одновременно будет касаться корпуса турбобура и корпуса долота.
В третьем случае боковая фрезерующая способность трехшаро шечного долота меньше, чем боковая фрезерующая способность си стемы долото—турбобур. При этом в результате потери калибрую щего диаметра трехшарошечного долота качественно изменяется процесс искривления скважины, так как в роли ограничивающего фактора выступает уже не корпус турбобура, а корпус долота. По этому интенсивность искривления ствола здесь будет значительно меньше и расчетная формула (17) уже не пригодна для определе ния ее величины. Значения завесов шарошек, при которых искрив ление ствола ограничивается спинками и козырьками лап долота,
|
|
|
|
|
Рис. 19. Изменение критической величины завеса |
||||
|
|
|
|
|
шарошек в зависимости от длины турбобура с до |
||||
|
2 |
4 |
3 |
8 |
|
|
лотом: |
|
|
|
/, |
2 — долото |
Б-211МГ; |
3 — долото |
1В-190МГ. |
||||
Длина турбобура с долотом Ц,м |
а —6|{ (LT); |
б —6К' (LT) |
|
||||||
определяют из совместного решения выражений |
(33) с (47) |
и (34) |
|||||||
с (47). Решив их и имея в виду, |
что D = DU+ 26, |
получим, что про |
|||||||
цесс искривления скважины ограничивается: |
|
|
|||||||
а) |
спинками лап при |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
5 < |
2,42 (А0 + /гк) (Рк - |
rfT) |
д |
(48) |
|
|
|
|
|
L r — 4,84 (Л0 + Ак) |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
б) |
козырьками лап при |
2,42/гр (Рк— dT) |
|
|
|||||
|
|
|
|
0 < 0 , |
|
(49) |
|||
|
|
|
|
|
Z-x — 4,84/zq |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
На рис. 19 представлены зависимости изменения критических значений завеса шарошек, при которых процесс искривления сква жины ограничивается спинками лап (пунктирная кривая) или ко зырьками лап (сплошная кривая), от длины турбобура Т12МЗ-65/8" с долотами Б-214МГ и ЗВ-190МГ.
Из рис. 19 следует, что при бурении серийно выпускаемыми 214 и 190-мм трехшарошечными долотами с одиосекционными турбобу рами по мере снижения завеса шарошек искривление скважины будет ограничиваться козырьками лап. В процессе же бурения тур бобурами меньших длин после некоторой потери калибрующего диаметра долота искривление скважины будет ограничиваться
82
спинками лап, а затем — их козырьками. Например, при бурении трехшарошечными долотами Б-214МГ и 1В-190МГ при DC= D, если длина турбобура T12Ml-65/s" больше соответственно 5,5 и 4,5 м при уменьшении завеса шарошек соответственно ниже, 0,32 и 0,20 мм искривление скважины будет ограничиваться козырьками лап. Если длина турбобура Т12М1-65/8" равна 4 м и DC= \,2D , то при завесе шарошек 6 ^ 1 ,5 2 мм интенсивность искривления скважины будет ограничиваться корпусом турбобура, при 6 = 1,52^0,60 мм — спинками, а при 6 <0,60 мм — козырьками лап.
Для определения интенсивности искривления скважины, огра ничиваемого корпусом трехшарошечного долота, согласно расчет
ной схеме рис. 20 имеем, что возмож |
|
|
||||||||
ное |
приращение |
угла |
искривления |
|
п |
|
||||
скважины в интервале LT |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Д а = 2 (Д а ,-|-Д а 2). |
|
(50) |
|
|
|
|||
|
Так |
как |
АЕХ.ОВ и |
ЛВ_1_ОМ, то |
|
|
|
|||
/_ВОМ = //В А Е = Аа2- |
Аналогично |
|
|
|
||||||
СЕА-ОВ |
и |
BCJuON, |
следовательно |
|
|
|
||||
Z B O N = Z B C F = Aa1. |
|
|
|
|
|
|
||||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
, . |
B F |
Л, |
’ |
|
|
|
|
||
|
tg^-i |
CF |
/ |
_ а |
|
|
|
|
||
|
|
tg Да2= |
B E |
hi |
|
|
|
|
|
|
|
|
А Е |
а |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ввиду малых значений углов АсС] и |
|
Рис. 20. Схема искривления сква- |
||||||||
\ |
|
. |
|
|
|
|
|
|
жнны, ограничиваемого |
корпусом |
А & 2 |
И м е е м |
|
|
|
|
|
|
трехшарошечного долота |
||
|
|
|
|
|
Да, |
|
|
180 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_ |
J |
|
|
|
|
|
|
|
Д а , = А Ж ; |
|
|
|||
|
|
|
|
Да= |
2 (-г-^-----|_ М |
Ж . |
(51) |
|||
|
|
|
|
|
\ |
L j — cl |
1 |
а ] |
те |
|
Согласно рис. 20
ii\— D c— 0,5 (D-\-dT) —|—Л2 ■
Для определения величины hi напишем уравнения кривления для участков а и (а — /г) соответственно со и (hi — е).
