Здавалка
Главная | Обратная связь

Классификация ОНД по признаку реализуемого процесса искривления



НАПРАВЛЕННОЕ БУРЕНИЕ и основы кернометрии

Учебное пособие

полабораторным работам с основами теории

 

 

 

Издательство

Сибирского федерального университета

 

УДК622.243.2

НескоромныхВ.В. Направленное бурение и основы кернометрии:Учебное пособие. Красноярск: Изд-во СФУ, 2013 .- 107 с.

Приведено основное содержание дисциплины в виде проектно-расчетных и лабораторных работ с основами теории; учебно-методический материал; литературные источники для их выполнения, основные термины.

Учебное пособие предназначено для студентов по направлению подготовки (специальности) 130102 «Технология геологической разведки»,специализация 130102.65.03«Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых».

 

 

Введение

 

Предметом изучения является методика, техника и технология направленного бурения скважин. Данная дисциплина является одной из профилирующих по технологии и технике бурения скважин.

Целью изучения дисциплины является закрепление знаний студентами теоретических основ дисциплины, изучение конструкций технических средств и аппаратуры, а также методов и технологии современного направленного бурения скважин.

 

 

1. ПОСТРОЕНИЕ ПРОФИЛЯ, ИНКЛИНОГРАММЫ И ГОДОГРАФА (векторной диаграммы) СКВАЖИНЫ ПО ДАННЫМ ИНКЛИНОМЕТРИЧЕСКИХ ЗАМЕРОВ

 

Цель работы:

Ø Изучение методики построения профиля, инклинограммы и годографа (векторной диаграммы) скважины по данным инклинометрических замеров.

Ø Закрепление таких понятий направленного бурения как искривления ствола cкважины, зенитное и азимутальное искривление, кривизна скважины, интенсивность искривления, радиус кривизны и др.

· Объем работы 2 часа.

· Работа может выполняться с использованием компьютерной программы.

· Для выполнения работы рекомендуется следующая литература: [1, 4, 7, 10,11,18].

По данным, приведенным в приложении №1, требуется определить глубину забоя искривленной скважины, отход забоя от вертикали, найти минимальный средний радиус кривизны на одном из интервалов. Необходимо вычертить вертикальную (профиль) и горизонтальную (инклинограмма) проекции трассы скважины по результатам расчетов, а также годограф скважины по данным инклинометрических замеров.

 
 

Определение отхода забоя скважины от вертикали или от проектной трассы на какой-то определенной глубине производят по формуле:

 

где ХЗ, YЗ, ZЗ – координаты забоя или иной точки на оси скважины,м;

Xпр, Yпр, Zпр - координаты пересечения проектной трассы скважины (вертикали) с выбранной плоскостью, которой может являться либо плоскость рудного тела, либо горизонтальная плоскость, м.

Для определения координат забоя скважины рекомендуется использовать следующие формулы:

(2)

 

(3)

(4)

 

где Xo,Yo,Zo -координаты устья скважины,м;

l - шаг инклинометрических за-меров,м;

θi,,αi - зенитный и азимутальный углы, замеренные на i-том интервале ствола скважины, градус.

Координаты забоя определим путем сум-мирования полученных значений координат X,Y и Z:

(5)

 

(6)

 

.(7)

Cтепень искривлен-ности ствола скважины оценивают таким пока-зателем как интен-сивность искривления по полному простран-ственному углу на выбранном интервале глубины скважины. Понятие интенсивность искривления тождест-венно понятию кри-визны. Для расчета интенсивности искрив-ления первоначально определяют прира-щение пространствен-ного угла искривления на интервале ствола скважины, используя формулу А.Лубинского:

 

 

(8)

где θi, θi+1, αi, αi+1 - значения зенитных и азимутальных углов в начале и конце интервала, градус;

θнк - зенитные углы соответственно в начале и в конце рассматриваемого интервала, градус.

Найдя приращение полного угла искривления, определяют среднюю интенсивность искривления на интервале:

 

(9)

а затем находят минимальную величину среднего радиуса кривизны, используя аналитическую связь радиуса кривизны и кривизны:

. (10)

Интенсивность искривления и радиус кривизны рассчитывают на одном интервале ствола скважины, имеющего наибольшее искривление. Полученные значения iср и R сравнивают с допустимыми значениями этих параметров по условию эксплуатации бурильных колонн.

По полученным значениям координат ствола скважины строят профиль (рис.1 а) и инклинограмму скважины (рис.1 б).

По значениям зенитного и азимутального углов строят годограф скважины (рис.2), по которому определяют значения полного угла искривления Δγ на всем интервале естественного искривления скважины. Годограф скважины строится по данным инклинометрических замеров в масштабе для значений зенитного угла, например, 1 см=1 градусу (отрезки ОА, ОВ, ОС, ОD, ОЕ на рис.2), в то же время указанные отрезки направляют под углами к северному направлению, которые равны значениям азимутальных углов. Отрезки АЕ, АС и СЕ, с учетом масштаба, позволяют определить значения полных углов искривления на соответствующих интервалах ствола скважины.

v Терминология

Ø Естественное искривление скважины -самопроизвольное в процессе бурения отклонение ствола скважины от первоначального направления.

Ø Зенитный угол скважины θ - угол между вертикалью и осью скважины в заданной точке. Замеряется строго в апсидальной плоскости,поэтому на любой другой вертикальной плоскости (профиль скважины)зенитный угол отображается с отклонением от истинного значения. При искривлении скважины возможно увеличение (выполаживание) или уменьшение зенитного угла (выкручивание).

Ø Азимутальный уголα - угол, определяющий направление ствола наклонной скважины относительно стран света и замеряемый по часовой стрелке между направлением на север и осью скважины в заданной точке. Возможно определение α на проекции ствола скважины на горизонтальную плоскость (инклинограмма или план скважины) между линиями, определяющими направление на север и проекцию ствола скважины на горизонтальную плоскость. При искривлении скважины азимутальный угол может уменьшаться (искривление влево) или увеличиваться (искривление вправо).

Ø Интенсивность искривления (кривизна скважины)- i однонаправленное изменение пространственного угла искривления скважины на определенном интервале ствола .

Ø Радиус кривизны- по допущению величина обратная кривизне или интенсивности искривления скважины и определяющая радиус дуги окружности, кривизна которой тождественна кривизне участка ствола скважины.

Ø Апсидальная плоскость -вертикальная плоскость, проходящая через заданную точку на оси ствола наклонной скважины и при этом касательная к ней, в случае если ось ствола скважины имеет кривизну и проходящая через неё, если ось ствола скважины прямолинейна (см.рис.3). Апсидальная плоскость строго совпадает с направлением бурения скважины в заданной точке, а поэтому азимутальный угол замеряется между направлением на север и апсидальной плоскостью в заданной точке. Важным дополнением к определению апсидальной плоскости является то, что любой отвес, помещенный в заданную точку на оси ствола скважины будет занимать положение строго в апсидальной плоскости, что практически используется в приборах (инклинометрах) при измерении параметров, характеризующих положение скважины в пространстве (инклинометрия), а также в механизмах и приборах (ориентаторы, телеметрические системы) для ориентирования отклонителей.

 
 

 


2. Анализ вписываемости буровых снарядов в искривленный ствол скважины

 

 

Цель работы:

Ø Проанализировать условия работы буровых компоновок, отклонителей и бурильных колонн в искривленном стволе скважины.

Ø Закрепить такие понятия как вписываемость элементов колонны в ствол скважины, допустимая кривизна скважины, деформация снаряда в искривленном стволе скважины.

· Объем работы 2 часа.

· Для выполнения работы рекомендуется следующая литература: [ 1, 2, 7, 8].

· Работа выполняется в соответствии с данными, приведенными в приложении №2.

 

Под вписывамостьюбуровой компоновки в искривленный ствол скважины понимается возможность её перемещения в искривленном стволе без деформаций.

Предельная интенсивность искривления, отвечающая условиям вписываемости трубы одного диаметра Dн на всем интервале длины l, определяется из формулы [ 1 ]:

, (11)

где Dскв- диаметр скважины,м.

При спуске колонкового набора или иной компоновки имеющей породоразрушающий инструмент, диаметр которого равен диаметру ствола скважины значение интенсивности, отвечающее условиям вписываемости, будет меньше [ 1 ]:

(12)

В случае если условие вписываемо-сти не выполняется, буровая компоновка в искривленном стволе будет деформиро-ваться, оказывая си-ловое воздействие на стенку скважины в концевых частях снаряда.

Усилие Rн ( см. рис. 4 ) можно определить из формулы [ 1 ]:

. (13)

При невписываемости буровых снарядов в криволинейный ствол скважины за счет сил упругости возникают значительные радиальные усилия прижатия. Радиальные усилия приводят при проработке стволов скважин специальными компоновками в зонах повышенной кривизны к увеличению овальности поперечного сечения скважины, что способствует лучшему прохождению буровых снарядов на этих участках.

В ряде случаев при бурении применяют такие компоновки, которые обладают угловой несоосностью соединений и не вписываются в ствол скважины без деформации. Примером такой компоновки может быть турбинный отклонитель с кривым переходником. При этом за счет упругих сил создается усилие прижатия породоразрушающего инструмента к стенке скважины (усилие R на рис. 5). Величина этого усилия может определяться из следующей зависимости:

,

(14)

где ψ- угловая несоосность, радиан;

EJ - жесткость компоновки, даН м2.

Примерами приведенных выше вариантов невписываемости снарядов в ствол скважины могут быть случаи использования серийных турбобуров или забойных винтовых двигателей, спускаемых в скважину на кривом переводнике (случай угловой несоосности) и процесс проработки интервала криволинейной скважины прямолинейной компоновкой определенной длины, например, колонковым набором или компоновкой с фрезерующими кольцами, калибраторами (случай невписываемости прямолинейного снаряда).

