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

Подставив все величины в уравнение (66), получим

L sin ^аз -{- —^—j —Dc + гд + лт

реводника) турбобура, приращение угла искривления ствола и со­ отношение диаметров скважины н долота.

вого переводника.

Применение такого жесткого переводника с 65/s и 8" укорочен­ ными турбобурами, которые в корпусе имеют соответственно резьбы 3-147 и 3-189, при бурении наклонных скважин нормальных и уменьшенных диаметров на площадях Артем-море и банка Дар­ вина показало, что интенсивность искривления ствола при этом значительно увеличивается.

Для иллюстрации влияния жесткости переводника турбобура на величину отклоняющей силы на рис. 24 представлены зависимо­ сти изменения Р от от а 0 при бурении турбобуром T12Ml-65/s" с 214-мм долотом для трех случаев: 1) турбобур с обыкновенным

личения отклоняющей силы при усилении жесткости шейки турбо­ бура или в случае применения его без шейки тем выше, чем больше жесткость отклонителя и угол искривления ствола скважины. На­ пример, усиление жесткости шейки турбобура Т12М1-65/8"дожест-

92

кости 146-мм УБТ увеличивает Р 0т при использовании 140-мм кривой трубы на 12% в случае а 0 = 0° на 25% в случае а 0 = 20°, а при использовании 146-мм кривого переводника соответственно — на 38 и 77%. Применение же турбобура Т12М1-65/8" без перевод­ ника увеличивает Р 0т для тех же условий при 140-мм кривой трубе на 29 и 59%, а при 140-мм кривом переводнике — в 1,68 и 2,42 раза. Кроме того, в случае применения турбобуров без переводников их длина уменьшается на длину переводника, что приводит к умень­ шению радиуса вписываемости и прогиба турбобура в результате упругой деформации, а следовательно, и к увеличению возможного приращения угла искривления скважины.

Рис. 24. Зависимость отклоняющей силы от угла искривления скважины при различных жесткостях переводника (шейки):

а — 140-мм кривая труба с а3=4°, б — 146-мм кривой переводник с а3=2°

Применение турбобуров Т12М1-65/8" без шейки явилось одним из основных мероприятий, способствовавших успешной проходке с высокими технико-экономическими показателями наклонных скважин долотами диаметром 214 и 190 мм на морских площадях банка Дарвина и Артем-море.

Уменьшение отклоняющей силы на участке набора кривизны от приращения угла искривления Да равносильно снижению от­ клоняющей силы от уменьшения угла перекоса осей резьб отклони­

л а

теля на величину —— . И, наоборот, увеличение отклоняющей силы

на долоте на участке падения кривизны от приращения кривизны на Да равносильно повышению ее от увеличения указанного угла

кривленности ствола с приращением в 1° на 10 м проходки откло­ няющая сила увеличится на 33,3%'. На столько же эта сила умень­ шится, если отклоняющая компоновка будет находиться на участке набора кривизны с приращением угла искривления на ука­ занную величину.

93

Увеличение диаметра скважины по отношению к диаметру до­ лота приводит к снижению величины отклоняющей силы на долоте (рис. 26). Причем это снижение отклоняющей силы тем значитель­ нее, чем больше угол и приращение угла искривления ствола сква­ жины в интервале длины системы долото—турбобур. Так, например увеличение диаметра скважины по сравнению с диаметром 214-мм долота на 20% при бурении турбобуром Т12М1-65/8" и 146-мм кри­ вым переводником с а з = 2 ° снижает отклоняющую силу на 12% в вертикальном стволе и на 15% при угле искривления ствола сква­ жины 10°. Если же указанная отклоняющая компоновка находится в искривленном участке с приращением кривизны скважины в Г ,

то снижение отклоняющей силы от увеличения диаметра скважины на 20% по сравнению с диаметром долота составит 16% при а 0 = 0°

и25 % — при а 0 = 10°.

Врезультате снижения отклоняющей силы интенсивность фре­ зерования стенки скважины уменьшается в результате снижения удельной контактной нагрузки на стенку скважины. Вместе с тем увеличение диаметра скважины по сравнению с диаметром долота приводит к увеличению возможного приращения искривления ствола и искривления скважины вследствие асимметричного разру­ шения забоя. Поэтому уширение ствола скважины может привести как к уменьшению фактического приращения искривления сква­ жины, так и к его увеличению. Если при увеличении диаметра сква­ жины по сравнению с диаметром долота влияние уменьшения от­ клоняющей силы будет преобладать над влиянием увеличения искривления скважины в результате асимметричного разрушения забоя и повышения возможного приращения угла искривления скважины, то при этом фактическое приращение искривления сква­ жины будет уменьшаться. И, наоборот, оно будет увеличиваться, если при уширении влияние роста искривления скважины вследствие асимметричного разрушения забоя и возможного при­

94

ращения искривления будет преобладать над влиянием снижения отклоняющей силы на долоте.