|
2Л2 |
|
R- |
(а - й)2 + (А,- с)2 |
|
2 (А2 - е) |
||
|
(52)
радиуса ис стрелами hi
(53)
(54)
6 * |
83 |
где h — расстояние от калибрующей точки шарошки до места со прикосновения корпуса долота со стенкой скважины в м; е — по ловина разности между диаметрами долота и корпуса на расстоя нии h от калибрующей точки шарошки в м.
Совместно решив эти два уравнения относительно hi, предвари тельно исключив из рассмотрения квадраты малых величин, полу чим
|
//•2 |
а-в |
|
|
(55) |
|
2аh — /г2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Если |
искривление скважины ограничивается спинками лап, то |
||||
е = 5 + Д |
и /г = /г0 + /гк; а если |
искривление |
скважины |
ограничи |
|
вается козырьками лап, то е = |
б и h= hQ. |
|
|
|
|
В выражениях для hi и hi |
величина |
а неизвестна, |
т. е. имеем |
||
два уравнения с тремя неизвестными (hi, |
lii, |
а). Для получения не |
|||
достающего третьего уравнения напишем выражение радиуса ис
кривления ствола для участка |
(LT — а) со стрелой h\ |
|
( Д - а ) 2+Л-7 |
(56) |
|
R |
2hx |
|
|
|
|
Совместно решив уравнение (53) и (56) относительно а, полу чим
а( V //! //2 — III).
Значения hi и hi из выражений (52) и (55) подставляют в это урав нение и, пренебрегая квадратами малых величин, окончательно по лучают, что для случаев ограничения искривления ствола спинками лап долота
„ |
(в + д) |
|
2Ц (В + Л) + |
(Л0 + Лк) (2Dc — D — clT) ' |
(Ь /^ |
Тогда расчетная формула для определения возможного прираще ния угла искривления скважины в интервале LT, когда оно ограни чивается корпусом долота, примет вид
^■т (3 ~Ь А) |
180 |
(58) |
Iiq -f- hK |
|
|
|
|
Расчетная формула для определения возможного приращения угла искривления ствола, ограничиваемого спинками лап долота, на 10 м проходки
А®ю— ■ |
10 |
[(2DC- £ > - < *,)- |
£T (3 + |
A) 1] 180 |
(59) |
|
|
|
^•0 + |
hK j |
|
Если же интенсивность искривления скважины ограничивается козырьками лап, то
L-fi I 180
(60)
84
Зд есь
а 2Z.T8 -)- Л0 (2DC— D — dx) ' |
^ |
В формулах (59) и (60) первый член в квадратных скобках ха рактеризует долю приращения искривления ствола в результате асимметричного разрушения забоя, а второй член— в результате фрезерования стенки скважины. Из этих выражений следует, что по мере снижения завеса шарошек интенсивность искривления ствола уменьшается. При 6 = 0 , когда долото не будет обладать, способностью фрезеровать стенку скважины, формула для опреде ления возможного приращения угла искривления ствола примет
|
Забое шарошек S, км |
|
|
|
|
5 |
|
||
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
Рис. 21. Изменение |
возможного |
приращения |
угла искривления |
скважины на |
|||||
|
10 м проходки в зависимости от величины завеса шарошек: |
||||||||
/ — долото Б-214СГ, |
LT=5t5 м; |
2 — долото |
1В-190МГ, |
L T~ 5,5 |
м; 3 — долото |
||||
Б-214СГ, |
LT = 8,5 |
м; |
4 — долото 1В-190МГ, LT= 8,5 м; |
5 — долото |
Б-214МГ, Dc = |
||||
= 1,2 D, |
Х-т = 4 м; |
6 — долото Б-2НМГ, |
DC = D, LT = 4 |
м; |
7 — долото 1В-190МГ, |
||||
|
|
|
DC = D, |
LT = 3 |
м |
|
|
|
|
вид формулы (9), характеризующей приращение искривления: ствола вследствие асимметричного разрушения забоя.
