ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПАРАМЕТРОВ ИСКРИВЛЕНИЯ БОКОВОГО СТВОЛА ОТ НАГРУЗКИ НА ДОЛОТО И УГЛА ПЕРЕКОСА ШПИНДЕЛЯ-ОТКЛОНИТЕЛЯ

INVESTIGATION OF THE DEPENDENCE OF THE PARAMETERS OF THE SIDEHOLE DEVELOPMENT ON THE LOAD ON THE BIT AND THE ANGLE OF MISTURN OF THE SPINDLE-DEFLECTOR

Компоновка низа бурильной колонны при забуривании БС включает, как правило, долото, калибратор и винтовой забойный
двигатель-отклонитель. В искривленных стволах мощность серийных винтовых двигателей часто оказывается недостаточной для бурения скважины, особенно при износе статора или ротора.

Шпиндель-отклонитель (рис.1) состоит из двух частей. Верхняя основная часть, где установлен полный комплект осевой и радиальных опор, воспринимает радиальные и осевые нагрузки. Вторая часть шпинделя представляет собой надставку с отдельным укороченным валом, общая длина которой в несколько раз меньше длины основного шпинделя и предназначена для интенсивного набора зенитного угла (до 8° на 10 м) и интенсивного изменения азимута ствола скважины. В этой части установлены две радиальные опоры и три подпятника с осевым люфтом, который на 1—2 мм больше, чем на основной осевой опоре (пяте). Эти элементы исключают выпадение вала на забой и обеспечивают ему осевое перемещение на величину их люфта, а в процессе работы отклонителя включаются в работу с основной осевой опорой.

Рис 1. Шпиндель-отклонитель: 1 – верхняя часть; 2 – нижняя часть; 3 – корпус; 4 – осевая опора; 5 – радиальные опоры; 6 – вал; 7 – конусно-шлицевая муфта; 8 – корпус нижней части; 9 – осевые опоры; 10 – радиальные опоры; 11 – вал; 12 – ниппель; 13 – переводник; 14, 15 – полумуфты кулачковые; 16 – упорные концы полумуфты.

Для придания жесткости компоновке нижняя радиальная опора максимально приближена к забою за счет монтажа ее в ниппельной гайке. Надставка присоединяется к корпусу основной опоры посредством косого соединительного переводника с заданным углом кривизны. Их валы соединены с помощью шарнирно-кулачковой муфты, установленной в плоскости кривизны косого соединительного переводника. Крутящий момент и осевые нагрузки с верхнего основного вала на надставку пе­редаются соответственно кулачками и упорными торцами кулачковых муфт.

Крутящий момент от ротора винтовой пары на вал
шпинделя-отклонителя передается через гибкий вал (торсион) и
конусно-шлицевую муфту, верхняя полумуфта которой соединена с гибким валом. Нижняя полумуфта (конус) навинчена на вал шпинделя.

Траектория бокового ствола на участке набора кривизны при бурении зависит от геометрических параметров инструмента и режима бурения.

Зенитный угол α зависит от угла перекоса β, нагрузки на долото Рд и длины нижнего плеча l. С помощью пакета статических программ Statgraficsустановлена связь

         Для фаменского горизонта

α = 0,57β + 4,52Pд + 0,009L – 16,3,

где L — глубина бурения, м; Рд — нагрузка на долото, тс; β — угол перекоса двигателя-отклонителя, градус.

Расстояние от торца долота l до угла перекоса в кривом переводнике объемного двигателя для фаменских скважин средних глубин (1850 м) не изменялось и составило 1,6 м.

Коэффициент корреляции в этом случае η = 0,83.

Для турнейского яруса

α = -12,05 – 0,03L + 3,7 Pд + 14,22β + 3,81l.

Коэффициент корреляции η = 0,87.

На рис.2 показаны графики изменения зенитного угла α от нагрузки на долото Pд для конкретных условий бурения БС, глубины забуривания и определенны компоновок низа бурильной колонны.

Рис. 2. Изменение зенитного угла от нагрузки на долото для фаменского горизонта и турнейского яруса.

Характерная особенность графиков — повышение зенитного угла α при увеличении нагрузки на долото Pд. Полученные зависимости позволяют ориентировочно подбирать нагрузку на долото для достижения требуемых зенитных углов при определенных геометрических размерах КНБК и буримых породах.

Вывод: в статье было рассмотрено устройство
шпинделя-отклонителя, который предназначен для бурения интервалов изменения направления скважины по зенитному углу и азимуту, а также для забуривания новых стволов в аварийных случаях на любой глубине, независимо от угла наклона скважины. А также рассмотрена зависимость параметров искривления бокового ствола от нагрузки на долото и угла перекоса шпинделя-отклонителя.

 

ЛИТЕРАТУРА

1.     И.А. Прокопенко, М.Н. Прокопенко. Разработка нефтяных месторождений, бурение скважин с боковыми и горизонтальными стволами// Академический журнал Западной Сибири №6, 2018 – Т-14. – 77 с

2.     Н.Ф. Кагарманов, Механизм разрушения пород при горизонтальном бурении: Тр. 5-й Всесоюзной науч.-техн. конференции. Разрушение горных пород при бурении скважин, Уфа, 1990.

3.     В.Х. Самигуллин, Забойные компоновки для управления траекторией горизонтальных скважин//Сб. науч. тр. Башнипинефти. — Уфа. — 1992. — Выл. 86. - С. 42-43.

4.     Р.М. Гилязов, Л.Ш. Янтурин, Методика расчета потерь осевых нагру¬зок и момента кручения по длине бурильной колонны при бурении бокового ответвления ствола скважины (БОС). РД-39 - 2000. - Уфа: Башнипинефть, 2000.