 |
11.3. Технология и технические средства искусственного искривления
|
|
|
|
11. 3. Технология и технические средства искусственного искривления
и многозабойного (многоствольного) бурения скважин
Искусственное искривление скважин применяется чаще всего для коррекции трасс скважин с целью исправления технологического брака (грубых искажений разведочной сети), обхода мест аварий и отбурки дополнительных столов с целью локальных сгущений разведочной сети.
Все технические средства для искусственного искривления делятся на следующие основные типы:
– одно- и двухшарнирные компоновки;
– клиновые отклонители стационарные (неизвлекаемые) открытого типа;
– клиновые извлекаемые закрытые отклонители однократного действия;
– клиновые извлекаемые отклонители однократного действия для отбурки стволов меньшего диаметра;
– конусно-клиновые извлекаемые отклонители многократного действия, обеспечивающие сохранение диаметра скважины при искривлении;
– бесклиновые скользящие отклонители непрерывного действия;
– бесклиновые скользящие забойноприводные отклонители непрерывного действия.
Отклоняющие клинья открытого типа обеспечивают искривление скважины без потери диаметра. Клинья закрытого типа требуют обязательного перехода на следующий меньший диаметр. Конструкция отклоняющего клина проста. Он состоит из клиновидного желоба, изготавливаемого из труб или профильного железа и распорного узла. Угол скоса клина обычно составляет 2-3°. В клиньях закрытого типа отклонитель крепится в корпусе, изготовляемом из обсадных или колонковых труб.
Не извлекаемые клинья, как правило, опираются в скважине на устройство, именуемое «пробка – искусственный забой» и устанавливаемое в любой точке пробуренной скважины при отбуривании дополнительных стволов. Стационарные отклонители открытого типа КОС-44, КОС-57 и КОС-77 (рис. 11. 7, а) имеют в составе конструкции клин I и распорное устройство II. Отклонитель опускается в скважину на бурильных трубах, присоединенных к клину 3 через установочный патрубок 1 двумя заклепками 2. При постановке клина на пробку-забой (рис. 11. 7, б) срезается шпилька 1, и он раскрепляется в скважине. Предварительно с помощью специального ориентатора желоб клина поворачивается в нужное направление – ориентируется.
|
|
|
Далее осевая нагрузка увеличивается до срезания двух заклепок 2, после чего бурильные трубы извлекаются из скважины. Пробка-забой состоит из корпуса с тремя продольными прорезями-окнами, распорного конуса 1 с направляющей и гидропривода 2. В окна корпуса введены плашки, опирающиеся на конус. Выдвижение плашек и фиксация пробки-забоя в скважине происходит при перемещении поршня и штока гидропривода под давлением промывочной жидкости, закачиваемой в колонну бурильных труб. Шток гидропривода воздействует на конус 1, который перемещается вниз, выталкивая из плашки наружу. Дополнительное усилие раскрепления обеспечивается осевой нагрузкой.
Примером клиновых извлекаемых отклонителей является СНБ-АС, созданный в Казахстане (рис. 11. 8). Он состоит из корпуса 8, к которому присоединена эксцентричная втулка 2, в которой срезным винтом 3 закреплен ниппель 1. Со стороны скошенной части с башмаком 12 корпус имеет вырез. В нем размещена труба 10 с алмазной коронкой 11 и шарниром 9 отбурочного инструмента. В верхней части корпуса 8 также имеется вырез, в котором закреплена гибкая стальная полоса с приваренной к ней с внутренней стороны клиновидной плашкой 6. Отбурочный инструмент состоит из ниппеля 1 с закрепленным на нем винтом 4 полуцилиндрическим распорным конусом 5, промежуточного вала 7, шарнира 9, колонковой трубы 10, алмазной коронки 11.
|
|
|
| |
Стационарный клин типа КОС (а) и пробка-забой (б) конструкций ВИТР.
а: 1 – бурильные трубы; 2-3 – заклепки; 3 – клин; 4 – удлинитель; 5, 10 – раскрепляющие плашки; 6, 12 – верхний и нижний закрепляющие конусы; 7 – винт-шпилька; 8, 11 – верхний и нижний патрубки; 9 – шток; I – клин; II – распорное устройство; III – установочный патрубок.
