Направленное бурение скважин (стр. 5 из 9)

При бурении скважин с кустовых площадок на длину верхнего вертикального участка накладывается еще ряд требований, связанных с необходимостью исключения пересечения стволов. Эти требования будут рассмотрены ниже в разделе 8.1.

4. Выбирается КНБК, обеспечивающая необходимую интенсивность искусственного искривления, которая не должна превышать ранее рассчитанную максимальную интенсивность искривления. В ряде случаев, наоборот, сначала может быть принята КНБК и по ней определяется интенсивность искусственного искривления.

Интенсивность искривления на участках естественного уменьшения зенитного угла устанавливается исходя из практического опыта.

5. По величине интенсивности искусственного искривления определяются радиусы кривизны R соответствующих интервалов по формуле (3).

Полученные величины радиусов сравниваются с минимально допустимыми и при необходимости корректируются.

6. Производится расчет профиля, т. е. определяется необходимый зенитный угол скважины в конце интервала набора кривизны, проекции всех интервалов на горизонтальную и вертикальную плоскость, их длины, глубина скважины по вертикали, отход (смещение) и глубина скважины по стволу. Рассчитанные глубина по вертикали и смещение сравниваются с заданными, что является проверкой правильности всех расчетов.

В приведенных ниже формулах приняты следующие условные обозначения:

h - глубина скважины по вертикали, м;

S - общий отход скважины (смещение), м;

H_n - вертикальная проекция n- го интервала, м;

S_n - горизонтальная проекция n- го интервала, м;

l_n - длина n- го интервала, м;

R_n - радиус кривизны n- го интервала, м;

L - глубина скважины по стволу, м;

Q_n- зенитный угол скважины в конце n- го интервала, град.

4.3.1 Трехинтервальный профиль

При третьем прямолинейном интервале профиля (рис. 10, а) расчет ведется по следующей схеме

Q₂ = arccos {[R₂^. (R₂ - S)] + H ^. [(H² +S² - 2R₂^. S)]^0,5}/ [(R₂ - S)² + H²], (39)

где H = h - H₁.

l₂ = 0,01745^. R₂^. Q₂, (40)

H₂ = R₂^. sin Q₂, (41)

S₂ = R₂^. (1 - cos Q₂), (42)

l₃ = (H - H₂)/cos Q₂ , (43)

H₃ = h - H₁ - H₂, (44)

S₃ = (H - H₂) . tg Q₂, (45)

L = H₁ + l₂ + l₃. (46)

4.3.2. Четырехинтервальный профиль

При проектировании скважин с четырехинтервальным профилем (рис. 11) в качестве исходных данных, кроме глубины скважины по вертикали h, отхода S, глубины вертикального участка H₁, радиусов кривизны R₂ и R₄, вводится зенитный угол скважины в конце второго интервала Q₂. Его величина определяется либо нормативно (в ряде случаев зенитный угол скважины не может превышать определенной величины, например, 20^О), либо берется несколько больше, рассчитанной по формуле (39). Далее определяется длина третьего прямолинейного участка по формуле

l₃ = A - B, (47)

где A = [(h - H₁ - R₂^. sin Q₂) / cos Q₂] -ôS - Bô^. sin Q₂, (48)

В = R₂ (1 - cos Q₂) + (h - H₁ - R₂^. sin Q₂) tg Q₂. (49)

Зенитный угол скважины на конечной глубине Q₄ определяется по формуле

Q₄ = Q₂ - arctg [C/(R₄² - C²)^0,5], (50)

где C = [ 2R₄ ôS - Bô cos Q₂ - (S - B)² cos²Q₂]^0,5. (51)

Параметры второго интервала определяются по формулам (40), (41) и (42).

Для третьего интервала глубина по вертикали h₃и отход S₃ определяются из выражений

h₃ = l₃^.cos Q₂, (52)

S₃ = l₃^. sin Q₂. (53)

Для четвертого интервала параметры профиля определяются по формулам

l₄ = 0,01745 ^. R₄ (Q₂ - Q₄), (54)

S₄ = R₄ (cos Q₄ - cos Q₂). (55)

5. Технические средства направленного бурения

Для искусственного искривления скважин в требуемом направлении используются различные технические средства, называемые отклонителями. При роторном бурении технические средства и технология искусственного искривления более сложны, поэтому чаще используются отклонители с забойными двигателями. Далее рассматриваются только такие отклонители. С их помощью на породоразрушающем инструменте создается отклоняющая сила, или между осью скважины и осью породоразрушающего инструмента возникает некоторый угол перекоса. Зачастую эти отклоняющие факторы действуют совместно, но какой-либо из них имеет превалирующее значение. При этом доказано, что для любой отклоняющей компоновки при отсутствии прогиба турбобура и разработки ствола скважины при любых соотношениях диаметров долота и турбобура, искривление ствола вследствие фрезерования стенки скважины в 4,84 раза больше, чем в результате асимметричного разрушения забоя [3]. Если происходит прогиб забойного двигателя, то доля искривления ствола за счет асимметричного разрушения породы на забое будет еще меньше.

В случае, если искривление происходит в основном за счет фрезерования стенки скважины, то такие отклонители называются с упругой направляющей секцией, а если за счет перекоса инструмента - с жесткой направляющей секцией.

К наиболее распространенным отклонителям относится кривой переводник, показанный на рис. 12. Он представляет собой обычный переводник, присоединительные резьбы которого выполнены под углом друг к другу. Этот угол составляет от 1 до 4^О.

Кривой переводник включается в компоновку между забойным двигателем и УБТ. В результате большой жесткости УБТ в забойном двигателе возникает изгиб, и на породоразрушающем инструменте возникает отклоняющая сила. Величина ее существенно зависит от длины и жесткости забойного двигателя, поэтому кривые переводники используются с односекционными или укороченными турбобурами и винтовыми забойными двигателями.

Интенсивность искривления скважины при применении кривых переводников зависит от угла перекоса резьб, геометрических, жесткостных и весовых характеристик компоновки, режима бурения, фрезерующей способности долота, физико-механических свойств горных пород, зенитного угла скважины. Поэтому она колеблется в широких пределах от 1 д 6 град/10 м.

Максимальный зенитный угол, который может быть достигнут при применении кривого переводника с односекционным турбобуром, составляет 40-45^О [2]. При необходимости достижения больших зенитных углов следует использовать укороченные или короткие забойные двигатели.

К бесспорным преимуществам кривого переводника относится его простота, однако при его использовании ухудшаются условия работы забойного двигателя за счет упругой деформации, интенсивность искривления из-за указанных выше факторов колеблется в широких пределах, породоразрушающий инструмент из-за наличия отклоняющей силы работает в более тяжелых условиях.