Клиновые отклонители, извлекаемые после изменения направления скважины, достаточно просты в изготовлении, работе и являются относительно надежными техническими средствами направленного бурения. Позволяют за один цикл работ, который включает установку отклонителя, отбуривание, расширение и проработку отклоненного ствола, изменить направление скважины на 0,5–6 º и могут применяться многократно.
При конструировании съемных клиновых отклонителей применен клин закрытого типа, поэтому отбурочный набор имеет породоразрушающий инструмент на один или два размера меньше, чем диаметр ствола в интервале установки отклонителя. На первом этапе цикла искусственного искривления осуществляется забуривание пилот-скважины непосредственно от ложка клина, а затем, после подъема клинового отклонителя, – расширение пилот-скважины с одновременным углублением и последующей проработкой интервала искривления.
Расширение и проработка ствола скважины требуют специальных буровых технологических снарядов, включаемых в комплект отклонителей.
Комплект инструмента для искривления скважины съемным клином СНБ-КО включает конусный отбурник (рис. 9.8, а), собственно клин СНБ-КО (рис. 9.8, б) и снаряд плавного искривления (СПИ) – (см. рис. 9.8, в).
Закрепление клина СНБ-КО в скважине достаточно эффективно производится в конусном углублении забоя 7 (рис. 9.8, б). Конусное углубление выполняют специальным снарядом – конусным отбурником, состоящим из породоразрушающего инструмента 1, армированного твердым сплавом, конусного наконечника 2, патрубка 3, армированного переходника 4, ниппеля замка 5. Поскольку конусный забой служит для закрепления ложка клина, его глубина зависит от размеров ложка. Обычно длина конусного забоя при нормальных условиях не должна превышать 0,2–0,3 м, а длина наконечника 2 – 0,35–0,4 метра.
| Рис. 9.8. Комплект технических средств для искривления скважин клиновым отклонителем СНБ-КО
а – конусный отбурник; б – отклонитель СНБ-КО в скважине;
в – снаряд плавного искривления (СПИ)
|
В сборе клин СНБ-КО приведен на рис. 9.8,
б. Клин предназначен для бурения пилот скважины
8 по заранее заданному направлению и состоит из клина-ложка, изготавливаемого из колонковой трубы диаметром 73 или 57 мм, и отбурочного набора.
Отбурочный набор, в свою очередь, состоит из породоразрушающего инструмента 1 (для СНБ-КО-76/59 диаметром 59 мм и для СНБ-КО-59/46 диаметром 46 мм), удлинителя 2, шарнира 3 с переходником и бурильной трубы 4 (для СНБ-КО-76/59 диаметром 42 мм и для СНБ-КО-59/46 диаметром 33,5 мм).
Во время спуска и ориентирования отклонителя отбурочный набор соединяют через ниппель-втулку с клином-ложком с помощью шпильки 5. После этого отклонитель спускают на забой и нижний конец ложка 6, усиленный накладкой с гребешковым вооружением твердым сплавом, входит в конусное углубление 7. Далее при повышении осевой нагрузки производятся срезание шпилек 5, вдавливание и фиксирование ложка клина в конусном углублении.
Верхний конец отклонителя фиксируется в скважине при помощи твердосплавных вставок 8. После срезания шпильки 5 начинают бурение пилот-скважины 9.
Для расширения пилот-скважины 9 и дальнейшего развития искривления служит шарнирная компоновка – снаряд плавного искривления (СПИ), состоящий из породоразрушающего инструмента 1, соответствующего диаметру основного ствола, переходников - расширителей 2, армированных твердым сплавом, патрубков 3, выполненных из колонковых труб диаметром 57 или 73 мм, шарнира 4, ниппеля замка 5 и бурильной трубы 6 диаметром 42 мм (см. рис. 9.7, в).
