения ротора.

Появление в 80-х г. прошлого столетия малогабаритных винтовых забойных двигателей, разработанных ВНИИБТ и зарубежными компаниями, позволило оценить перспективы применения этих разработок для производства работ по направленному бурению разведочных скважин.

Схема поперечного сечения объемного двигателя при соотношении пары статор

Рис. 4.70. Схема поперечного сечения объемного двигателя при соотношении пары статор: ротор - 4:3

Винтовые забойные двигатели по своему принципу действия относятся к так называемым объемным машинам (двигателям или насосам) без клапанов с единственной движущейся деталью - ротором. По этому принципу созданы двигатели внутреннего сгорания, в частности для автомобилей, на основе двигателя Ванкеля, в котором камерами сгорания являются изменяющиеся объемы между ротором и статором специальной формы. Широко известны объемные насосы Муано. Рабочие органы двигателя (один из вариантов показан на рис.

4.70) - статор 1 и ротор 2 выполняются в виде многозаходных винтовых поверхностей: статор - многозаходной винтовой трубчатой полости (на рис. 4.70 статор имеет 4-заходную поверхность), ротор - объемным много- заходным телом винтообразной формы (на рис. 4.70 ротор имеет 3-заходную поверхность), представляющие в паре планетарный механизм. Число заходов винта статора на единицу больше числа заходов винта ротора. При этом ротор размещен внутри статора со смещением оси вращения, что позволяет ему при вращении окатываться

по внутренней полости статора, копируя линию его поверхности. Внутренняя поверхность статора выполнена из технической резины, поэтому достигается достаточно герметичное прилегание гладкой стальной наружной поверхности ротора к внутренней поверхности статора, а перепад давлений в полостях между ротором и статором при прокачивании бурового раствора обеспечивает вращение ротора вокруг оси статора.

Отклонители на базе ВЗД могут применяться в самых разнообразных геологических условиях для искривления скважины по плавной траектории или для забуривания дополнительных стволов от искусственных забоев при многоствольном бурении. На базе ВЗД работают в настоящий момент основные типы отклонителей, в том числе, такие как роторные управляемые системы (РУС).

При работе забойного двигателя на его корпусе возникает реактивный момент сил вследствие реакций разрушаемой породы на работу вооружения долота на забое. Это обстоятельство вызывает некоторую проблему при направленном искривлении скважины, поскольку реактивный момент приводит к закручиванию бурильной колонны и нарушает ориентацию отклонителя, если его корпус не имеет распорного механизма. Для корректировки положения отклонителя в соответствии с параметрами ориентирования необходимо знать величину угла закручивания бурильной колонны.

Угол закручивания бурильной колонны определяется формулой [8]

где Мр- реактивный момент на корпусе двигателя, даН-м; L - длина бурильной колонны, воспринимающей кручение под действием Мр, м; G - модуль сдвига, даН/м2; J0— полярный момент инерции, м4.

Длина бурильной колонны, воспринимающая реактивный момент, практически неизвестна, так как она зависит от момента сил трения между колонной и стенкой скважины, конфигурации ствола скважины и многих других факторов. Поэтому для расчета угла закручивания следует вводить поправочный коэффициент, определяемый опытным путем.

Бурильные трубы диаметром 114, 141 и 168 мм, применяемые для бурения скважин большого диаметра, могут иметь угол закручивания 6,5; 5,0 и 3 на 100 м длины, поэтому суммарный угол закручивания даже для колонн большого диаметра может составлять значительную величину. Что касается труб малого диаметра - 63,5, 54, 50, 42 мм, то угол закручивания для них очень значителен и вызывает большие проблемы при проведении работ по направленному бурению с использованием забойных двигателей малого диаметра.

Поэтому для стабилизации положения ОНД на базе ВЗД малого диаметра более предпочтительно использование распорных механизмов скользящего типа, практически аналогичных тем, что применяются в отклонителях типа ТЗ, «КЕДР», ОБС.

Отклонители на базе винтовых забойных двигателей для геологоразведочного бурения разработаны в ЗабНИИ. Созданы два типоразмера отклонителей на базе ВЗД: ОД-76 с двигателем ДГ-70 (система статор:ротор - 7:6) и отклонители с двигателем Д1-54 (система статор:ротор - 5:4). Оба забойных двигателя разработаны во ВНИИБТ [12,24,26].