Формулы (59) и (60) характеризуют изменение возможногоприращения искривления скважины в диапазоне значений завеса шарошек 6 = 6К — 0, когда интенсивность искривления скважины перестает ограничиваться корпусом турбобура до полной потери боковой фрезерующей способности трехшарошечных долот. Таким образом, если завес шарошек 6^3=6^ или 6 ^ 6 К, то для определе
ния возможного приращения угла искривления скважины следует-
пользоваться расчетной |
формулой (17). Если |
6К^ 6 ^ 6 ' — рас |
|
четной формулой |
(59), |
а при 6 < 6К — расчетной формулой (60). |
|
На рис. 21, а, |
б представлены зависимости |
изменения возмож |
|
ного приращения утла искривления скважины от величины завеса шарошек при бурении соответственно 214 и 190-мм трехшарошеч ными долотами с турбобуром Т12М1-65/з" длиною 8,5; 5,5; 4 и 3 м..
85-
Первый участок зависимости Даю (б) до завеса |
шарошек 6s> |
^ бк характеризует процесс изменения возможного |
приращения |
искривления скважины, когда оно ограничивается корпусом турбо бура; второй участок от 6' до бк, когда оно ограничивается спин
ками лап долота, и третий участок б < б к, когда искривление сква жины ограничивается козырьками лап долота. При 6 = 0 ствол ис кривляется только вследствие асимметричного разрушения забоя, приращение которого определяется точкой пересечения зависимо сти Даю (б) с осью ординат. Пунктирный участок зависимости Даю (б) характеризует случаи бурения отмеченными трехшарошеч ными долотами с плюсовым допуском на диаметр.
Из рис. 21 следует, что в диапазоне значений завеса шаро шек, когда процесс искривления скважины ограничивается корпу сом турбобура, снижение Даю от потери калибрующего диаметра долота происходит с малой интенсивностью. Когда процесс искрив ления скважины ограничивается спинками лап, темп снижения Даю возрастает; а когда — козырьками лап, то темп снижения Даю носит резкий характер.
Эти графики наглядно показывают, какова роль завеса шаро шек и предупреждения преждевременной потери калибрующего диаметра долота. На зависимостях Даю (б) точка А соответствует долотам с минусовым допуском на диаметр; точка В — с нормаль ным диаметром долота и точка С — с плюсовым допуском на диа метр долота. Следовательно, трехшарошечные долота с плюсовым допуском на диаметр значительно более продолжительное время ■ будут работать в состоянии, когда отклоняющая способность ком поновки используется полностью, т. е. искривление ствола ограни чивается корпусом турбобура.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ отклоняющих компоновок
ДЛЯ БУРЕНИЯ НАКЛОННЫХ СКВАЖИН УМЕНЬШЕННЫХ И МАЛЫХ ДИАМЕТРОВ
Для рационального проектирования отклоняющих компоновок при бурении наклонных скважин в первую очередь необходимо ус тановить взаимосвязь между отклоняющей силой на долоте и ос новными размерами элементов отклоняющей компоновки, как ука занная сила влияет на энергетические характеристики забойного двигателя, процесс бурения забоя и фрезерования стенки ствола. Затем выявить требования, исходя из которых должны быть вы браны размеры отклоняющих компоновок. Эти требования вытекают нз: а) характера влияния отклоняющей силы на энергетические по казатели турбобура; б) условия, при которых упругая деформация забойного двигателя достигает критического значения и отклоняю щая компоновка теряет способность искривлять скважину в задан ном направлении; в) условия полного использования способностей: отклоняющих компоновок, когда искривление скважины ограничи вается корпусом забойного двигателя и долота; г) условия получе ния максимальных скоростей бурения и т. д.
Отклоняющая сила на долоте при бурении с отклонителем
В процессе бурения с отклонителем, вследствие того что низ ко |
|
лонны в скважине находится в напряженном состоянии, на долоте- |
|
возникает отклоняющая сила. При прочих равных условиях интен |
|
сивность набора кривизны скважины тем выше, чем больше вели |
|
чина отклоняющей силы на долоте. Знание факторов, оказывающих |
|
влияние на величину отклоняющей силы, имеет |
важное значение- |
в деле регулирования искривления ствола, проектирования откло |
|
няющих компоновок и характеристики турбобура, |
успешного запу |
ска последнего в наклонных скважинах и т. д.
Выражение для определения отклоняющей силы, предложенное-
М. П. Гулизаде [28], имеет вид |
|
|
|
р |
PL Qt^utsin (gp + |
<*i) |
(gpy |
где P — упругая сила |
(отклоняющая сила в вертикальном стволе) |
||
в кгс; L — расстояние |
от долота до сечения изгиба |
отклонителя, |
|
в см; QT — вес турбобура и долота с учетом потери веса в растворе, |
|||
в кгс; /цт — расстояние от центра тяжести |
турбобура |
до сечения |
|
изгиба отклонителя в см; схо — угол искривления ствола скважины в градусах; а ( — угол между осями скважины и турбобура в гра дусах.
8Т