Становится понятной причина, почему в процессе бурения с от­ клонителем ствол скважины искривляется с переменным прираще­ нием. Это вызывается тем, что при бурении с отклонителем помимо увеличения отрицательного влияния нормальной составляющей веса турбобура и долота [28] изменяется также величина откло­ няющей силы в результате изменения приращения угла искривле­ ния ствола и фактического диаметра скважины по сравнению с диа­ метром долота (которое в свою очередь изменяет процесс асиммет­ ричного разрушения забоя). Так же, как было показано выше, сни­ жается боковая фрезерующая способность долота.

Предельные значения отклоняющей силы и основных размеров отклоняющей компоновки

При проходке наклонных скважин, когда искривления ствола только вследствие асимметричного разрушения забоя торцом до­ лота недостаточно для достижения проектного отклонения, возни­ кает необходимость применения таких отклонителей, которые со­ здают на долоте отклоняющую силу и, тем самым, способствуют фрезерованию стенки ствола и более интенсивному искривлению скважины. Очевидно, что чем больше отклоняющая сила на долоте, тем при прочих равных условиях больше интенсивность разруше­ ния стенки и искривления скважины. Для достижения этого на практике стали увеличивать жесткость и угол искривления откло­ нителя и устанавливать над ним жесткие утяжеленные трубы. Та­ кие мероприятия при проходке наклонных скважин нормального диаметра с применением сравнительно жестких, 8, 9 и 10" турбо­ буров дали положительные результаты и способствовали увеличе­ нию приращения искривления скважины. Совершенно иная картина получилась, когда указанные мероприятия стали осуществлять при проходке наклонных скважин уменьшенных диаметров с примене­ нием относительно менее жестких турбобуров диаметром 7*/2 и 65/s". При этом не только не увеличилось приращение искривления сква­ жины, но даже в ряде случаев не были достигнуты увеличения угла искривления ствола и иногда имели место снижения угла ис­ кривления скважины, .хотя и отклонители устанавливались с целью увеличения угла искривления скважины. Такое положение может быть объяснено, тем что жесткость и угол перекоса осей резьб от­ клонителя не соответствовали жесткости и длине турбобура с доло­ том. При этом на долоте возникали чрезмерно большие отклоняю­ щие силы, которые привели к прогибу турбобура и качественному изменению процесса искривления скважины.

Таким образом, для успешной проходки наклонных скважин уменьшенных диаметров с применением менее жестких турбобуров выбор величины отклоняющей силы и основных размеров компо­ новки низа бурильной колонны является важным условием. Вели­ чина отклоняющей силы на долоте должна быть достаточной, чтобы

95

обеспечивалось более или менее интенсивное фрезерование стенки

Для упрощения задачи по определению критического значения отклоняющей силы жесткостью шейки турбобура пренебрегаем. При работе с турбобурами уменьшенных и малых диаметров такое упрощение не имеет существенного значения, поскольку на прак­ тике они применяются без переводника.

В этом случае выражение для определения стрелы прогиба от воздействия момента упругих сил, осевой нагрузки и нормаль­ ной составляющей собственного веса имеет вид [8 ]

Критическое значение прогиба турбобура, при котором прекра­ щается процесс искривления скважины, определяется из выраже­

Совместно решая уравнения (73) и (74) относительно Му, по­ лучаем

Выражение (75) представляет собой предельное значение мо­ мента упругих сил, при котором стрела прогиба турбобура дости­ гает критического значения и препятствует искривлению ствола скважины. Для того чтобы при работе с отклонителем было обес­ печено дальнейшее увеличение угла искривления ствола, величина момента упругих сил, возникающего в сечении изгиба отклонителя, не должна превышать величину Му, определенного по формуле (75). Из этой формулы вытекает ряд выводов.

1. Величина момента упругих сил в сечении изгиба отклони­ теля, при котором прогиб турбобура не превышает критического значения, имеет минимальное значение при забуривании наклон­ ного ствола (а о = 0 ); с увеличением угла искривления скважины она возрастает.

2. Величина предельного момента упругих сил может быть уве­ личена путем повышения жесткости турбобура, разности между диаметрами скважины и турбобура, и снижением осевой нагрузки на долото, и, что наиболее эффективно, уменьшением расстояния от долота до отклонителя.

96