Методы и технология направленного бурения

Способы и средства ориентирования отклонителей, расчет угла установки отклонителя

Ориентирование отклонителя - этап цикла искусственного искривления, выполняемый с целью установки отклонителя в скважине перед искривлением в то положение, которое соответствует задаче по изменению угловых параметров (зенитного и азимутального углов) забоя скважины.

При ориентировании необходимо в первую очередь твердо знать направление действия отклонителя, т. е. в каком направлении относительно собственной конструкции отклонитель производит искривление скважины. Из рассмотренных выше конструкций отклонителей возможны следующие варианты направлений действия отклонителей:

  • - по ложку клина - все клиновые съемные и стационарные отклонители;
  • - в направлении противоположном от выдвижных ползуна или плашки распорного механизма - все конструкции ТЗ-З, ОГМ;
  • - в направлении выдвижного ползуна распорного механизма - отклонитель «КЕДР»;
  • - в направлении противоположном от нижних катков распорного механизма - СБС, ОБС;
  • - в направлении перекоса, если применяется кривой переводник;
  • - в противоположную сторону от накладки на корпусе гидродвигателя и др.

Процесс ориентирования или установка отклонителя в скважине в заданное положение выполняется тремя основными способами:

  • - ориентированным спуском до забоя отклонителя, установленного в соответствующее направлению искривления скважины положение (по азимуту);
  • - вращением, установленных над забоем скважины бурильной колонны с отклонителем;
  • - проворотом спущенного в скважину и установленного над забоем отклонителя вокруг его оси механизмом ориентирования или самоориентатором, размещаемых непосредственно над отклонителем.

Ориентированный спуск - крайне медленный и не точный способ ориентирования, но, тем не менее, применяется в некоторых случаях при выполнении работ по искусственному искривлению в вертикальных скважинах, так как какой либо аппаратуры или метода для точной ориентированной установки отклонителя в вертикальных скважинах малого диаметра для широко использования не создано. Способ ориентирования ориентированным спуском состоит в выверенном, без проворотов при наращивании колонны, спуске отклонителя, с целью его постановки на забой в то положение, которое ему было задано на поверхности перед спуском. Для реализации способа часто применяют геодезическую аппаратуру для более точного отслеживания положения спускаемой бурильной колонны, но точность такого ориентирования, тем не менее, достаточно мала (± 50-80 на 1000 м), что ограничивает его применение крайне малыми глубинами [8].

Ориентирование вращением всей бурильной колонны вместе с отклонителем с поверхности производится с целью поиска требуемого положения отклонителя, т. е. положения, которое соответствует заданию по искривлению скважины. Поиск заданного положения может производиться с помощью специальных устройств - ориентаторов:

  • - механического,
  • - электро-механического и
  • - гидро-механического типов

или телеметрических систем, которые, по сути, являются встроенными в буровую компоновку ориентаторами, как правило, выполненных на основе современных инклинометров. Электроэнергия для работы встроенных в буровую компоновку ориентаторов подается или с поверхности (что затруднительно), или от автономного источника электроэнергии - аккумулятора или гидротурбиного генератора. Гидротурбина вращает генератор под воздействием потока промывочной жидкости.

В ряде случаев (при малой глубине положения забоя при реализации технологий горизонтального направленного бурения - ГНБ) ориентирование производится дистанционно путем распознавания приемником на поверхности радиосигнала от специального устройства, встроенного в отклонитель.

Проворотом бурильной колонны добиваются установки отклонителя в заданное положение, соответствие которому определяется или по определенному сигналу (динамическому, электрическому или гидравлическому) или по показаниям наземных приборов, указывающих азимутальное положение отклонителя или непосредственно угол установки отклонителя. В этих случаях средства получения сигнала (скважинные датчики-ориентаторы) опускаются в скважину перед ориентированием через внутреннюю полость бурильной колонны.

В случае использования телеметрической системы техническое средство для подачи сигнала находится в составе бурильной колонны над отклонителем.

