Наибольшее применение при искусственном отклонении скважин от вертикали получили забойные гидравлические двигатели, в которых в качестве привода используются турбинные секции. В качестве специального инструмента для регулирования направления бурения отечественной промышленностью серийно выпускаются турбинные отклонители и шпиндели-отклонители.
В ряде случаев для отклонения скважины используют серийные турбобуры или забойные винтовые двигатели, спускаемые в скважину на кривом переводнике. Отклоняющая способность такого инструмента определяется жесткостью бурильных труб, размещенных выше кривого переводника, и боковой фрезерующей способностью шарошечного долота. Отклоняющая сила также зависит от геометрических размеров забойного двигателя. При использовании шпинделей - отклонителей, в которых перекос осей достигается в узле сочленения турбинной секции со шпинделем, отклоняющая способность определяется теми же факторами. Опыт показывает, что отклоняющая сила в этом случае ввиду большей жесткости турбинной секции будет несколько выше.
|
|
Анализ работы отклонителей в стволе скважины и расчет оптимальных параметров отклонителей различных типов проводится на основе программного обеспечения процесса проектирования и проводки наклонных и горизонтальных скважин.
Приближенно отклоняющую силу на долоте для отклоняющей системы с искривленным переводником в соответствии с результатами исследований Р.А. Иоанесяна и М.П. Гулизаде можно определить по формуле
Fот = 2EI sin2(d -a т) / 3 а Lт
где El - жесткость бурильных труб, размещенных над турбобуром; а — смещение бурильных труб при их деформации в стволе скважины,
a = D – (dт + dб) / 2
Lт - длина турбобура с долотом; D, dт , dб, - диаметры соответственно долота, турбобура и бурильных труб; d - угол перекоса осей резьб кривого переводника; a т - угол перекоса турбобура в скважине.
Формула показывает, что для увеличения отклоняющей силы необходимо в первую очередь повысить жесткость труб и использовать переводники с большими углами перекоса осей резьб. Поэтому в практике буровых работ над турбобуром с кривым переводником обычно устанавливают утяжеленные бурильные трубы.
Угол перекоса осей резьб кривого
переводника, градус..........…………………….................... 1 2 3
Отклоняющие силы для труб над турбобуром, кН:
168-мм бурильных...........................……………………….. 0,7 3 7
203-мм утяжеленных бурильных.………………………...... 4 10 40
Спуск в скважину отклоняющих компоновок при использовании кривого переводника с большими углами перекоса затрудняется из-за зависания бурильного инструмента. Поэтому при проектировании компоновок необходимо учитывать фактический диаметр скважины, который определяется физико-механическими свойствами горных пород. Геометрические размеры турбобура также существенно влияют на отклоняющую силу и, следовательно, на интенсивность отклонения скважины от первоначального положения оси ствола. Поэтому с целью увеличения действия отклонителя необходимо использовать турбобуры минимальной длины. Однако укороченные турбобуры обладают недостаточными энергетическими параметрами, так как при их конструировании ограничивается число рабочих ступеней в турбинной секции. Наиболее перспективно использование шпинделей-отклонителей, так как в этом случае число рабочих ступеней в турбинных секциях сохраняется.
|
|
Возникновение отклоняющей силы в ходе бурения специальными компоновками часто затрудняет запуск турбобура. Особенно это проявляется при отклонении скважины в крепких породах, так как обычно в таких условиях диаметр скважины минимально отличается от диаметра долота. Запуск турбобура при приподнятом инструменте над забоем возможен при условии
Мэф-Мп > Мтр,
где Мэф - вращающий эффективный момент турбинных секций при устойчивой работе турбобура; Мп - момент сил трения скольжения в осевой опоре (пяте) турбобура; Мтр - момент сил трения, возникающих в результате прижатия долота к стенке скважины и препятствующих вращению ротора турбобура.
Момент сил сопротивления в осевой опоре определяется по формуле
Мп = Рп rп mп
где Рп - осевое усилие в опоре, обусловленное гидравлическими нагрузками на пяту и силами веса вращающихся деталей турбобура; rп - средний расчетный радиус трения в осевой опоре; mп - коэффициент трения скольжения на трущихся поверхностях осевой опоры. Коэффициент трения в осевой опоре исследован достаточно подробно и зависит от нагрузки на пяту, количества и качества промывочной жидкости, частоты вращения трущихся поверхностей.
Для запуска турбинного отклонителя наиболее благоприятен случай, когда момент сопротивления в осевой опоре отсутствует, т.е. Рп = Рд.
Равенство осевой нагрузки на долото гидравлическим нагрузкам в осевой опоре может вызвать значительное увеличение сил сопротивления на долоте. Поэтому второе условие благоприятного запуска — оптимальное соотношение моментов сил сопротивления вращению долота моментам сил сопротивления в осевой опоре турбобура, так как снижение осевой нагрузки ведет к снижению сил сопротивления вращению долота и в то же время - к увеличению моментов сил сопротивления в осевой опоре турбобура. Наиболее рациональным для запуска турбобура является расхаживание отклоняющего инструмента в осевом направлении в скважине. Вращение отклоняющей компоновки после ориентирования направления действия отклонителя в заданном направлении не допускается.
Условие запуска турбобура улучшается при использовании в шпинделе-отклонителе опор качения. В этом случае снижение коэффициента трения качения приводит к уменьшению момента сил сопротивления в осевой опоре и, следовательно, увеличивает эффективный вращающий момент на валу турбобура, необходимый для преодоления момента сил сопротивления вращению долота. Исходя из этого условия шпиндели-отклонители рекомендуется оснащать опорами качения.