Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ состояния вопроса новых стволов на больших глубинах. Постановка задач исследования 8
2. Разработка методики выбора типоразмеров отклоняющих компоновок низа бурильной колоны для зарезки новых стволов на больших глубинах 23
2.1. Основные типы отклоняющих КНБК, используемых при зарезках новых стволов на больших глубинах 23
2.2. Выбор типоразмеров отклоняющей КНБК для зарезки новых стволов на больших глубинах 53
2.3. Критерий выбора параметров отклоняющих КНБК для зарезки новых стволов на больших глубинах 56
3. Разработка методики расчета осевой нагрузки на долото в процессе зарезки нового ствола 61
3.1. Постановка задачи исследования 61
3.2. Влияние прочностных свойств цементного камня на искривление нового ствола в процессе зарезки 68
3.3. Влияние отклоняющей силы, коэффициента фрезе рующей способности долота и прочностных пока зателей цементного камня на изменение осевой нагрузки в процессе зарезки 74
4. Исследование причин возвратов нового ствола в старый при бурении после зарезки и разработка рекомендаций по выбору параметров компоновок низа бурильной колонш, предупрездакіцих эти осложнения 86
5. Разработка спещшгьных кнбк для зарезки новых стволов в наклонных скважинах 98
5.1. Критерий выбора параметров неориентируемых КНБК 98
5.2. Разработка специальных КНБК с повышенной отклоняющей способностью 102
5.3. Разработка технологии зарезки новых стволов неориентируемыми КНБК в сверхглубоких скважинах 115
Основные вывода и рекомендации 123
Литература 125
Приложения 134
- Выбор типоразмеров отклоняющей КНБК для зарезки новых стволов на больших глубинах
- Влияние прочностных свойств цементного камня на искривление нового ствола в процессе зарезки
- Влияние отклоняющей силы, коэффициента фрезе рующей способности долота и прочностных пока зателей цементного камня на изменение осевой нагрузки в процессе зарезки
- Разработка специальных КНБК с повышенной отклоняющей способностью
Введение к работе
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" указано на необходимость дальнейшего улучшения технико-экономических показателей буровых работ за счет ускоренного технического перевооружения, дальнейшего совершенствования технологии и организации их". Решение этой задачи связано, в первую очередь, с ликвидацией аварий и осложнений, возникающих в процессе бурения глубоких скважин и доведения их до проектной глубины. В рамках этой проблемы особое место занимает сокращение материальных затрат путем совершенствования техники и технологии зарезки и бурения нового ствола.
Актуальность проблемы.
Одним из основных путей ликвидации тяжелых аварий и осложнений и доведения скважин до проектной глубины является зарезка и бурение нового ствола. К этой операции обычно прибегают в тех случаях, когда ловильные или исправительные работы не приносят успеха.
В настоящее время, ввиду отсутствия единого научно обоснованного подхода, вопросы выбора типоразмеров компоновок низа бурильной колонны (КНБК) и параметров режима зарезки на практике решаются на базе имеющегося опыта. Такой подход позволяет успешно осуществлять зарезку нового ствола на малых глубинах.
С увеличением глубин скважин происходит изменение условий, влияющих на процесс формирования нового ствола при за-резке. С одной стороны - растет твердость горных пород, а с другой - снижается прочность цементного камня и уменьшаются геометрические характеристики (следовательно, отклоняющая сила на долоте) и жесткость забойных двигателей. Такое положение зачастую приводит к тому, что новый ствол в процессе долбления отклоняющей компоновкой не формируется и долото, разбуривая цементный камень, движется по старому стволу. Б результате возникает необходимость повторения всей операции зарезки, включая установку цементного моста, что приводит к дополнительным материальным затратам. С увеличением глубин количество затрат возрастает.
В этой связи проблема разработки технологии зарезки на больших глубинах представляется актуальной и имеет большое практическое значение.
Цель работы. Повышение эффективности зарезки новых стволов на больших глубинах путем разработки технологических мероприятий и совершенствованием технических средств.
Основные задачи работы
Разработка теоретических основ выбора типоразмеров отклоняющих КББК для зарезки новых стволов на больших глубинах.
Разработка методики расчета значений режимных параметров при зарезке нового ствола с цементного моста.