Отклонитель с двигателем Д1-54 выполнен в двух вариантах: с кривым переходником и с искривленным корпусом двигателя. Данный отклонитель спроектирован для использования на небольших глубинах, так как двигатель Д1-54 имеет невысокую мощность, а для его работы требуются достаточно большие для современных насосов давление и расход жидкости. Небольшая глубина использования позволила применить наиболее простой способ стабилизации отклонителя - за счет нсвращающейся колонны бурильных труб.

Для стабилизации отклонителя распорным механизмом на базе двигателя Д1-54 в ЗабНИИ совместно с ВНИИБТ разработан отклонитель ДН-54, в котором использовано распорное устройство с выдвижным ползуном и роликами-катками от отклонителя ТЗ-З-59.

В корпусе 1 отклонителя ДН-54 (рис. 4.71) размещены статор двигателя и его ротор 2, который через шарнир 4 соединен с валом 5 отклонителя. Ротор 2 выполнен в виде винта специального профиля, внутренняя обкладка статора 3 имеет внутреннюю винтовую поверхность. При прокачивании жидкости через полости между ротором 2 и статором 3 ротор совершает планетарное движение относительно оси статора , которое передается на вал 5 и породоразрушающий инструмент. Промывочная жидкость после выхода из двигателя проходит через вал 5 на забой скважины.

Распорный механизм отклонителя имеет выдвижной ползун 6 с роликами-катками и верхний 7 и нижний 8 полуклинья. Отклоняющее усилие создается под действием осевого усилия за счет изгиба вала 5 при выдвижении ползуна 6 до упора в стенку скважины (механизм создания отклоняющего усилия аналогичен таковому у отклонителя ТЗ-З). На

Схема отклонителя на базе ВЗД Д1-54 ДН-54

Рис. 4.71. Схема отклонителя на базе ВЗД Д1-54 ДН-54

валу 5 установлен переходник 9 для размещения долота.

Нагрузочная секция содержит телескопический шлицевой узел, нагрузочную пружину 10, возвратную пружину 11, шлицевой вал 12, регулировочную втулку 13, помещенную в корпус 14 и переходник 15.

Нагрузочная пружина 10 служит для создания усилия в распорном механизме, возвратная пружина 11 предназначена для обеспечения транспортного положения деталей отклонителя при спуско-подъемных операциях.

Регулировочная втулка предназначена для изменения длины хода шлицевого корпуса от 8 до 12 мм.

Фиксация корпуса и рабочего вала ОНД осуществляется шаровым фиксатором, установленного в корпусе ОНД напротив возвратной пружины 11 (на рис. 4.71 не показан). Отклонитель снабжен также системой подшипников и уплотнений для герметизации внутренних полостей.

При помощи переходника 15 ДН-59 присоединяется к ориентирующему устройству или к бурильной колонне. После спуска в скважину и ориентирования запускается забойный двигатель и ОНД ставится на забой. По мере роста осевого усилия на долото шлицевой корпус 14 перемещается относительно шлицевого вала 12 и через пружину 10 передает нагрузку через корпус 1 к распорному механизму. Ползун 6 выдвигается до упора в стенку скважины, а возникшее распорное усилие обеспечивает отклоняющее усилие на долоте. Под действием распорного усилия ролики-катки ползуна 6 врезаются в породу, стабилизируя направление искривления.

После искривления забойный двигатель останавливается, осевая нагрузка с ОНД снимается и под действием возвратной пружины 11 клиновой ползун 6 втягивается в транспортное положение.

Нагрузочная секция отклонителя ДН-54 выполнена в двух вариантах. Первый с механическим принципом создания распорного и отклоняющего усилий, второй с гидравлическим.

Отклонитель ДН-54 обеспечивает набор кривизны с интенсивностью до 2 град/м в скважинах диаметром 70-80 мм. Двигатель Д1-54 обеспечивает крутящий момент на валу 70-100 Нм, при частоте вращения 350-500 мин'1 , перепаде давления на двигателе до 4-5 МПа и расходе жидкости до 2,5 л/с.

Двигатель ДГ-70 в сравнении с Д1-54 имеет наружный диаметр 70 мм и более предпочтительные показатели работы: обеспечивает крутящий момент 140 Н м и частоту вращения 200-300 мин'1 при расходе жидкости 1,7 л/с и перепаде давления 2,5 МПа. На базе двигателя ДГ-70 создан отклонитель ОД- 76.