С помощью СПИ в направлении забуренной пилот-скважины 9 формируется ствол номинального диаметра 10. При этом СПИ обеспечивает проработку ствола скважины вооружением переходников-расширителей 2 путем удаления резкого перегиба ствола 10 и создания более плавной дуги ствола скважины 11. При бурении СПИ ствол скважины может углубляться на 5–6 м. В то же время для условий, при которых наблюдается значительное естественное искривление скважин, например, вследствие анизотропии горных пород, длину рейса СПИ следует уменьшить до 1,0–1,5 м во избежание отклонения ствола от заданного пилот-скважиной направления.
В дальнейшем в скважину спускаются укороченные колонковые наборы длиной 2,0; 3,0 и 4,5 м для более качественной проработки кривизны и дальнейшей углубки скважины. Особенно тщательно проработку интервала искривления производят в твердых горных породах. Ориентиром достаточной проработанности искривлённого ствола будет свободный спуск в скважину колонкового набора длиной не менее чем на 6,0 метров.
Расчет параметров отклонителя СНБ-КО [15,16] представлен ниже.
1. Угол скоса ложка β выбирают в зависимости от твердости горной породы:
до VII категории по буримости – β = 4–6 град;
VII – IX – β = 4–3 град;
от IX и выше – β =1,5–2,5 град.
2. Определяют размеры отбурочного набора исходя из условия его свободного прохождения по скосу клина:
, (9.5)
где D скв– диаметр скважины, м;
t к – толщина стенки ложка клина, м;
d к – диаметр колонковой трубы отбурочного набора, м.
Если диаметр бурового шарнира превышает диаметр корпуса отбурочного набора, то в формулу (9.5) следует ставить значение диаметра шарнира вместо значения d к.
Согласно производственным данным при сходе с ложка клина отбурочный набор, как правило, увеличивает угол искривления, который может превышать угол скоса ложка β в среднем в 1,5 раза. Поэтому в формуле (9.5) значение угла β следует умножать на коэффициент k, который может быть равен 1,2–2. При этом меньшее значение повышающего коэффициента k следует применять, если породы средней твердости и большее, если породы твердые.
3. Определяют длину нижнего звена шарнирной компоновки СПИ (рис. 9.8, в) l н:
, (9.6)
где h ш – углубка шарнирной компоновкой, м;
d п– диаметр патрубка нижнего звена компоновки, м;
δ – полный угол искривления за цикл, градус;
β – угол скоса ложка клина, градус.
Для горных пород VIII–X категорий по буримости значение l н может составить 0,6–1,0 м.
4. Находят длину верхнего звена СПИ l в (в пределах от 1 до 2 метров). При этом, исходя из требуемой интенсивности искривления id, длину верхнего звена компоновки l в можно определить из формулы
(9.7)
где D и - диаметр верхнего звена СПИ, м.
Искусственное искривление считается удовлетворительным при наборе полного угла от 2 до 5 º за одну постановку съемного клина СНБ-КО.
Пример 16. Рассчитать параметры отклонителя СНБ-КО 76/59 для использования в твердых породах. Угол β принимаем равным 2 º.
Длина отбурочного набора при k = 1,5 будет равна
Длина нижнего звена СПИ для реализации искривления на угол δ=5 º при углубке h ш = 1,5 м будет равна
.
Длина верхнего звена СПИ при требуемой интенсивности искривления id =1 град/м будет равна
| Рис. 9.9. Технологические снаряды:
а – РШС-59/46; б – КЖК-59
|
Опыт применения СНБ-КО с СПИ показал, что в твердых и очень твердых горных породах при наличии трещиноватости или анизотропии, наблюдаются повышенные затраты времени на цикл искусственного искривления, нестабильность набора кривизны, провороты клиньев в скважине, зарезка ложков клина. В твердых породах в интервале искривления формируется резкий перегиб ствола, который, как правило, не удаётся устранить с использованием традиционных технологии и технических средств.
Для решения этих проблем предложены иные технологические снаряды: расширители ступенчатые РШС-59/46 и РШС-76/59 и жесткие конусные компоновки КЖК-59 и КЖК -76 (рис. 9.9) [15,16].