Исследование причин возвратов нового ствола в старый в процессе его бурения после зарезки и разработка рекомендаций по выбору параметров неориентируемых КББК, предупреждающих эти осложнения.
Внедрение результатов исследований в промышленности и оценка экономической эффективности их использования.
Научная новизна
Для выбора параметров отклоняющих КББК, используемых при зарезках новых стволов на больших глубинах, предложен метод, основаншй на уменьшении удельной нагрузки на цементный камень со стороны контактирующих с ним элементов компоновки.
Впервые разработана методика расчета значений осевой нагрузки на долото в интервале зарезки нового ствола с цементного моста. Предложен метод оценки влияния соотношения прочностных свойств горных пород и цементного камня на процесс искривления нового ствола.
Выявлено влияние соотношения геометрических параметров нового ствола, сформированного отклоняющей компоновкой при зарезке и неориентируемой КНБК, используемой на следующем долблении на возможность возврата нового ствола в старый.
Практическая ценность
Разработанная классификация позволяет выбирать типоразмер отклоняющей КНБК в зависимости от конкретных условий в скважине: диаметра ствола, глубины зарезки, характера пород в интервале зарезки.
Разработанная методика позволяет рассчитывать значения осевой нагрузки в интервале зарезки нового ствола в зависимости от геометрических и силовых характеристик применяемой отклоняющей КНБК, типа долота и соотношения прочностных свойств горных пород и цементного камня.
Разработаны рекомендации по выбору параметров неориен-тируемых КНБК, предупреждающих возвраты нового ствола в старый при бурении его после зарезки.
Для зарезки новых стволов в наклонных скважинах в условиях ограниченного интервала и высокой твердости горных по - 7 род разработаны специальные забойные когшоновки, обеспечивающие повышенную интенсивность уменьшения зенитного угла.
Основные результаты работы получены в рамках проводимых исследований по заданию JS 02.12,04 "Разработка системы управления проводкой наклонно-направленной скважины на морских месторождениях" целевой комплексной научно-технической программы 0.Ц.007 ГКНТ и Госплана СССР, JB гос.регистрации 0182.9056995 и по проблеме "Разработка техники и технологии бурения наклонных скважин глубиной 4000-7000 м с большими отклонениями забоя от вертикали (2000-4000 м)", її гос.регистрации 0І8ІІ005677, координируемой Минвузом Азерб.ССР.
Реализация работы. Основные результаты проведенных исследований внедрены на буровых предприятиях всесоюзного производственного объединения "Каспморнефтегазпром" и производственного объединения "Союзбургаз".
Рекомендованные забойные компоновки для зарезки и бурения нового ствола и рассчитанный режим изменения осевой нагрузки для этих КНБК были успешно использованы при зарезках новых стволов в МУБР "Бухта Ильича", Калмасской экспедиции глубокого бурения.
Экономический эффект от внедрения указанных мероприятий составил 76,8 тыс.рублей.
Апробация работы. Основные разделы диссертации докладывались на П и ІУ Республиканских конференциях аспирантов вузов Азербайджана, Республиканской научно-технической конференции по вопросу: "Итоги и направления научно-исследовательских работ в области бурения глубоких скважин", проведенной совместно АН Азерб.ССР, ПО "Азнефть", БП0 "Каспморнефтегазпром" и Аз-НЙПИнефть.
Выбор типоразмеров отклоняющей КНБК для зарезки новых стволов на больших глубинах
Рассмотрим, теперь, какие забойные факторы и как определяют типоразмер КНБК для зарезки с цементного моста. На основе исследования промысловых и литературных данных /33,34,48, 56,62/ были выделены основные из них: диаметр скважин, глубина интервала зарезки, характер пород на интервале зарезки, ка-вернозность ствола (отношение фактического диаметра ствола скважины к диаметру долота), прочность цементного камня.Рассмотрим каждый фактор в отдельности.
Диаметр скважины является фактором, определяющим диаметр забойного двигателя. Разница диаметров скважины (долота) и двигателя определяет угол несоосности направляющего участка. Чем больше значения угла несоосности, тем больше интенсив - -ность искривления нового ствола данной КНБК. Это положение подтверждается опытом зарезки новых стволов в скважинах диаметра 190,5 мм, где наибольший эффект получен от применения двигателей диаметра 164 мм. Использование же двигателей диаметра 172 мм в ряде случаев привело к неудачному исходу операции.