б: 1 – корпус пробки; 2 – направляющий стержень; 3 – конусные плашки; 4 – конус; 5 – переходник; 6 – корпус гидропривода; 7 – поршень; 8 – шариковый клапан; 9 – шток; 10 – втулка; I – пробка; II – гидропривод.
Отклонитель после ориентации без вращения устанавливается на забой, под действием осевой нагрузки срезается винт 3 и отбурочный снаряд опускается вниз до тех пор, пока полуцилиндрический распорный конус 5 не расклинит клиновидную плашку 6 до полного упора о стенку скважины, а конус заклинится о внутреннюю стенку корпуса 8, который опирается на противоположную стенку скважины по отношению к плашке 6. После этого срезается отбурочный винт 4 и отбурочный снаряд освобождается от закрепления и устанавливается коронкой непосредственно на забой скважины. Отклонение отбурочного инструмента от оси корпуса снаряда происходит в результате того, что колонковая труба опирается на скобе башмака 12, а шарнир 9 изгибается при его перемещении непосредственно в вырезе корпуса 8.
Поскольку диаметр пилот-скважины значительно меньше диаметра основного ствола, то требуется дополнительная проработка участка искривления специальными компоновками.
В настоящее время наиболее перспективными для геологоразведочного бурения представляются отклонители непрерывно-периодического действия, которые обеспечивают искривление скважин с естественного забоя с постоянной интенсивностью и без уменьшения диаметра. Наибольшее распространение получил снаряд ТЗ-3 («Табарган забайкальский»).
Принципиальная схема снаряда ТЗ-3 представлена на рис. 11. 9, а. Он состоит из ротора I, соединенного с долотом 1 и статора II. Ротор содержит два опорных узла: нижний 2 и верхний 11, связанные с валом 7 и компенсирующей муфтой 8. Статор оснащен нижним 3 и верхним 6 полуклиньями, ползуном 4 с опорными каретками, корпусом 9 и пружиной 10.
|
|
|
Рис. 11. 8. Съемный отклонитель СНБ-АС Южно- Казахстанского геологического объединения
При подаче осевой нагрузки на снаряд вал 7, сдвигаясь вниз, через муфту 8 воздействует на ползун 4, прижимая его к стенке скважины (рис. 17. 9, б). Катки (ролики) 5 внедряются в породу и при перемещении ползуна 4 удерживают снаряд в заданной плоскости.
Работа такого отклонителя подобна действию одношарнирного отклонителя в фиксированной плоскости. Длина цикла непрерывна. Искривление снарядом ТЗ-3 составляет от 3 до 15 м. Набор кривизны коолеблется в пределах 1° на 1 м. Бурение снарядом ТЗ проводится с промывкой водой или глинистым раствором. Техническая идея снаряда ТЗ-3 развита во многих конструкциях типа БСНБ-АС-73, СИБ-ИМР и других.
Также как и ТЗ-3 в ЗабНИИ разработан комплекс забойный КЕДР для искусственного искривления скважин диаметром 46, 59 и 76 мм. Этот комплекс обеспечивает интенсивность искривления от 0, 2 дл 1, 5 град/м. Притом искривить скважину можно и с отбором керна с интенсивностью от 0, 2 до 0, 5 град/м. КЕДР содержит отклоняющее устройство с регулируемым углом перекоса, распорное устройство, как у ТЗ-3, ориентирующее устройство в виде винтового механизма со сво-бодно устанавливающимся в апсидальной плоскости сква-жины шариком, контрольное устройство точности ориентировано в виде датчика апсидаль-ного угла шарикового типа.
Все устройство забойного комплекса (рис. 11. 10) скомпоновано в три сборочных узла: I – распорно-отклоняющий блок; II – ориентирующе-регистрирующий блок; III – шлицевой узел.