Ориентирование проворотом отклонителя вокруг его оси механизмом ориентирования является очень перспективным направлением и состоит в том, что механизм ориентирования работает за счет:

  • - силы тяжести эксцентрично размещенного над корпусом отклонителя груза, достаточного, для проворота отклонителя в наклонной скважине, веса (принцип самоориентирования, ориентирующие приставки ОП-3, ЗабНИИ; С- 76, ВИТР) [12,17,28];
  • - продольного перемещения (сдвигания-раздвигания подпружиненной конструкции ориентатора), при опирании на забой и последующем приподъеме отклонителя над забоем (ориентатор шарикового типа отклоняющих комплексов «КЕДР» и ОД, ЗабНИИ) [28];
  • -давления промывочной жидкости и продольного перемещения поршня, вызывающего проворот корпуса отклонителя и его установку в заданное положение (ориентатор шарикового типа АЗОР, ЗабНИИ) [28].

Работа по ориентированию отклонителя включает несколько этапов:

  • - расчет угла установки отклонителя со0 и внесение поправок в его значение, например, при учете погрешности работы отклонителя А (п. 4.4.2) или угла закручивания бурильной колонны (п. 4.3.5);
  • - ориентирование отклонителя на поверхности на заданный угол установки со0 (совместная настройка отклонителя и ориентатора);
  • - ориентирование отклонителя в скважине.

В ряде случаев, при реализации длинных интервалов искривлений, может предусматриваться повторное ориентирование отклонителя на каком либо интервале углубки скважины, осуществляемой с набором кривизны.

На первом этапе выполнения работ по ориентированию определяют значения углов установки отклонителя со0 и угол набора кривизны 5 по имеющимся данным начальных зенитного 0„ и азимутального ан углов, и запроектированных, как результат искусственного искривления, конечных зенитного 0К и азимутального ак углов.

Угол установки co0 и угол набора кривизны 8 могут быть определены аналитически, графически или по специальным таблицам (например, «Методические указания по определению полного угла искривления и фактического угла установки отклонителя при бурении направленных и многоствольных скважин. (А. Я. Анищенко, С. Д. Эрендженов, Г. Г. Ращупкин и др. Алма-Ата: Изд-во КазИМС, 1983 г-104 с.).

Аналитически угол установки отклонителя может быть рассчитан по следующей формуле [28]:

где ан, ак - начальное и конечное (запланированное) значения азимутального угла, град; 8 - запроектированный угол пространственного искривления скважины, град; 0Н - значение начального (до искривления) зенитного угла скважины, град.

Из полученных по формуле (5.1) значений угла установки один соответствует искривлению скважины по азимуту с уменьшением зенитного угла, второй - случаю с увеличением зенитного угла. Выбирается тот угол установки отклонителя, который соответствует поставленной перед искривлением скважины задаче.

Для расчета угла установки могут использоваться и более простые формулы [12,28]:

- при увеличении зенитного угла

- при уменьшении зенитного угла где 0K- заданный конечный зенитный угол скважины, град.

Значение угла установки отклонителя принимается со знаком плюс при увеличении азимута скважины в процессе искусственного искривления, а со знаком минус при его уменьшении.

Определение угла установки co0 и полного угла искривления 8 графоаналитическим методом предназначено для практических расчетов и рекомендуется для использования исполнителями работ по направленному бурению, если под рукой нет специальных таблиц.

Работа по определению необходимых параметров со0 и б производится следующим образом. Задают направление на север (рис. 5.1) и масштаб

о

отображения зенитных углов, например, 1 равен 1 см.

Графо-аналитическая диаграмма для расчета угла установки отклонителя щ и полного угла искривления 8

Рис. 5.1. Графо-аналитическая диаграмма для расчета угла установки отклонителя щ и полного угла искривления 8

Далее, с помощью транспортира, откладывают от стрелки, обозначающей направление на север, значение начального азимутального угла а„ и проводят линию ОА, причем длина этой линии в выбранном масштабе должна соответствовать значению начального зенитного угла 0Н. Далее, таким же образом, проводят линию ОВ, но используя при этом заданные конечные значения азимутального ак и зенитного углов 0К. Конечные значения зенитного и азимутального углов принимают как желаемый результат искусственного искривления.