Пример № 1. Рассмотреть условия работы и рассчитать отклоняющую силу на долоте при искривлении скважины турбобуром длиной Lт с кривым переводником при угловой несоосности последнего αп .

Отклоняющая сила Рот может быть определена по формуле [ 2 ] и с помощью схемы на рис.6:

,

(15)

где EJт - жесткость бурильных труб, размещенных над турбобуром, даН м2;

a - смещение бурильных труб при их деформации в стволе скважины, м;

αп, αт - угол перекоса соответственно осей резьб кривого переводника и турбобура в скважине, градус;

Lт - длина турбобура с долотом, м.

, (16)

где Dд, dт, dб - диаметры соответственно долота, турбобура и бурильных труб, м;

Угол αт определится размерами турбобура:

, радиан. (17)

Как следует из формулы, для увеличения отклоняющей силы следует увеличивать жесткость бурильных труб, устанавливаемых над турбобуром и использовать кривые переводники с большими углами перекоса осей резьб. Определенное влияние на величину отклоняющей силы оказывает длина и диаметр турбобура.

Для повышения отклоняющей силы или ее определенного регулирования в практике буровых работ над турбобуром с кривым переводником обычно устанавливают УБТ.

При решении использовать данные из приложения №2.

Пример №2.Определить усилие воздействия со стороны буровой компоновки на стенку скважины при проработке интервала искусственного искривления в зависимости от длины буровой компоновки и ее наружного диаметра. При решении рекомендуется рассматривать случай близкий к схеме представленной на рис.4, и пользоваться данными из приложения №2.

v Терминология

Ø Буровая компоновка -компоновка нижней части бурильной колонны (КНБК) - состав и конструкция нижней части бурильной колонны начиная от долота, например, долото, калибратор, турбобур, УБТ;

Ø Калибратор -элемент буровой компоновки предназначенный для расширения и калибрования ствола скважины по диаметру долота и имеющий диаметр равный диаметру долота, длину равную 2-4 диаметрам долота и активное боковое породоразрушающее вооружение;

Ø Искусственное искривление -искривление скважины, вызванное действием специальных средств - отклонителей;

Ø Отклонитель -техническое средство роторного типа или на базе турбобура или винтового забойного двигателя, предназначенное для искривления скважины за счет активной боковой составляющей или (и) асимметрии процесса разрушения породы на забое;

Ø Отклоняющая сила -сила направленная от долота по нормали к его оси и обеспечивающая процесс фрезерования стенки скважины при искривлении;

Ø Асимметричное разрушение забоя - углубка забоя скважины буровой компоновкой или отклонителем, имеющих фиксированный перекос по отношению к оси скважины;

Ø Допустимая кривизна скважины -кривизна ствола скважины позволяющая спускать бурильные или обсадные трубы, а также проводить бурение без превышения допустимых предельных напряжений в материале труб, особенно в местах концентрации напряжений и опасных сечениях - резьбовых соединениях;

Жесткость (EJ) - параметр, определяющий сопротивление бурильных труб или иных трубчатых элементов изгибу при осевом или поперечном нагружении. Определяется как произведение модуля упругости материала - как правило, стали или сплава Д16Т (для первого Е= 2,1 108 кПа, второго 0,75 108 кПа) и осевого момента инерции равного для кольцевого поперечного сечения

0,05(Dн4-dв4), (18)

где Dн4 и dв4 - наружный и внутренний диаметры трубы;

Ø Кривой переводник - переводник с угловым перекосом резьб на концах, предназначенный для искривления скважины турбобурами или винтовыми забойными двигателями. Устанавливается непосредственно над турбобуром или забойным двигателем (иногда между турбобуром и его шпинделем) и обеспечивает появление отклоняющей силы и (или) перекоса долота на забое;

Ø Фрезерующие кольца -(фрезерующие элементы буровой компоновки) - устанавливаются на буровой компоновке для проведения технологической операции по проработке интервала искусственного искривления с целью изменения поперечного сечения ствола, его расширения и придания овальной формы для более свободной, без критических нагрузок работы бурильной колонны.

 

 

3. ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИИ ИСКУССТВЕННОГО ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН

 

Цель работы:

Ø Изучение конструкции и принципа работы отклонителей непрерывного (ОНД) и периодического (ОПД) действия (съемные клинья).

Ø Изучение технологии искривления скважин, расчет параметров технологии.

· Объем работы при изучении конструкции и технологии искривления 4 часа.

· Для выполнения работы рекомендуется следующая литература: [5,7,8,9,10,11,12,13,15,17,18].

· Вариант задания выбирается в соответствии с приложением №3.

А. Методика выполнения работы при изучении ОНД.

1. В соответствии с приведенной ниже классификацией определяют, к какой группе относится отклонитель, предназначенный для использования, и изучаются теоретические основы процесса набора кривизны данным ОНД.

 

Классификация ОНД по признаку реализуемого процесса искривления

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.