Увеличение диаметра скважины, а вместе с ним и диаметра долота, приводит к увеличению требуемого вращающего момента на валу двигателя. В этом случае возникает необходимость в увеличении мощности двигателя за счет установки дополнительной секции, увеличения расхода бурового раствора или применения двигателей большего диаметра.
Глубина интервала зарезки определяет тип отклоняющей КНБК и количество секций турбобура.
Характер пород на интервале зарезки определяет тип; долота и необходимую для эффективного фрезерования стенки скважины отклоняющую силу на долоте. С увеличением прочностных показателей горных пород отклоняющая сила на долоте должна увеличиваться. Это достигается путем увеличения углов изгиба кривого переводника или МИ, толщины и жесткости упругой накладки, длины и жесткости УБТ и т.д. Однако, вместе с этим, двигатель должен обладать достаточно высоким вращающим моментом на валу, способным обеспечить нормальную работу при больших отклоняющий усилиях. Увеличение вращающего момента на валу двигателя достигается установкой дополнительных секций и увеличением расхода бурового раствора.
Кавернозность ствола в интервале зарезки (отношение фактического диаметра ствола скважины к диаметру долота) влияет - -как на отклоняющую силу на долоте, так и угол несоосности направляющего участка КНБК. С увеличением фактического диаметра ствола отклоняющая сила на долоте падает, а угол несоосности несколько увеличивается. Такое перераспределение отрицательно влияет на процесс фрезерования стенки скважины боковой поверхностью долота, а следовательно, на формирование нового ствола в начальной стадии зарезки. В практических условиях увеличение фактического диаметра ствола скважины компенсируется увеличением углов изгибов КП, МИ и толщины упругой накладки.
Прочность цементного камня на сжатие определяет величину внедрения в него опор контактирующих с ним элементов компоновки, а следовательно, влияет на величину отклоняющей силы на долоте. Очевидно, с уменьшением прочности камня отклоняющая сила падает. Увеличение углов изгибов КП, МИ и толщины упругой накладки в этом случае нецелесообразно, так как при этом увеличиваются нагрузки на цементный камень.
Кроме рассмотренных факторов большое значение при работе отклоняющими КНБК имеют энергетические характеристики самого двигателя (моментная характеристика, срок службы и т.д.), накладывающие ограничения на отклоняющую силу (параметры искривления КНБК) и интервал зарезки. Последнее ограничение заключается в том, что межремонтный период работы двигателя должен соответствовать продолжительности бурения интервала зарезки нового ствола во избежание повторного спуска отклони-теля.
В настоящее время при выборе параметров отклоняющих КНБК для зарезки новых стволов на больших глубинах на практике руководствуются принципом получения максимальной отклоняющей силы на долоте с целью эффективного фрезерования стенки скважины и увеличения интенсивности искривления нового ствола (максимум, при котором возможен запуск и нормальная работа двигателя). Однако, изучение опыта ряда неудачных попыток зарезки новых стволов в глубоких скважинах (скв. 7 и 8 - Ш-ная, 416 - Песчаный-море, 75 - Бахар и щ .) показало, что такой подход применим не во всех случаях, так как не учитывает характерных особенностей процесса формирования нового ствола данным типом КНБК.
Рассмотрим общий случай движения отклоняющей КНБК при зарезке с цементного моста. В формировании нового ствола основную роль играет направляющий участок, нижним концом которого является долото, а верхним - первая после долота точка касания компоновкой стенки скважины (чаще всего это - кривой переводник, МИ, УН и др.). В начальный момент зарезки, когда долото начинает фрезеровать стенку скважины, верхний конец направляющего участка упирается в противоположную стенку, сложенную породой. По мере формирования нового ствола и продвижения в него направляющего участка, верхний конец последнего входит в новый ствол, частично сложенный цементным камнем.
Теперь опорой верхнего конца является цементный камень, прочность которого обычно ниже прочности породы, а сцепление его с породой, при наличии глинистой корки очень слабое. - Если учесть, что нагрузки на верхнем конце направляющего участка (вторая опора) могут достигать значительных величин (табл. 2,1), а площадь соприкосновения второй опоры с цементной стенкой мала, то, очевидно, в определенных условиях, последняя может разрушиться. В этом случае происходит резкий спад отклоняющей силы на долоте, что отрицательно влияет на дальнейшее формирование нового ствола.
