Материал: Григорян, Н. А. Бурение наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров

турбобуром T12Ml-65/g" длиною 4,8 и 4,3 ми кривым переводником с углом перекоса осей резьб 2° 30' и 2°.

Из рис. 11, а, б следует, что каждое последующее долото рабо­ тало при большем угле искривления скважины, а следовательно, при меньшей величине отклоняющей силы, чем предыдущее. Если бы снижение величины отклоняющей силы в результате роста угла искривления ствола значительно влияло на процесс искривления

а

д3?$ 55 §

о

Рис. II. Изменение прнращення угла искривления ствола за рейс и угла искривления скважины от глубины проходки:

а — скв. 378 на площади банка Дарвина; б — скв. 878 на той же площади; / — а0(Я); 2 — Даю(Я)

скважины, то приращение угла искривления ствола при работе каж­ дым последующим долотом должно быть меньше, чем предыду­ щим. Однако в действительности такое явление не наблюдается. Приращение угла искривления скважины на определенном участке каждого рейса имеет максимальное значение, к концу рейса оно сни­ жается, что свидетельствует об уменьшении боковой фрезерующей способности трехшарошечного долота. В процессе бурения очеред­ ным новым долотом, несмотря на то, что оно работало при большем угле искривления скважин, приращение угла искривления ствола в начале бурения этим долотом больше, чем в конце рейса преды­ дущего долота. Следовательно, на интенсивность искривления сква-

66

жимы в практических условиях преобладающее влияние оказывает состояние трехшарошечного долота.

В заключение необходимо отметить, что автор ограничился ана­ лизом лишь максимально достигнутых приращений угла искривле­ ния скважины при работе различными отклоняющими компонов­ ками. Хотя они не характеризуют общую картину процесса искрив­ ления скважины в случае бурения с отклонителем, а лишь свидетельствуют о предельно достигнутых результатах. Если учесть, что максимальные приращения угла искривления скважины достиг­ нуты при незначительных числах рейсов с отклонителем (среди большинства таких рейсов), то анализ даже этих предельно достиг­ нутых приращений угла искривления ствола (тем более и рейсов со средними значениями приращения искривления ствола, характери­ зующие данный процесс) свидетельствует о том, что при сущест­ вующей технике и технологии проходки скважин в подавляющем большинстве случаев полностью не используются возможности от­ клоняющих компоновок. Одной из основных причин такого поло­ жения является недостаточная и снижающаяся в процессе бурения с отклонителем боковая фрезерующая способность трехшарошеч­ ного долота.

Боковая фрезерующая способность буровых долот

Если достигнутые на практике проходки наклонных скважин приращения искривления ствола оказываются меньше теоретиче­ ски возможных его значений, то это является следствием неполного использования боковых фрезерующих способностей отклоняющих компоновок. Следовательно, резервы для интенсификации искрив­ ления ствола наклонных скважин в случае бурения с отклонителем следует изыскать в процессе фрезерования стенки скважины боко­ вой поверхностью трехшарошечного долота под действием откло­ няющей силы. Для решения данной задачи в первую очередь необ­ ходимо выяснить конструктивные особенности буровых долот и их боковую фрезерующую способность, каким требованиям они дол­ жны отвечать, чтобы можно было полностью использовать откло­ няющую способность низа бурильной колонны.

Влияние конструктивных особенностей долот на процесс искри­ вления ствола будет сказываться через способность их фрезеровать стенку скважины.

Для того чтобы в процессе бурения помимо разрушения забоя фрезеровались, искривлялись стенки ствола, необходимо соблюде­ ние следующих трех условий:

1) наличие на долоте отклоняющей силы достаточной величины;

2) отсутствие прогиба турбобура или чтобы величина прогиба его не превышала критического значения, при котором прекра­ щается отклоняющая способность низа бурильной колонны;

3) чтобы долото в процессе бурения обладало способностью бо­ кового фрезерования.

Если в процессе работы с отклонителем, хотя бы одно из этих трех условий будет нарушено, то углубление скважины будет про­ текать без фрезерования стенки ствола.

Рассмотрим боковую фрезерующую способность буровых долот.

