 |
|
Описание конструкции и методика расчета отклоняющего усилия и интенсивности искривления, реализуемой ОНД ТЗ-3
Отклонители ТЗ-З («Тарбаган Забайкальский»)- диаметр корпуса: 57,73, а также 89 и 108 мм выполнены по единой кинематической схеме [5]. Схема отклонителя показана на рис. 20. Конструкция отклонителя включает нижний переходник 1, который соединен с валом 4 отклонителя и в который вкручивается долото, нижний полуклин 2, который содержит подшипниковый узел, систему гидроуплотнения. С полуклином 2 соединен через пазы скольжения выдвижной ползун 3 с катками. Последние обеспечивают качение снаряда по стволу скважины по мере углубки и фиксируют его от проворота. С ползуном 3 соединен через пазы скольжения верхний полуклин 5. Вал 4 , его нижняя и верхние части, соединены посредством шлицевого разъема 6. Шлицевой разъем 6 обеспечивает при укорачивании корпуса отклонителя (при выдвижении ползуна 3) соответствующее укорачивание и вала ОНД. Возврат вала в транспортное положение при снятии с ОНД осевой нагрузки обеспечивает возвратная пружина 7. Для фиксации в транспортном положении вала 4 и корпуса ОНД предназначена блокировочная муфта и блокировочный зуб 8. Над верхним полуклином 5 установлена статорная пружина 9, которая предназначена для передачи осевого усилия от вала 4 к корпусу отклонителя. В верхней части ОНД расположен подшипниковый узел 10 и переходник 11 с ориентирующим зубом.
Отклонитель работает следующим образом.
При постановке на забой скважины на ОНД передается осевая нагрузка, под действием которой происходит раскрепление блокировочной муфты, что обеспечивается выходом блокировочного зуба 8 из зацепления. После этого происходит перемещение верхней части вала 4 в шлицевом разъеме, осевая нагрузка передается от верхнего подшипникового узла 10 через статорную пружину 9 на верхний полуклин 5. В результате выдвигается ползун 3 и упирается катками в стенку скважины. В результате обеспечивается прилегание к противоположной по отношению к ползуну 3 стенке скважины верхнего 5 и нижнего 2 полуклиньев. Вал 4 при этом прогибается и на долоте появляется отклоняющая сила, которая обеспечивает фрезерование стенки скважины и набор кривизны ОНД. Отклоняющая сила будет направлена в сторону противоположную выдвижному ползуну 3. В то же время происходит перекос долота на забое в сторону противоположную направлению действия отклоняющей силы, что обеспечивает асимметрию разрушения забоя, не совпадающую с направлением вероятного искривления скважины.
Распорное усилие, обеспечивающее деформацию вала отклонителя, определим как сумму двух сил, обеспечивающих сме- щение и прижатие к стенке скважины верхнего и нижнего полуклиньев (рис.21):
Рр = Р1 + Р2.
Вследствие раскрепления ОНД и деформации его вала на долоте появляется отклоняющее усилие равное:
(30)
где Е - модуль упругости стали, из которой изготовлен вал ОНД, (для стали равен 2,1 10 8 кПа);
J - осевой момент инерции поперечного сечения вала ОНД, м4;
a,b - расстояния от торца долота до середины ползуна и от середины ползуна до шлицевого разъема, м;
f - прогиб вала под действием поперечных сил, м.
Осевой момент инерции поперечного сечения вала, которое имеет форму кольца, определим из формулы (18).
При изгибе вала ОНД образуется угол перекоса β:
. (31)
Приведенные выше формулы расчета отклоняющего усилия и угла перекоса вала ОНД справедливы для случая раскрепления отклонителя в прямолинейном стволе скважины.
В процессе набора кривизны под действием криволинейного ствола скважины происходит деформация корпуса и вала ОНД в сторону противоположную тому, которое сформировалась в прямолинейном стволе (см.рис.16 ). В криволинейном стволе возникает положение ОНД, при котором прогиб вала уменьшается вследствие криволинейности ствола противоположного направления. При углубке скважины с набором кривизны происходит уменьшение отклоняющего усилия. Формула расчета отклоняющей силы имеет следующий вид:
, (32)
где i- интенсивность набора кривизны ОНД, градус/м;
y - интервал углубки скважины с набором кривизны, м.
Таким образом, в начальный период набора кривизны интенсивность искривления будет наибольшей, постепенно снижаясь по мере углубки, за счет уменьшения отклоняющей силы. При углубке забоя на глубину примерно равную высоте нижнего полуклина с долотом интенсивность искривления ствола скважины перестает уменьшаться и стабилизируется.
Угол перекоса вала и долота, наряду с отклоняющим усилием, также снижается и будет равен:
,[радиан]. (33)
Для определения составляющей iа следует произвести замеры нижней части ОНД с установленным долотом и рассчитать по формуле (19) значение интенсивности искривления, набираемой за счет асим-метричного разрушения забоя. Первоначальный расчет соответствует положению ОНД в прямолинейном стволе скважины. При работе ОНД в криволинейном стволе данное значение может быть скорректировано с учетом зависимостей (31 и 33).
5. Если отклонитель, предусмотренный вариантом задания, соответствует ОНД, у которого процессы фрезерования и симметричного разрушения забоя совпадают по направлению (СБС-59, СБС-76, ОБС-59 , ОБС-76) необходимо:
Ø рассмотреть конструкцию снаряда и рассчитать величину отклоняющего усилия под действием которого происходит фрезерование стенки скважины при искривлении. Расчет отклоняющего усилия следует производить по соответствующей формуле, приведенной ниже при описании конструкции ОНД;
Ø в соответствии с номограммой (рис.13), используя рассчитанное значение отклоняющего усилия, следует определить скорость фрезерования стенки скважины, выбрав предварительно тип долота и частоту вращения долота при искривлении, а затем определить и величину iф задавшись значением скорости бурения;
Ø в соответствии с формулой (19) определить интенсивность набора кривизны за счет перекоса - ia ;
Ø определить результирующую интенсивность искривления в соответствии с зависимостью:
iф-a=iф+ ia .