Рис. 11. 9. Снаряд ТЗ-3
а – в процессе ориентации до раскрепления;
б – в фиксированном положении при бурении
Распорно-отклоняющее устройство содержит нижний подпружиненный узел 1, узел перекоса 2, вал-ротор 3, распорный механизм 4 и узел установки 5. Отклоняющий узел выполнен в виде «кривого переводника» с регулируемым углом перекоса. К нижнему переводнику можно присоединять колонковую трубу.
|
|
|
Ориентирующе-регистрирующее устройство содержит узел блокировки 6, ориентатор 7, узел статорной пружины 8, контрольное устройство 9 и верхний вал 10. Ориентатор выполнен в виде шариково-винтового механизма, имеющего гидравлический канал связи с дневной поверхностью.
 |
Устройство приводится в действие осевым перемещением ротора относительно статора отклонителя, при этом шарик свободно устанавливается в апсидальной плоскости. Работа устройства контролируется путем подачи гидравлических сигналов на дневную поверхность через поток промывочной жидкости. Устройство позволяет многократно ориентировать комплекс в течение одного цикла искривления скважины.
Забойный комплекс КЕДР позволяет выполнить искусственное искривление на больших глубинах и при использовании вязких буровых растворов, когда затруднено использование спускаемых ориентаторов, обеспечивает дохождение до забоя по шламу, прохождение по зауженным участкам ствола. Возможность регулирования интенсивности искривления в широких пределах позволяет использовать комплекс при всех видах разведочного бурения, в том числе комплексом ССК.
Результаты работ по эксплуатации отклонителей КЕДР показали, что по сравнению с аналогами достигается более высокая производительность работ, точность и стабильность набора кривизны в скважинах глубиной до 1500 м. Отклонитель КЕДР имеет модификацию КЕДР-ГБ, в котором изменена конструкция ориентира, что позволяет производить ориентирование забойного комплекса в скважине в диапазоне зенитных углов от 3 до 120 градусов и производить работы по корректировке направлений горизонтальных и восстающих скважин.
Для геологоразведочного бурения в ЗабНИИ разработаны также отклонители на базе винтового забойного двигателя (ВЗД). В отличие от известных ОНД они снабжены забойным приводом вращения долота и поэтому позволяют производить искривление без вращения бурильной колонны. На базе ВЗД созданы два типоразмера отклонителей: ОД-76 (рис. 11. 11 ) с двигателем ДГ-70 и ОД-59 с двигателем Д1-54. Оба забойных двигателя разработаны во ВНИИБТ. Отклонители на базе ВЗД могут применяться в самых разнообразных геологических условиях для искривления скважины по плавной траектории или для забуривания дополнительных стволов от искусственных забоев в аварийных ситуациях или при бурении многоствольных скважин.
Отклонитель с двигателем Д1-54 выполнен в двух вариантах: с кривым переходником и с искривленным корпусом двигателя. Он роектирован для использования на небольших глубинах, т. к. двигатель Д1-54 имеет невысокую мощность, а для его работы требуются достаточно большие для современных насосов давление и расход жидкости. Небольшая глубина использования позволила применить наиболее простой способ стабилизации отклонителя – за счет невращающейся колонны бурильных труб.
|
|
|
Конструкция отклонителя ОД-76 имеет отклоняющее устройство типа «кривой переходник» с регулируемым углом перекоса, рабочую пару двигателя ДГ-70 и распорное клиновое устройство скользящего типа. Устройство стабилизации направления искривления в виде выдвижного ползуна взаимодействует со стенкой скважины при помощи катков. Необходимое распорное усилие создается гидроприводом за счет давления промывочной жидкости над рабочим органом ВЗД.
Эффективность применения отклонителей любого типа во многом определяется правильной установкой их в скважине по отношению к необходимому направлению искривления скважины.
Конструкции ориентаторов весьма разнообразны. Наиболее совершенны среди них, как показывает практика, приборы типа «Курс», «Луч», ОБ-13 конструкции ВИТР и прибор ОЭ-15 конструкции объединения «Уралгеология». Они опускаются внутрь бурильной колонны на одножильном проводе только на момент ориентации отклонителя.
Прибор «Луч» является прибором индикаторного типа и обеспечивает поиск апсидальной плоскости скважины по принципу «да – нет» с применением скважинного датчика диаметром 13 мм.
 |
Устройство скважинного датчика показано на принципиальной электрической схеме (рис. 11. 12).
Рис. 11. 12. Принципиальная электрическая схема пульта управления
и скважинного ориентатора прибора «Луч»
В пульте управления размещены понижающий трансформатор ТУ1, контрольная лампа HLI, резисторы нагрузки R1, R2, R3, диоды VD1, VD2, сглаживающий фильтр, состоящий из конденсаторов С1, С2 и дросселя LI, который выделяет постоянную составляющую из пульсирующего тока. Отклонение стрелки прибора РА реагитрирует переменный резистор R4.