Трехшарошечные долота

Боковая фрезерующая способность трехшарошечных долот бу­ дет характеризоваться углом X (рис. 12, а, б, в, г), наименьшим уг­ лом, образованным вертикалью п прямой, являющейся касательной к корпусу долота (точка .4) и проходящей через верхнюю калиб­ рующую точку шарошки

(точка С).

Хотя корпус трехшарошечиого долота состоит из нескольких участков, имею­ щих различные углы накло­ на к его оси, на процесс фре­ зерования стенки ствола по­ мимо завеса шарошек будет влиять первый участок от козырьков лап (участок А В ). Первый участок корпуса трехшарошечного долота от

козырьков лап может быть или параллельным к оси долот (см. рис. 12, а, в), либо иметь некоторый угол наклона к нему (см. рис. 12,6, г). Трехшарошечные долота, у которьпх корпус, на­ чиная от козырьков лап, не имеет наклона к оси долота, будет об­ ладать меньшей способностью фрезеровать стенку ствола, чем до­ лота, у которых указанный участок наклонен к его оси.

Согласно рис. 13

А + 5

(32)

*0 +

где ho — расстояние от верхней калибрующей точки шарошки до ко­ зырьков лап; hк — высота первого участка корпуса от козырьков лап; А — уменьшение радиуса корпуса долота на конце первого уча­ стка от козырьков лап; б — завес шарошек.

Д =0,5 (D K— D \)— hK{g~{>

где D1 — диаметр корпуса долота на конце первого участка; у — угол наклона первого участка корпуса от козырьков лап к оси до­ лота.

Ввиду малых значений угла X можно принять

68

Формула (33) характеризует боковую фрезерующую способность трехшарошечного долота до определенного значения величины за ­ веса шарошек б > бк (см. рис. 13, а), ниже которого указанная спо­ собность долота ограничивается козырьками лап. Условно назовем такое значение завеса шарошек бк критическим, величину которого определяют из выражения

Формулы (33) и (35) характеризуют боковую фрезерующую способность трехшарошечных долот. Из них следует, что способ-

Рис. 13. Снижение боковой фрезерующей способности трехшарошечного долота в за­ висимости от величины завеса шарошек:

а — 6> бк; б — б = бк; в — G<6K; г — 6=0

ность трехшарошечных долот фрезеровать стенку ствола зависит от: а) величины завеса шарошек; б) угла наклона к оси долота первого участка корпуса долота; в) высоты первого участка корпуса долота; г) расстояния от калибрующей точки шарошки до козырьков лап.

В зависимости от величины К на практике проходки скважин воз­ можны два варианта.

1. Х > 0; И. Х =0 .

В первом случае трехшарошечное долото будет обладать боко­ вой фрезерующей способностью и при наличии отклоняющей силы процесс бурения скважины будет сопровождаться фрезерованием стенки ствола. Во втором случае трехшарошечное долото не будет обладать боковой фрезерующей способностью. Поэтому независимо от величины отклоняющей силы на долоте процесс бурения будет происходить без фрезерования стенки ствола. В этом случае искрив­ ление ствола может происходить только в результате асимметрич­ ного разрушения забоя.

Трехшарошечные долота различного типоразмера, имея разные значения б, /г0, hK и у, будут иметь различные значения угла Л, а следовательно, и обладать различными способностями бокового фрезерования. В процессе бурения она будет снижаться исключи­ тельно вследствие уменьшения величины завеса шарошек б, так как

69

остальные параметры, характеризующие угол бокового фрезерова­ ния долота К остаются без изменения.

При бурении в результате потери калибрующего диаметра до­ лота в результате износа тыльной части периферийных зубьев и ро­ ста осевого и радиального люфтов шарошек завес последних будет уменьшаться, вследствие чего будет снижаться и боковая фрезе­ рующая способность трехшарошечных долот (рис. 14). Пунктирная часть кривых А(б) для 190-мм трехшарошечных долот характери­ зует случай применения этих долот с плюсовым допуском на диа­ метр. Абсцисса точек, отмеченных на каждой кривой зависимости А(б), характеризует величину критического значения завеса шаро-

Рис. 14. Изменение угла бокового фрезерования трехшарошечного долота в зависимости от величины за­ веса шарошек:

/ — долото Б-214МГ и Б-214СГ, 2 — долото Б-214С, 3 — долото 1В-190МСГ, 4 — долото 1В-190МГ

шек бк, ниже которых фрезерующая способность трехшарошечиого долота ограничивается козырьками лап.

Из рис. 14 следует, что величина угла бокового фрезерования А по мере уменьшения завеса шарошек б, снижается и характери­ зуется двумя участками. На первом участке снижения завеса шаро­ шек, пока 6 > 6 К, зависимость А(б) уменьшается со сравнительно меньшей интенсивностью, а па втором участке, когда б < б к, темп снижения указанной зависимости носит резкий характер.

Зависимость /.(б) показывает, что для сохранения высокой фре­ зерующей способности трехшарошечных долот в процессе бурения важное значение имеет предотвращение преждевременной потери калибрующего диаметра долота. Поэтому мероприятия, направлен­ ные на снижение потери калибрующего диаметра трехшарошечных долот являются и мероприятиями по повышению их боковой фрезе­ рующей способности.

В зависимости от величины завеса шарошек возможны следую­ щие варианты в процессе бурения.

I. О> 0|С; II. 8 = 8,с; III. 8 < 8 К; IV. 8 = 0 .

В первом случае боковая фрезерующая способность трехшаро­ шечного долота будет ограничиваться спинками лап, т. е. верхним концом первого участка корпуса долота от козырьков лап (см. рис. 12, в). Во втором случае боковая фрезерующая способность

70

трехшарошечных долот будет ограничиваться всей поверхностью первого участка корпуса долота (см. рис. 12, б). В третьем случае боковая фрезерующая способность трехшарошечных долот будет ограничиваться козырьками лап (см. рис. 12, а). В четвертом случае трехшарошечные долота не обладают боковой фрезерующей способ­ ностью, так как их калибрующий диаметр равен диаметру корпуса долота (см. рис. 12, а).

С уменьшением диаметра трехшарошечных долот угол бокового фрезерования снижается (табл. 9). Это обстоятельство является одним из основных причин затруднений, встречаемых при зарезке новых стволов и изменении параметров искривления скважин на больших глубинах долотами уменьшенных диаметров.

Одношарошечные долота

Одношарошечные долота предназначены для бурения твердых и крепких пород, залегающих на больших глубинах. Практика бу­ рения глубоких и сверхглубоких скважин с применением этих долот показала, что стойкость их по сравнению с трехшарошечными доло­ тами примерно в 4—5 раз выше- [58]. Это является результатом конструктивных преимуществ указанных долот. Скорость вращения шарошки вокруг своей оси у одношарошечных долот значительно меньше скорости вращения шарошки трехшарошечного долота. На­ личие только одной сферической шарошки позволяет существенно усилить опору долота путем увеличения геометрических размеров элементов тел качения (шариков) и цапфы, что имеет особенно боль­ шое значение для долот уменьшенных и малых диаметров. Приме­ нение твердосплавных зубьев с полусферической или призматической

71

рабочей поверхностью, которые вставляются в тело шарошки и крепятся путем пайки при помощи латуни, значительно увеличи­ вает стойкость вооружения одношарошечных долот. Одношарошеч­ ные долота обладают также повышенной боковой фрезерующей спо­ собностью, что подтверждается высокой эффективностью примене­ ния этих долот в процессе зарезки новых стволов в глубоких скважинах.

Угол бокового фрезерования для одношарошечного долота

(рис. 15).

Лопастные долота

Для лопастного долота РХ (рис. 16, а)

где D — диаметр долота; В — ширина лопатки; Н — длина лопатки; I— длина армированного направления.

Заметим, что лопастные долота РХ изготовляют больших разме­ ров, диаметром от 490 до 640 мм и они имеют ограниченное приме­ нение (в основном при бурении под направление или кондуктор).

* Корнеев К. Е., Палий П. А. Буровые долота. М., «Недра», 1965.

72