РШС-59/46 (рис. 9.9, а) состоит из породоразрушающего инструмента 1 диаметром 46 мм, нижнего плеча 2 длиной 1 м и диаметром 44 мм, шарнира 3 с углом перекоса 1,5 º, патрубка 4, алмазной коронки 5 диаметром 59 мм и верхнего плеча 6 диаметром 57 мм и длиной 1 метр, соединенного с бурильными трубами 7. РШС позволяет сохранить направление отбурен-ной пилот-скважины и предотвратить искривление скважины по азимуту.
Для развития искривления после расширения пилот-скважины РШС и плавного увеличения угла с интенсивностью 0,5–0,8 град/м предназначена компоновка КЖК-59 (рис. 9.9, б). Она состоит из породоразрушающего инструмента 1, патрубка 2 диаметром 44 мм, алмазной коронки 3 диаметром 59 мм, конусного переходника 5 (конусность при переходе с диаметра 57 мм на диаметр 52 мм), бурильной трубы 6 диаметром 42 мм и верхнего плеча-патрубка 7, диаметром 57 мм.
Опыт применения снарядов РШС и КЖК показал, что удаётся реализовать плавный (до 6–7 º) набор угла искривления, развивая направление пилот-скважины, сформированной СНБ-КО.
Отклонитель периодического действия СОАЭРУ (рис. 9.10, а, б) состоит из ложка-корпуса 1, отбурочного набора 2 с шарниром 3 и бурильной трубы 4 диаметром 33,5 мм.
Данный отклонитель представляет собой вариант существенной модернизации конструктивной схемы отклонителя СНБ-КО, прежде всего за счет изменения конструкции направляющего ложка и схемы размещения отбурочного набора [15].
Отбурочный набор 2 соединяется с раскрепляющим устройством 6 штифтами 5. Раскрепляющее устройство 5 выполнено в виде скошенных под углом 25 º поверхностей. На корпусе 1 изнутри размещена накладка 7 в виде сектора кольца для обеспечения перекоса отбурочного набора 2 (рис. 9.9, б), а в нижней части отклонителя установлен башмак 8 для постановки отклонителя на забой и фиксации отбурочного набора 2 в нижней точке.
После ориентации отклонитель ставится на забой, под действием осевой нагрузки срезается штифт 5, соединяющий отбурочный набор 2 с корпусом отклонителя и фиксирующий раскрепляющее устройство 6. Отбурочный набор 2 освобождается и устанавливается на забой скважины. Направление перекоса и фиксация перекоса отбурочного набора 2 осуществляются накладкой 7 и башмаком 8. При данной конструкции отклонителя коронка отбурочного набора работает непосредственно с забоя скважины, не соприкасаясь с клином, что повышает точность набора кривизны.
После отбуривания пилот–скважины, её расширение осуществляют снарядом РШС, а проработку и дальнейшую углубку – снарядом КЖК (рис. 9.9).
Расчет параметров отклонителя СОАЭРУ [15,16] дан ниже.
Угол перекоса отбурочного набора отклонителя можно определить по зависимости
(9.8)
где t - толщина накладки 7 (см. рис. 9.10), м;
d вн, d к- диаметры соответственно внутренний корпуса 1 и наружный отбурочного набора 2, м;
l - длина отбурочного набора, м.
Угол δ принимается равным 1,0–1,5 º.
Толщину башмака 8 следует принимать из расчета, что сумма диаметра породоразрушающего инструмента d и и толщины башмака s не должны превышать диаметра скважины – D скв, то есть d и + s ≤ D скв.
| Рис. 9.10.Конструктивная схема отклонителя СОАЭРУ-59/46:
а – при спуске в скважину; б – в рабочем положении
|
Результаты применения комплекта технических средств в составе: отклонитель СОАЭРУ-57, технологические снаряды РШС-59/46 и КЖК-59, в соответствии с разработанной технологией, показали возможность бурения при достаточно высоких параметрах режима на всем интервале отбуривания. При этом снижаются затраты времени на цикл искривления при несколько бóльшем угле набора кривизны за цикл.
2015-01-30
1367