Конструкция отклонителя ОД-76 (рис. 4.72) имеет отклоняющее устройство типа «кривой переходник» с регулируемым углом перекоса, рабочую пару двигателя ДГ-70 4 и распорное клиновое устройство скользящего типа - 6, 7, 8 с гидроприводом 9. Устройство стабилизации направления искривления в виде выдвижного ползуна 7 взаимодействует со стенкой скважины при помощи роликов-катков. Необходимое распорное усилие

создается гидроприводом 9 за счет давления промывочной жидкости над рабочим органом ВЗД.

При создании ОНД на базе ВЗД впервые выполнен анализ отклоняющей способности кривых переходников в скважинах малых диаметров. По данным И. В. Кукушкина [13,21] изменение полного угла (5) и интенсивности искривления (iM) на интервале работы отклоняющей системы с кривым переходником можно описать зависимостями следующего вида:

ОД-76: 1 - долото,

  • 2 - шпиндель, 3 - шарнирное соединение и механизм регулирования угла перекоса, 4 - ВЗД, 5 - шарнирный вал,
  • 6 - нижний полуклин,
  • 7 - ползун с катками,
  • 8 - л верхний полуклин,
  • 9 - гидропривод ползуна,
  • 10 - переходник

где S - углубка скважины от начала цикла искривления, м; L - длина направляющего звена ОНД, м; р - угол наклона долота за счет радиального зазора, радиан; ц - угол фрезерования, радиан; ср - угол поворота долота при деформации направляющего звена под действием внешних сил, радиан.

Из выражений (4.35) и (4.36) следует, что в данном случае реализуется не только асимметричное разрушение забоя, но и фрезерование стенки скважины в направлении перекоса долота. При этом наиболее интенсивно фрезерование реализуется на начальном интервале работы ОНД, когда формируется неравномерная кривизна скважины. По мере углубки скважины неравномерность кривизны сглаживается и искривление стабилизируется, поскольку известно, что искривление является процессом с обратной связью (рост кривизны снижает величину отклоняющей силы). В то же время деформация направляющего звена гарантирует некоторый рост значений 5 и iM. Для ОД-76 интенсивность искривления составляет 0,2-1,2 град/м.

Результаты работы отклонителя ОД-76 позволили сделать вывод о возможности надежного регулирования интенсивности искривления путем изменения угла перекоса отклонителя. Увеличение угла перекоса от 0,5 до

2,5° приводит к росту темпа искривления от 0,2 до 1,2 град/м.

Процесс искривления скважины отклонителем ОД-76 характеризуется достаточно высоким соответствием фактической интенсивности искривления ее проектному значению, поскольку в его основу положен принцип асимметричного разрушения забоя, отличающийся управляемостью и предсказуемостью выходных параметров кривизны при реализации искривления.

Возможность равномерного и стабильного набора кривизны с помощью ОД-76 на протяженном интервале скважины наглядно проиллюстрирована векторной диаграммой искривления скважины (рис. 4.73).

Техническим заданием было предусмотрено увеличить азимут скважины от 285 до 360° с увеличением зенитного угла от 5,5 до 15° в интервале 50-82 м. Отклонителем ОД-76 с использованием системы ориентирования с контролем за величиной угла установки был выполнен один цикл искривления протяженностью 31,9 м. Корректировка угла установки произведена на глубинах 58,64 и 68 м. На диаграмме отражены результаты инклинометрии с шагом 2 м. Полный угол искривления составил 14,75°, а интенсивность искривления 0,5 град/м.

Отклонителем ОД-76, учитывая наличие у него гидравлического привода распорного механизма, можно также эффективно производить забуривание дополнительного ствола от цементного забоя в достаточно твердых породах.

Отклонители Navi-Driel и Dyna-Drill компании Smiht, США для

искривления скважин малых диаметров (диаметры корпуса 44 и 69 мм) и широко используемые зарубежными фирмами, в отличие от отечественных ОНД на базе ВЗД, имеет несколько иную компоновку узлов. Устройство стабилизации направления искривления расположено над ВЗД в виде выдвижного ползуна. Выдвижной ползун обеспечивает перекос долота, и при шарнирном соединении ВЗД с отклоняющим устройством реализуется асимметричное разрушение забоя, а при жестком - фрезерование стенки скважины и асимметричное разрушение забоя, причем разнонаправленные.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >