Способ искривления скважины шарнирным отклонителем

,590 51)5 Е 21 В 7/08 САНИЕ ледовател хник илье Турбинное бу - М,: Недра,СКВАЖИНБ ШАР(54) СПОСОБ ИСКРИВЛЕ НИРНЫМ ОТКЛОНИТЕЛЕМ тся к бур пользован и наклони о напчастности и буре отропных н авленных скважи иными дизобретодки ск игат изотропных и одах за ом. Цел ями или рот овышение то жины ности пр вления е с постоя ннои чет иск ным отклонител изменении зени тся к буровоииспользованонаправленных Изобретение отнотехнике и может бытпри бурении наклонискважин в анизотроппородах при помощилей:или ротора.Целью изобретенишение точности провсчет искривления ееинтенсивностью.Способ осуществл арительноте искривл пред .зимуния ых и изотропн абойных двига аправляющ рживают в подЛ а своей сред является повыдки скважины за верхнюю стен вления режима с постоянно ответствую ивности исше максима ледующим о м н разом. В первом вариан способа искривлени1 данным отиз условия ия скв еделяе ти искривле нителем, оп при реализациискважин шарнирОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТРИ П 1 НТ СССР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Всесоюзный научно-иский институт буровой те(57) Изобретение отнотехнике и может быть интенсивностью. Способ искривления скважины шарнирным отклонителем предусматривает изменение зенитного угла скважины, пробуренной в заданном аэи" муте искривления. В процессе бурения направляющую штангу отклонитеня под-, держивают в положении, при котором она опирается своей средней частью о верхнюю или нижнюю стенку скважины путем установления режима осевой нагрузки, соответствующего расчетному значению интенсивности искривления. Значение осевой нагрузки не меньше максимального обеспечивает опору средней части направляющей штанги о верхнюю стенку скважины. Значение осе-вой нагрузки не больше минимального Е обеспечивает опору о нижнюю стенку скважины. Величина интенсивности искривления скважины данным отклоните- С лем определяется из условия вписываемости в ствол направлял.щей штанги. м, заключающегося в ного угла скважины, забуренной в заданном ения, в процессе бурею штангу отклонителя положении, при котором ек частью опирается в скважины, путем уста- осевой нагрузки, сорасчетному значению ин ризления, которое не ьной величины интенсиввписываемости его в ствол последнейпрн указанном положении направляющейштанги,Во втором варианте в процессе бурения направляющую штангу отклонитепя5поддерживают в положении, при которомона своей средней частью опирается онижнюю стенку скважины, путем установлеаия режима осевой нагрузки, соот.Оветствующего расчетному значению интенсивности искривления, которое небольше минимали 1 ой величины интенсивности искривления скважины данным отклонителем, определяемой из условия 15вписываемости его в ствол последнейпри указанном положении направляющейштанги.Таким образом, искривление скважин осуществляется с постоянной интенсивностью принципиально одним итем же путем - поддерживанием в процессе бурения направляющей штанги отклоыителя в положении, при которомего движение определяется условием )5вписываемости в ствол скважины, припомощи установления режима осевой нагрузки, обеспечивающего указанное положение направляющей штанги.Особенностью работы компоновки ни- цза бурильной колонны.(КНБК) с шарнирным отклонителем является то, что благодаря наличию шарнира огибающий момент от бурильной колонны не передается на направляющую штангу отклонителя и в КНБК не возникает момента35сопротивления упругих сил, препятствующих повороту направляющей штанги вплоскости искривления. Следовательно,последняя занимает устойчивое положение в стволе скважины, когда опирается одновременно двумя точками о еестенки. В месте шарнирного соединенияотклонитель всегда опирается о нижнююстенку скважины, что обусловлено кали-Ь 5чием силы тяжести и угла наклона скважины. Направляющая штанга своей средней частью может опираться как о верхнююстенку скважины, так и о нижнюю.Это зависит от направления векторарезультирующего опрокидывающего момента, действующего на направляющую штангуПоскольку направляющая штанга имеет два положения в Стволе скважины,при которых ее движение обусловлива 55ется условиями вписываемости, то суще- .ствует два варианта способа искривления скважин шарнирным отклонителем,каждый из которых обеспечивает искривление с постояннои, хотя и разной позначению интенсивностью.При движении отклонителя, определяемом условиями вписываемости, дветочки направляющей штанги повторяюттраекторию участка ствола, к стенкамкоторого они прижаты. Так как долотожестко связано с указанными точками,то его движение однозначно определяется движением укаэанных точек направляющей штанги, а следовательно,трассой скважины в призабойном интервале,Для каждого типа шарнирного отклонителя существует два значения предельной интенсивности искривленияскважины, которые определяются гео-.метрическими параметрами отклонителя,диаметром долота и скважины. Существует функциональная взаимосвязь междуинтенсивностью искривления скважины,определяемой как интенсивность поворота в плоскости искривления направ-.ляющей штанги, и горно-геологическими и техническими условиями буренияскважчны в данном интервале, Расчетное значение интенсивности искривления характеризует потенциальные возможности работы отклонителя при заданных параметрах, определяющих интенсивность;искривления скважины. Расчетное значение интенсивности искривления может оказаться бсльше максимального или меньше минимального значения, определяемых из условия вписываемости. В первом случае физическиэто означает, что направляющая штанга своей средней частью прижата к верхней стенке скважины, а во второмк нижней, так как сила реакциистенки ограничивает поворот направляющей штанги в плоскости искривленияи дальнеишее искривление скважины ограничивается предельным значением, определяемым из условия вписываемости отклонителя .в ствол скважины.Поскольку расчетное значение интенсивности искривления являетсяфункцией осевой нагрузки, то установлением режима последней однозначно определяется величина расчетной интенсивности искривления.Таким образом, установив при бурении скважины режим осевой нагрузки, соответствующий расчетному значению интенсивности искривления, которое превышает ее максимальное значение, 5 159053 определяемое из условия вписываемости шарнирного отклонителя в ствол скважины, обеспечивается опора средней части направляющей штанги о верхнюю стенку последней и, следовательно, искривление скважины с постоянной ин 1 еЪсивностью, равной максимальной (по условию вписываемости) величине. А при режиме осевой нагрузки, соот" ветствующем расчетному значению интен. сивности, которое меньше минимального, определенного из условия вписываемости, средняя часть направляющей штанги опирается о нижнюю стенку сква. 15 жины, искривление последней происходит с постоянной интенсивностью, равной минимальной (по условию вписываемости).величине.П р и м:.е р. Геолого-технические 20 условия бурения характеризуются следующими параметрами: прочность разбуриваемых пород С= 0,5 кН/мм; угол падения пластов разбуриваемых пород Оо= 20 ; индекс анизотропии пород 25 Ь = О, 1; начальный зенитный угол скважины= 5; конечный зенитныйфугол скважины = 90 ; заданная интенсиво.ность искривления. скважины2 -- = 3 5 10 - начальная интенград . -3 1 3010 ммсивность искривления скважины хо = 0; диаметр долота 1) = 0,2169 м; диаметр скважины 1) = 0,218 и; диаметр турбобура 1) = 0,195 м; диаметр опорноцентрирующего элемента, устанавливаемого на направляющей штанге 1) ц = = 0,210 м; диамгтр направляющей штанги й = 0,178 м; диаметр центратора, устанавливаемого непосредственно над шар О нирной муфтой, при роторном бурении 1)ти = 0,214 м; отношение длины 1 направляющей штанги к расстоянию д от ниппеля турбобура до опорно-центрирующего элемента К = 0,7; площадь кон такта вооружения долота с забоем2скважиныБ, = 100 мм.; диаметр сферы пяты шарнирной муфты 1) ; = 0,065 м коэффициент трения н шарнирной муфте К = 0,15; вес направляющей штанги в 50 буровом растворе, отнгсенный к ее длине, (1 = 1,4 кН/м.(1)о в д(1 д) . д (д д) Минимальное значение интенсивностл искривления указанным типом отклонителя имеет место при опоре опорноцентрирующего элемента о нижнюю стен"ку скважины и определяется по формуле 1)-1)то н Д(1 Д) 1(1 Д)(2) Для шарнирного отклонителя без опорно-центрирующего элемента на направляющей штанге аналогичные формулы имеют видб-а + 2 о -о-а(4) 11 одставляя в формулы (1) и (2)1 = К 1., получают 21) с).ц)т 1) - 1) тС оВ УК (1 К) д а(1 К) о 1) -1),о н 1 К (1-К) 1,(1-К)Расчетное значение интенсивности искривления скважины шарнирным отклонитглем определяется по формуле 3(1)-1) )(7) 6 6Максимальное значение интенсивности искривления. шарнирным отклонителем с опорно-центрирующим элементом на направляющей штанге имеет место при опоре последнего о верхнюю стенку скважины и определяется по формуле11 араметры шарнирных отклонителей и значения интенсивности искривления скважин, определенные из условий впи-. сываемости их в ствол последней, находятся в функциональной взаимосвязи, определяемой следувщими зависимостями, р / )ось о(8) Первый вариант способа осуществля.ется для отклонителя с опорно-центрирующим элементом при выполнении ус- ловия(12) для отключения без опорно-центрирующего элемента на направляющей штангепри выполнении условия Р -Ртз.з(1-К) 7, (м),0(10)рир3 а для отклонителя брующего элемента наштанге и с центратоным над шарнирной муР - й) з опорно-ценнаправляющейом, установлфтой, имеют Для определения режима осевой нагрузки, обеспечивающего выполнение условий (12) и (13) при различных те" кущих значениях зенитного угла, необходимо определить значения параметрапо формулам (6) и .(4), в которые вместо1 Зп нн следует подставитьП не ож п б о йя оп- штан- -цент= 6,8 (м) осле сл ных рео раз ваниПосле подстановки в условие (8) формулы (6) получают выражение длзначений Е = Е,= 4,7 м,= ; - 5 , ределения длины Е, направляющей1 = 0 и других параметров, характери- ги, на которой установлен опорнозующих условия бурения и указанных, 35 рирующий элемент диаметром Р Ч =получают выражение для определения ре- = 0,214 мжима осевой нагрузки С , удовлетворяющего условию (8), т.е. обеспечиваю- т= . т 24 (Рц- Рт Р Рт1 К(1-К) 1 (1-К)щего прижатие средней части направляз( ) з(ющей штанги к верхней стенке скважины и искривление последней с заданной Для отклонителинтенсивностью х. Расчетом получено, щего элементачто при бурении начального интервала и с центратороотклонителем без опорно-центрирующего . нирной муфтой,элемента осевая нагрузка не должна 45 тпревьппать 510 кН, а для 1.=1. =6,8 мСР-й Ртц-й.С - 349 кН. Р = - т - + -- т=65 (мчГ" фПусть в данных условиях режим осе- звой нагрузки, обеспечивающий оппимальные технико-экономические показатели 50 Следует отметить, что отклонибурения, составляет 100 кН.всегда искривляет скважину в напПодставляя в условие (8) С =100 кН, ленни стенки, в которой прижатаняя часть его направляющей штанг-3 1 При реализации второго вариантаь = 4,7 м,= 1 = 3 5 в , опредео зм55соба прн использовании отклонителляют значение угла , при котором без опорно-центрирующего элементэ полняется. Расчеты пока-направляющей штанге производитсясимальный угол, кото- уменьшение зенитного угла скважить данным от постоянной интенсивностью,4) я без о орно-центрина направляющей штанм, установленным на из формулы (4) имеруюгешар ю ель по 10 н то условие вы зывают, что мак рый можно набра ны с клонителем 7 1590536 8 для отклонителя без опорно-центриру- с заданной интенсивностью искривления ющего элемента при выполнении условия при С - 100 кН равен 11ь )3. (9) Аналогичный расчет для отклонителя с Ь = 6,8 м показывает, что макДля определения режима . осевой на- симальный угол, который можно набрать грузки, обеспечивающего вьп 1 олнение им при осевой нагрузке 100 кН, искрив- условий (8) и (9) при различных те- ляя скважину при этом с интенсивностью кущих значениях зенитного угла, необ- , .з 1 ходимо определить значения, параметраэ = 3,510 -, равен 13,1 - авенвходящего в формулу (7). Этот па- Второй вариант способа осуществляраметр определяется из формул (3) и ется для отклонителя с опорно-центри" (5), в которые вместо3 ь и 1 п рующим элементом на направляющей штанследует подставить. После неслож- . ге при выполнении условия ных преобразований и подстановок дляотклонителя с опорно-центрирующим . (р- и нф элементом на направляющей штанге по- лучаютсияности искривления, которое не меньше максимальной в первом случае и небольше минимальной во втором случаевеличины интенсивности искривления скважины данным отклонителем, опреде-.ляемой иэ условия вписываемости вствол скважины направляющей штангипоследнего,9 159053Определение режима осевой нагрузки для различных значений угла у при использовании шарнирного отклонителя с опорно-центрирующим элементом на направляющей штанге, длина которой равна 2,4 м, производят из условия (12). Так при у = 13 и дп =-- 3,5-3 1к 10 -. В результате расчетов по фор"10 муле (12) с использованием выражения (7) получают область допустимых значе. ций режимов осевой нагрузки, при которой осуществляется набор зенитного угла с заданной интенсивностью, эта область определяется неравенством С110 кН. 11 роверочные расчеты для других текущих значений р показывают, что область допустимых нагрузок с увеличением угла ( расширяется и 20 при Ч" = 90 имеет С ( 1000 кН.Таким образом, данную скважину следует бурить при осевой нагрузке С " 100 кН во всем интервале набора зенитного угла, причем в интервале 25 от1= 5 до у= 13 необходимо использовать шарнирный отклонитель без опорно-центрирующего элемента на направляющей штанге и длине последней, равной 6,8 м, а в интервале набора зенитного угла от у = 13 до р= 90 ф применять шарнирный отклонитель с опорно-центрирующим элементом (ОЦ = 214 мм) на направляющей штанге, длина которой должна быть равна 2,4 м.Реализация способа позволяет ис -35 кривлять скважину в аниэотропных породах с постоянной интенсивностью при оптимальной нагрузке во всем интервале бурения.40Для уменьшения зенитного угла со величины например, от 90 до 20 приэ 1=.+3 5 10 - следует применить отклон ф мкитель без опорно-центрирующего эле 45 мента на направляющей штанге с длиной последней 6,5 м. Выполнение условия (13) в сочетании с укаэанной длиной направляющей штанги позволяет уменьшить зенитный угол с заданной интенЭ 1сивностью 3,5 10 - и при осевой наг- и 6 10рузке, которая определяется из выражения (13) с подстановкой в него формулы (7) и исходных параметров, характеризующих условия бурения. Расчетным путем по предлагаемой методике получено значение области допустимых осевых нагрузок (в диапазоне уменьше" ния углаС326 кН. Следовательно, уменьшение зенитного угла при испальзовании.предлагаемого способа можно производить с постоянной расчетной интенсивностью.Технические преимущества способа по сравнению с известным состоят в том, что он позволяет искривлять скважины с заданной постоянной интенсивностью при оптимальной по механической скорости осевой нагрузке во всем диапазоне бурения скважины. Кроме того, преимущества способа заключаются в повьппении точности проводки скважины, что позволяет получить существен- ный эффект при вскрытии маломощных продуктивных пластов залежей нефти и газа. Формула изобретения Способ искривления скважины шарнир- ным отклонителем, заключающийся в изменении защитного угла скважины, предварительно забуренной в заданном азимуте искривления о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения точности проводки скважины за счет искривления ее с постоянной интенсивностью, в процессе бурения направляющую штангу отклонителя поддерживают в положении, при котором она опирается своей средней частью о верхнюю или нижнюю стенку скважины путем установ ления режима осевой нагрузки, соответствующего расчетному значению интен