При использовании компоновок первого типа, направляющий участок которых составляет 7-Ю м, до входа кривого переводника в новый ствол долото успевает сформировать в стенке скважины "уступ" достаточной величины и разрушение цементной стенки не сказывает большого влияния на дальнейшее бурение нового ствола. Иная картина имеет место при работе компоновок П, Ш и ІУ типов с короткими направляющими участками длиной 2,5-3,5 м. На этом интервале долото не успевает сформировать "уступ" и вход верхнего конца направляющего участка в новый ствол, а вместе с этим и разрушение цементной стенки может привести к неудачному исходу операции зарезки.
Резюмируя сказанное, отметим: сохранение в целости цементной стенки составной части нового ствола - является необходимым условием при зарезках компоновками с короткими направляющими участками - основными типами КНБК, которые используются на больших глубинах. Соблюдение этого условия связано с выполнением требования: минимум нагрузки на цементный камень со стороны верхнего конца направляющего участка при достаточной для эффективного фрезерования стенки скважины отклоняющей силе на долоте. В рамках этого требования оценим компоновки с механизмом искривления и упругой накладкой.
Влияние прочностных свойств цементного камня на искривление нового ствола в процессе зарезки
Одним из основных факторов, оказывающих влияние на процесс искривления нового ствола при зарезке с цементного моста является соотношение прочностных свойств цементного камня и породы.
Для количественной оценки влияния этого фактора рассмотрим положение долота в новом стволе, показанное на рис.3.3. Под действием отклоняющей силы fiT и осевой нагрузки G долото фрезерует стенку скважины со скоростью " и разрушает забой со скоростью . При бурении в изотропной среде от-ношение -j j являющееся одним из компонентов, определяю-щих искривление ствола, можно представить в виде:где / - коэффициент фрезерующей способности долота.
В случае же зарезки с цементного моста скорость разрушения забоя Vot является результирующей скоростей разрушения породы и цементного камня и зависит от площадей контакта рабочей поверхности долота с последними:- 69 Схема расположения, долота в, новом отвале- 70 -где ХГП , IX , Sn , Sq - скорости разрушения породы, цементного камня и площади контакта рабочей поверхности долота с ними; St - площадь забоя. Из рис. 3.3 имеем:где К. - радиус долота; (р - угол, изменяющийся в процессе зарезки от 180 до 0.
Введем обозначение: 1 = / (3.18)Здесь /С - коэффициент, показывающий по сколько раз скорость разрушения цементного камня больше скорости разрушения породы. Учитывая тот факт, что скорость разрушения горных пород обратно пропорциональна энергоемкости их разрушения - Ау /57/, можно принять:Av f Av - энергоемкости разрушения породы и цементного камня.
Величина А у зависит от механических характеристик пород, типа долота, характера разрушения и степени очистки забоя. С достаточной для практических расчетов точностью ееможно определить по прочностным характеристикам керновоголп материала. В этом случае связь Лу с удельной объемной рабО-той разрушения при вдавливании штампа - Д0 выразится зависимостью /і/:-где CLt - коэффициент, учитывающий влияние забойных факторов на энергоемкость разрушения пород.
По данным, приведенным в этой же работе, (Xf изменяется в достаточно широких пределах. Так, например, при бурении трехшарошечными долотами в условиях стенда (мрамор: Рш = 1150 МИА; К-пл = 3.2; А0- 3,4 I09 Дж/м3) интервал изменения Я« составил 2,6...2,7 - в области объемного разрушения 2,1...8,8 в области усталостно-объемного разрушения и 2,1...11,8 в области поверхностного разрушения.
Однако, необходимо отметить, что диапазон изменения для конкретного типа долота и характера разрушения заметно сужается.
С целью определения энергоемкости разрушения цементного камня в условиях скважины были обработаны результаты бурения шарошечными долотами цементных мостов винтовыми забойными двигателями Д-І27, Д-85, ДІ-54 на площадях объединений "Азнефть" и "Каспморнефтегазпром". Так, в области объемного разрушения значения А у изменялись в среднем от 2,6 до 4,3 Ю9 Дж/м3, а в области поверхностно-объемного разрушения - от 2,6 до 9,2 I09 Дж/м3.
Для выяснения количественной связи между Av и удельной объемной работой разрушения при вдавливании штампа - Л0 были проведены испытания цементных образцов на установке УМГП-3. Тампонажний состав при изготовлении образцов выбирался по рецептурам, применявшимся при установке указанных выше мостов. Обработка результатов показала, что величина щ (аналогичная di ) колеблется в пределах 1,1...1,6 для объемного и 1,1...3,2 для усталостно-объемного характера разрушения.
Отметим, также, что знание границ изменения энергоемкости в пределах характера разрушения необходимо, так как осевая нагрузка, определяющая этот фактор в процессе зарезки увеличивается от нуля (начальный момент) до некоторого максимального значения (конечный момент).
Имея данные по энергоемкости разрушения цементного камня и горных пород в интервале зарезки, можно количественно оценить коэффициент 1С # Вводя его, далее, в формулу (3.15), а также с учетом выражений (3.16) и (3.17), после несложных преобразований, имеем:
Таким образом, как видно из равенства (3.21), осевая скорость в процессе зарезки изменяется от некоторого начального значения (скорость разрушения цементного камня) Тґп-К, ( f - 180) до скорости разрушения порода ХГП ( = 0).учитывающий соотношение прочностных свойств породы и цементного камня на искривление нового ствола. Чтобы представить его в виде функции С(х) необходимо угол (f связать с глубиной X . Из рис.3.4 имеем:Схема расположения забоев (нового и, старого) при зарезке нового ствола
Влияние отклоняющей силы, коэффициента фрезе рующей способности долота и прочностных пока зателей цементного камня на изменение осевой нагрузки в процессе зарезки
В предыдущем параграфе была найдена зависимость, показывающая изменение множителя С(х) на интервале зарезки.Рассмотрим,теперь, как изменяется отклоняющая сила и угол между осью долота и осью X . Для исследования указанных зависимостей были произведены расчеты по методике /..23/.Анализ результатов расчетов показал, что наиболее интенсивно отклоняющая сила падает на длине, равной длине направляющего участка (долото - кривой переводник), причем, с увеличением начального угла зарезки оС0 темп спада также увеличивается. При полном переходе направляющего участка в новый ствол отклоняющая сила на долоте практически стабилизируется.
Однако проверочные расчеты показали, что практически не уменьшая точности конечных результатов (зависимостей осевой нагрузки на интервале зарезки) изменение отклоняющей силы на интервале зарезки можно считать линейным, что и было взято за основу в последующих расчетах.
Определив характер изменения функций hM typx) и С(х) на интервале зарезки можно найти зависимость осевой нагрузки на долото на длине интервала зарезки Ц , необходимой для того, чтобы искривление нового ствола совпадало с заданной кривой. Для этого нужно в правую часть уравнения (3.13) подставить значение J/ и вычислить с шагом АУ-L зависимость G( )B ЇХ точках интервала 1 [о; х.к \ .
В качестве примера приведем расчеты, выполненные для КНБК: долото диаметром 244,5 мм, ТІ2МЗ-І95, кривой переводник, УБТ диаметром 178 мм, при зенитном угле ствола равном 5. Вычисленные по зависимостям (3.1)...(3.3) максимальный начальный угол зарезки для этой КНБК равен 0,9, а минимальная длина интервала зарезки ц 10 м.
На рис. 3.5 представлены зависимости осевой нагрузки на интервале зарезки, построенные для различных значений началь -ного угла зарезки оС0 . Угол изгиба кривого переводника указанной компоновки принят равным оСкл = 3.
Как видно из рис.3,5 кривые I и 2, рассчитанные для / s ю м отличаются по характеру от кривых 3 и 4. Спад значений G для кривых I и 2 объясняется высокой интенсивностью искривления нового ствола, необходимой для осуществления зарезки на интервале L IOM,
Б практических условиях поддержание таких нагрузок не представляется возможным. Это означает, что компоновкой долото диаметром 244,5 мм, ТГ2МЗ-І95, КП ( ОСт- 3), УБТ диаметром 178 мм зарезка нового ствола в интервале 10 м технически неосуществима.
Увеличение интервала зарезки до 12 м вносит заметные изменения в характер зависимостей (кривые 3 и 4). Значения осевой нагрузки на долото на интервале X - 0...6 м практически постоянны, затем наблюдается постепенное увеличение ( X = 6... 10 м) с переходом в интенсивный рост в конце интервала. Заметим, что в начальной точке зарезки ( X = 0) осевые нагрузки на долото для кривой 3 ( оС0 = 0,9) выше, чем для кривой 4 ( ОСо = 0,8). Затем, в точке Х=4м кривые пересекаются. Это объясняется тем, что на первых метрах интервала зарезки формирование нового ствола происходит за счет фрезерования стенки скважины боковой поверхностью долота (влияние угла f , определяющего процесс асимметричного разрушения забоя и фактора С(х) очень незначительно). Поскольку скорость фрезерования зависит от отклоняющей силы на долоте то, очевидно, зависимость G(x) в начале интервала будет определяться характером изменения отклоняющей силы и величиной, на которую долото должно внедриться в породу (или расстоянием между стволами Ц=О.У.г+$х. ). Эта величина для параболы с СХ.0 = 0,9 больше, чем для параболы с оС0 - 0,8, вследствие чего осевые нагрузки, реализующие первую, (кривая 3) ниже осевых нагрузок, реализующих вторую (кривая 4).
По мере углубления долота и увеличения расстояния между стволами увеличивается площадь контакта первого с породой. Отклоняющая сила падает, но возрастают значения угла 6 и фактора С(х). Формирование нового ствола теперь происходит как за счет фрезерования стенки скважины, так и за счет асимметричного разрушения забоя. Количественное влияние каждого из них процессов на искривление нового ствола в этом случае зависит от характера реализуемой кривой, то есть от начального угла зарезки.
Это видно из рис.3.5 (интервал X =4...8м), где для кривой 3 отмечается преобладание фактора гоТ(х) над фактором(х) t а для кривой 4 - наоборот.
Дальнейшее увеличение площади контакта долота с породой и уменьшение отклоняющей силы приводит к тому, что искривление нового ствола происходит, в основном, за счет асимметричного разрушения забоя (интервал X - 8...12 м). Характер изменения осевой нагрузки на этом интервале для кривых с различными начальными углами зарезки примерно одинаков.
Резюмируя изложенное, отметим следующее: интервал зарезки, технически осуществимый данной компоновкой превышает расчетный.
Увеличение интервала зарезки приводит к увеличению значений осевой нагрузки на долото. Это в значительной степени облегчает практическую реализацию задачи.
Характер функции G (X) зависит от типа реализуемой кривой - то есть от начального угла параболы (Хо С уменьшением начального угла осевая нагрузка в начале интервала (X =0) увеличивается, а в конце ( X i ) - уменьшается.
Влияние угла изгиба кривого переводника, определяющего отклоняющую силу на долоте, на изменение осевой нагрузки показано на рис.3.6 и 3.7.
На рис. 3.6 представлены две зависимости: для оСКп- 3 и оСм=: 2,5 (интервал зарезки t - 12 м). Как видно из графиков, с уменьшением угла изгиба кривого переводника значения осевой нагрузки на всем интервале уменьшаются. Кроме этого, обращает на себя внимание характер кривой 2 на интервале X - 4...12 м. На этом интервале формирование нового ствола происходит при совместном влиянии процессов фрезерования и асимметричного разрушения. Для компоновки с ОСкп- 2,5 ввиду относительно низких значений отклоняющей силы на долоте, влияние процесса фрезерования незначительно. Это определяет значения G(x) на рассматриваемом интервале - осевые нагрузки имеют примерно постоянные значения (кривая 2).
Расчеты проведенные для КНБК с Хкп= 2 показали, что кривая переходит в область отрицательных значений G(x) , то есть зарезка технически неосуществима.Зависимость Gi(x) для компоновок с (Хт- 2,0; 2,5 и 3,0 на интервале ts = 14 м показаны на рис.3.7. Как и в предыдущем случае, характер кривых на интервале X = 0«««6 м примерно одинаков. Затем, ввиду разницы в значениях отклоняющей силы на интервале X = 6... 14 м кривые расходятся.
Разработка специальных КНБК с повышенной отклоняющей способностью
Б практике бурения встречаются ситуации, когда высокая твердость горных пород или ограниченность участка открытого ствола не позволяют осуществить зарезку нового ствола обычными неориентируемыми компоновками. Для этих случаев разработаны специальные КНБК, обеспечивающие более высокую, по сравнению с обычными КНБК, интенсивность снижения зенитного утла.КББК с долотом уменьшенного диаметра.
Схематически такая компоновка показана на рис.5.3, от Здесь: ЕУп fa , С1 - жесткость, нормальная составляющая веса: I погонного метра и длина левой части балки.
Постоянные интегрирования С{ и Sf найдем из следующих граничных условий: при , = 0 у=0, ЯІ=0) где f} - c - зазор между осями скважины и долота.При j\ 0 - обычная КНБК. » / " диаметры скважины и долота.
Определив из уравнения (5.5) постоянную С, » найдем выражение для угла поворота в сечении 3 , подставив Ct в уравнение (5.4).
Дважды интегрируя уравнение (5.7), получим выражения для углов поворотов и прогибов правой части системы:В принятых обозначениях: с\)[ » » 4. -жесткость, нормальная составляющая веса: погонного метра и длина правой части системы.Граничные условия для определения постоянных интегриро вания имеют вид:при хг=о #.,= %z= при г = & у,. =ДИз уравнения (5.10) находим и представив его в (5.9), получим значение угла поворота в сечении Ь для правой части: Объединив обе части балки, поместив начало координат в сечение 5 , приравняем углы поворота в этом сечении, предварительно присвоив знак "минус" углу левой части (так как ось направлена вправо):
Найдем из этого равенства формулу для изгибающего момента М :Используя дополнительное условие- 109 -. Приравнивая уравнения (5.13) и (5.14), найдем формулу для определения неизвестного расстояния 4 :
Зная,теперь, расстояние от центратора до точки касания бурильных труб нижней стенки скважины tz и изгибающий момент в сечение о можно определить отклоняющую силу на долоте
Угол поворота оси долота fl найдем из уравнения (5.4) при условии: z1 = У - $С целью определения компонентов отклоняющего фактора по формулам (5.14)...(5.17) были произведены расчеты КНБК -долото диаметром 190,5 мм, двухсекционный турбобур диаметром 164 мм с центратором ( -4= 17 м, ч= 208...214 мм) при зенитном угле оС =s 5. Зависимость отклоняющего фактора Ф от диаметра центратора представлена на рис.5.5 (кривая I). Здесь же для сравнения показана аналогичная зависимость, построенная для той же КНБК, но с долотом диаметром 215,9 мм (кривая 2). Коэффициент / и осевая нагрузка G , как и в предыдущем случае приняты равными 0,2 и 10 кН.
Как показали результаты расчетов, при примерном равенст Зависимость изменения: отклоняющего фактора (ф ) от диаметра центратора С %)ц ) для КНБК: долото, ТСШ-І64 с центратором;, УБТ диаметром 146 ммве отклоняющих сил у обеих компоновок на рассмотренном интервале значений І)ц абсолютные величины отклоняющего фактора для исследуемой КНБК больше, чем для базовой. Увеличение диаметра центратора от 208 до 214 мм приводит к росту отрицательных значений уЗ , в результате чего наблюдается некоторый рост параметра Ф . Увеличение ф для базовой КНБК объясняется уменьшением положительных значений утла ft Максимального значения отклоняющий фактор достигает при равенстве диаметра центратора диаметру скважины.
Таким образом, проведенные исследования показали, что возможная интенсивность искривления нового ствола компоновкой с долотом уменьшенного диаметра больше, чем обычной. Такое преимущество при примерном равенстве отклоняющих сил на долоте достигается за счет изменения знака угла несоосности на обратный»
Заметим, что при использовании неориентируемой КНБК с долотом уменьшенного диаметра интервал долбления не должен превышать расстояния от долота до центратора. Следующим рейсом этот интервал необходимо расширить пилот-компоновкой с полноразмерным долотом.
КНБК с эксцентричным центратором.На рис.5.6 схематично показана такая КНБК. Рабочее положение компоновка занимает в том случае, когда эксцентричный центратор сориентирован таким образом, что большие по высоте лопасти его опираются на нижнюю стенку скважины. Тогда зазор между корпусом турбобура и нижней стенкой скважины в сечении центратора больше, чем у компоновки с обычным центратором, что создает следующие преимущества: угол несоосности / у такой