Длина линии АВ, с учетом выбранного масштаба, будет равна значению угла набора кривизны 8.

Углы установки отклонителя можно определить измерением углов у основания треугольника - со0 и г (рис.

5.1). Из двух полученных значений угла установки со0 и ц один соответствует искривлению скважины по азимуту с уменьшением зенитного угла, второй случаю с увеличением зенитного угла. Выбирается тот угол установки отклонителя, который соответствует поставленной перед искривлением скважины задаче.

Графо-аналитический метод определения угла установки и угла набора кривизны уступает по точности аналитическому расчету или определению названных параметров по таблицам, но в то же время существенно проще и доступнее.

Ориентирование отклонителя на поверхности на заданный угол установки о)0 требует представления этой операции в воображаемом пространстве. С этой целью рассмотрим схему на рис. 5.2.

Схема отсчета углов установки отклонителя со

Рис. 5.2. Схема отсчета углов установки отклонителя со0

Отсчет угла установки отклонителя оз0 производится от апсидальной плоскости скважины (вправо, если необходимо увеличение азимута, влево, если требуется уменьшение азимута).

На схеме рис. 5.2 положение апсидальной плоскости строго совпадает с

о о

вертикальной линией (стрелки 0 и ±180 ).

о

Угол установки отклонителя со0 = 0 , принятый за начало отсчета, соответствует положению отклонителя строго на выполаживание (осуществляется увеличение зенитного угла без изменения азимута скважины).

о

При начальном угле оо0 = 0 плоскость искривления скважины совпадает с положением апсидальной плоскости по направлению вверх.

Как следует из схемы (рис. 5.2), возможны четыре случая, при которых будет осуществляться плоское искривление скважины (изменяется только зенитный или только азимутальный углы):

- угол установки отклонителя будет равен нулю, если решается задача только выполаживания скважины без изменения азимутального угла;

о

  • - угол установки отклонителя будет равен 180 , если решается задача только выкручивания скважины без изменения азимутального угла (искривление также осуществляется строго в апсидальной плоскости скважины по направлению вниз);
  • - угол установки отклонителя будет равен +90 , если требуется только изменение азимутального угла в сторону увеличения без изменения зенитного угла.

о

- угол установки будет равен -90 , если требуется только уменьшение азимутального угла без изменения зенитного угла.

При плоском искривлении скважины (корректировке подлежит только зенитный или только азимутальный угол) значение угла набора кривизны 5 будет равно значением Да или ДО, т. е. разности между начальным (исходное значение) и конечным (угловой параметр, который следует получить в результате искривления) значением зенитного или азимутального углов.

Если же нужно изменить одновременно азимутальный и зенитный углы, то значения угла со0 будут находиться в том или ином диапазоне в зависимости от условий решаемой задачи (на схеме рис. 5.2 возможные диапазоны значений угла установки <д0 в зависимости от условий решаемой задачи приведены в виде 4 четвертей) и необходимо провести расчет угла установки. При этом углы установки отклонителя, в соответствии со схемой на рис. 5.2, будут

о

положительными, если их отсчет производится от оз0 = 0 по направлению

о

движения часовой стрелки и со знаком минус, если отсчет производится от 0 против направления движения часовой стрелки.

Настройка ориентатора и отклонителя на рассчитанный угол установки выполняется перед спуском отклонителя в скважину.

Определив значения угла установки ш0 и полного угла искривления 8, далее следует произвести настройку ориентатора и отклонителя на рассчитанный угол установки.

В зависимости от типов ориентатора и отклонителя процедура настройки будет несколько отличаться одна от другой.

Устройство ПУ

Рис. 5.3. Устройство ПУ

Общей же, при проведении этой работы, будет рекомендация об использовании вспомогательного устройства ПУ-2 (рис. 5.3), конструкции ЗабНИИ. Устройство состоит из корпуса со шкалой 1 углов установки отклонителя, на которой стрелка соответствует направлению действия отклонителя. По периметру шкалы 1 выполнена канавка, в которой помещен шарик 2. Шарик 2 может перемещаться в канавке и выполняет роль чувствительного элемента, указывающего значение угла установки отклонителя. Шкала и канавка устройства ПУ закрыты стеклом.