В датчике ориентатора размещены диоды VD4, BD3, переключатель SA1 с подвижным контактом 3, представляющим собой отвес (размещается в агатовых подпятниках), ось которого расположена вдоль оси прибора, но смещена относительно центральной части. Его конструкция позволяет поочередно замыкать его собственный контакт с одним из двух параллельных контактов корпуса, имеющих электрическую связь с диодами VD4, VD3. Замыкания контакта отвеса с тем или другим диодом приводит к отклонению стрелки миллиамперметра РА пульта в правую или левую сторону от нулевой позиции следующим образом. Переключатель SF1 имеет вид маятника, который может коммутировать цепь отвеса 3. Диоды VD4 и VD3 меняют направление протекания тока через нагрузку R1 и R2 в зависимости от замыкания контактов переключателей SA1.
Отклонитель на колонне бурильных труб опускается в скважину на заданную глубину. Пульт управления подключается к сети переменного тока напряжением 220 В, которое понижается трансформатором до 6 В и подается по проводу на ориентатор.
Ориентатор (скважинный датчик) под действием силы тяжести садится фигурным вырезом своего ловителя на шпонку в специальном переходнике, положение которой относительно желоба (плоскости искривления) устанавливается на поверхности в соответствии с так называемым «углом установки отклонителя», определяемом по специальной методике (см. следующий раздел). После этого бурильная колонна медленно вращается по часовой стрелке с некоторым продольным расхаживанием, позволяющим снять её закручивание.
При поворачивании колонны вокруг ее оси в зависимости от расположения отвеса и маятника ориентатора относительно апсидальной плоскости скважины могут иметь место четыре положения стрелки микроамперметра на пульте прибора:
а) отвес 3 замыкает правый контакт SA1 и стрелка отклоняется вправо;
б) отвес 3 переходит на левый контакт SA1 – стрелка находится в нулевом положении (такое положение сохраняется в пределах поворота на 180° - «длинный нуль»;
в) отвес 3 продолжает замыкать левый контакт, а маятник SA1 – цепь отвеса, при этом стрелка прибора отклоняется влево;
г) отвес 3 находится между правым и левым контактами маятникового размыкателя, при этом стрелка индикатора находится в нулевой позиции, сохраняющейся в пределах поворота колонны на 5-10°. Это положение именуется «коротким нулем» и оно соответствует установке отклонителя в заданное положение.
Особенностью ориентатора электрического ОЭ-15 (рис. 11. 13) является то, что чувствительный элемент выполнен в виде шарнира, сблокированного с отвесом и подвижным контактным кольцом. Чувствительный элемент выполнен во взаимодействии с электромагнитным вибратором, что повышает точность ориентации и обеспечивает плавность перемещения контакта.
В бесконтактном ориентаторе ОБ-13 использован оптоэлектрический сигнал. Принцип его действия пояснен схемой на рис. 11. 13 и 11. 14. Между источником света (световод) и приемником света (фотосопротивление, фотодиод или фототриод) располагается элемент с переменной оптической чувствительностью. При изменении измеряемого угла (при перемещении относительно апсидальной плоскости наклонной скважины во
Рис. 11. 13. Ориентатор электрический ОЭ-15 опытно-методической партии новой техники ПГО «Уралгеология»
время поворота прибора вокруг ее оси) меняется световой поток от источника к приемнику и соответственно меняется ток, протекающий через приемник света, что фиксируется поверхностным пультом. В качестве чувствительного элемента могут быть использованы вращающиеся на оси непрозрачная механическая эксцентрическая маска со щелью (рис. 11. 14 а), либо пузырек воздуха в непрозрачной жидкости (рис. 11. 14 б).
Ориентаторы, как технические средства обеспечения правильной установки отклонителей, используют в качестве рабочего параметра. Угол установки отклонителя φ .
Рис. 11. 14. Принцип действия оптоэлектронного преобразователя в проходящем (а) и отраженном (б) свете
1 – источник света; 2- оптический элемент (маска, пузырек); 3- приемник света; 4 – отражатель
|
|
|