Для установки устройства ПУ на корпусе отклонителей типа ТЗ выполнены продольные диаметрально расположенные плоскости. Устройство ПУ устанавливается на корпус отклонителя установочной вилкой 3 и крепится к нему винтом 4, таким

образом, чтобы направление стрелки на шкале 1 строго соответствовало направлению искривления скважины отклонителем, и было направлено вверх. При этом шарик 2 займет нижнее положение напротив значения угла установки

о

равного 0 (показано на рис. 5.3). Для отклонителей типа ТЗ направление искривления будет противоположно положению выдвижного ползуна (рис.

4.49,4. 53).

Далее отклонитель поворачивается вокруг своей продольной оси до такого положения, при котором шарик 2 устройства ПУ встанет против деления на шкале 1, которое соответствует задаваемому углу установки отклонителя со0

После установки отклонителя на заданный угол производится настройка ориентирующих аппаратуры или устройств относительно полученного положения отклонителя. Точность устройства ПУ по установке угла со0 составляет ±3 [12,28].

Ориентирование отклонителя в скважине производится после настройки отклонителя и ориентатора на поверхности и спуска отклонителя в скважину.

Если используются ориентаторы - сигнализаторы, т.е. дающие тот или иной сигнал об установке отклонителя на заданный угол, а для получения сигнала следует вращать отклонитель вместе с бурильной колонной в скважине, то отклонитель на бурильной колонне подвешивают над забоем и через внутренную полость колонны спускают скважинный прибор - ориентатор. После спуска ориентирующего прибора до заданного над отклонителем места, медленным вращением колонны бурильных труб вместе с отклонителем добиваются такого его положения, при котором поступает необходимый сигнал о правильной установке отклонителя на заданный угол. Для более высокой точности ориентирования процедуру повторяют и стремятся, чтобы полученные при повторных попытках ориентирования положения отклонителя совпадали.

Если для ориентирования используют самоориентаторы типа ОП-3, то в

о

наклонной скважине (зенитный угол должен быть не менее 3-5 ) под действием эксцентричного груза проворот отклонителя на заданный угол установки производится автоматически без каких либо дополнительных операций. Для повышения точности ориентирования самоориентатором при спуске

выполняется операция расхаживания колонны и её встряхивание.

Самоориентаторы устанавливаются непосредственно над отклонителем и должны быть связаны с ним как корпусами-статорами, так и внутренними валами-роторами.

Если для ориентирования используют механические («КЕДР») или гидромеханические (АЗОР) ориентаторы шарикого типа, то ориентирование производится при включенном буровом насосе и налаженной циркуляции промывочной жидкости, а на линии нагнетания насоса, в обязательном порядке, устанавливается манометр.

В первом случае («КЕДР», см. описание к рис. 4.49) ориентирование производится при постановке отклонителя на забой с последующей плавной разгрузкой, при которой обратный ход ориентирующего механизма под действием сжатой пружины приводит к провороту корпуса отклонителя на заданный угол. Сигналом правильного ориентирования будет повышение, а затем падение давления прокачиваемой промывочной жидкости. Если ориентирование не выполнено в соответствии с заданным параметром угла установки, то давление промывочной жидкости будет высоким, что не позволит вести процесс бурения, и потребуется провести ориентирование повторно или поднимать снаряд на поверхность.

Во втором случае (АЗОР) ориентирование производится при подвешенном над забоем отклонителе автоматически под действием давления промывочной жидкости. Сигналом правильного ориентирования будет повышение, а затем понижение давления промывочной жидкости.

При ориентировании с помощью инклинометров (У00, система с магнитным репером) или телеметрических систем ориентирование производится по азимуту, который определяется по прибору на поверхности и, так или иначе, соотносится с положением отклоняющей системы [8].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >