Литература(Разное)

Всё про нефть и газ \Главная \Начало \Литература \Подразделы \Разное \бурение горизонтальных скважин

ГЛАВА 3 Раздел 5

Роторные КНБК

 

Роторные КНБК

 

 

До появления систем MWD и искривлённых двигателей, существовали “классические” методы работы в направленном бурении (т.е. зарезка в стволе 17 1/2”) и это делалось следующим образом:

 

1. Одну или более КНБК (размером 36” и 26”) использовали для бурения верх­ней секции ствола. Затем роторной КНБК (17-1/2”) бурили от башмака обсадной ко­лонны 20” до точки зарезки. Скважина планировалась таким образом, чтобы от обсад­ной колонны 20” до точки зарезки ствол оставался открытым для устранения возмож­ных магнитных помех от обсадной колонны на результаты измерений в точке зарезки.

 

2. В скважину опускалось долото (размером 17 1/2” или меньшим), забойный двигатель и кривой переводник. На коротком участке производились магнитные  или (при необходимости) гироскопические измерения координат. Скважину закривляли до 8⁰ в твердых формациях и до +/-15⁰ в мягких. Выйдя на требуемый азимутальный угол, КНБК поднимали.

 

3. Опускалась роторная КНБК. Угол набирался до требуемого в соответствии с планом скважины. Контролируя параметры бурения  (в частности нагрузку на долото и скорость проходки), старались выдержать направление по азимуту. Затем эта КНБК - поднималась.

 

4. Затем опускалась стабилизирующая КНБК. На прямонаклонном участке ствола обычно ставится цель - выдержать данное направление до следующей точки об­садки. При этом допускаются незначительные отклонения от заданного курса. И снова, параметры бурения меняют при необходимости. Из - за того, что эта КНБК - “жесткая”, теория дает наилучшую возможность выдерживания азимута в пределах допустимых значений. Из вышеприведенного ясно, что требуется провести несколько спускоподъ­ёмных операций для изменения КНБК (даже в предположении, что ствол “ ведет себя хорошо” с точки зрения направленного бурения). При возникновении проблем с вы­держиванием направления (непредсказуемое поведение КНБК) часто теряется много дней. Иногда случается еще хуже, скважина получается “извилистой”.

Появление MWD (система измерения во время бурения) дало  возможность большего контроля и стало возможным производить ориентировку в каждой стадии зарезки и набора/потери угла.  В мягких формациях стало возможным набирать/терять максимальный требуемый уровень (даже до +/-50⁰) при комбинации: долото/ забойный двигатель/кривой переводник/MWD при условии, что силы трения не становятся чрез­мерно большими. Это позволило сэкономить на одной спускоподъемной операции.

С появлением искривлённых двигателей стало возможным выполнить полный цикл с одной только КНБК, в состав которой входят : долото / искривлённый двигатель / ста­билизатор / MWD. КНБК этого типа рассматриваются в главе 11. Значительно большая цена с лихвой компенсировалась на экономии времени при спускоподъёмных опера­циях, удобством в работе и уменьшением износа буровой колонны.

Однако, на многих месторождениях работа “ по старинке “ оказывается дешевле. В дополнение, необходимо отметить, что условия в скважине становятся лучше (уменьшаются силы трения) если производится более одной спускоподъемной опера­ции. Были проведены серьезные исследования в рамках проекта DSE по сравнитель­ному анализу применения обычных роторных и искривлённых КНБК. Вышеприведен­ные аргументы во многом базируются на этих результатах.

Какой из этих двух вариантов можно рекомендовать клиенту? Часто бывает не­обходимым провести анализ расходы/выгода. Для Анадрилла более предпочтительным является использование искривлённого двигателя, чем применение прямого двигателя /кривого переводника. Однако, снижение расходов для клиента - определяющий фак­тор. И наконец, обычной практикой является - иметь на буровой, в запасе, обычный прямой двигатель с кривым переводником, когда применяется искривлённый двига­тель. Арендная стоимость его достаточно низка.

Появление забойных двигателей с устанавливаемым на буровой углом и с уста­новкой угла в забое сделало искривлённые двигатели еще более привлекательными. Буровой мастер больше не паникует, когда желаемая кривизна ствола не получается с определенной установкой угла. Однако, все же имеется еще достаточно широкая об­ласть, где следует отдать предпочтение обычным, прямокорпусным моторам с кривым переводником по соображениям более низкой стоимости бурения  без достаточно точ­ного выдерживания  запланированного профиля ствола  скважины.

 

Рисунок 5-1

Рисунок 5-2

РОТОРНЫЕ  КНБК

 

После зарезки с нужным направлением и наклоном с КНБК в состав которой входили : долото / забойный двигатель / кривой переводник, оставшаяся часть ствола может быть пробурена с использованием обычной роторной технологии.

 

 

Принцип работы роторной КНБК

 

Конструктивные особенности КНБК определяют траекторию ствола скважины. Конструкция КНБК может изменяться от очень простой (долото / УБТ / бурильные трубы), до сложной (долото / амортизатор / шарошечный расширитель / стаблизаторы / немагнитные УБТ / стальные УБТ / перепускной переводник / удлинительный перевод­ник / ясс / тяжелые бурильные трубы и обычные бурильные трубы. На рис. 5-1 пока­заны эти два крайних случая.

 

Боковая сила

 

 При любых КНБК на долото действует боковая сила (рис. 5-2), которая приво­дит к возрастанию угла (сила, направленная в положительную сторону - эффект шар­нира), не меняет наклон (результирующая сила равна нулю - стабилизированная КНБК) или уменьшает наклон (эффект маятника). Кроме того, изменения направления ствола (уход долота) может быть или сведен к минимуму, или увеличен путем изменения спе­цифики вращения КНБК или буровых параметров.

 

Жёсткость

 

Рисунок 5-3

Большинство буровых элементов, составляющих КНБК, можно рассматри­вать как полые цилиндры. (рис. 5-3).Их упругость можно легко вычислить.   Коэффициент упругости = Е * I, где   Е = модуль Юнга (фунт/дюйм2 )   I = момент инерции (дюйм4)   I = pi (OD4 - ID4) / 64, где   OD= наружний диаметр   ID = внутренний диаметр

Коэффициент упругости является мерой жесткости. В таблице 5-1 приводятся значения модуля Юнга для различных материалов. Обратите внимание на сколько алюминий мягче, а вольфрам тверже стали. Упругость стальных бурильных труб можно  вычислить следующим образом :

 

а)         Дано :    OD = 8”,   ID=2-13/16”

            Решение : E * I =30,0 x 10⁶ x pi * (8,0⁴ - 2,8125⁴) / 64 = 5,9397x10⁹

 

b)         Дано:   OD=7” ,  ID = 2-13/16”

            Решение: E x I = 30,0 x 10⁶  x pi x (7,0⁴ - 2,8125⁴) / 64 = 3,444 x 10⁹

 

 В этом случае уменьшение наружного диаметра на 12,5%  (при том же самом внутреннем диаметре трубы) приводит к уменьшению упругости на 42%!

 

При конструировании КНБК важным является учет упругости УБТ. При близком расположении MWD к долоту, совершенно необходимо знать упругость УБТ с MWD. В противном случае, полученная кривизна ствола скважины будет отличаться от ожидае­мой.

 

Материал	Используемый в	Фунт/дюйм2
сталь	бурильные трубы УБТ	30.0х106 30.0х106
алюминий	бурильные трубы УБТ	10,5х106 10,5х106
немагнитный сплав	немагнитные УБТ	26,0х106
нержавеющая сталь	немагнитные УБТ	28,0х106
карбид вольфрама	вставки долот	87,0х106
вольфрам	УБТ	51,5х106

 

Таблица 5-1

 

 

Рисунок 5-4

Гладкая (прямая) компоновка.

Эта простейшая КНБК   (долото,  УБТ,  бурильные трубы),  представлена на рис. 5-4. При отсутствии нагрузки на долото, действует только отрицательная (сила эффекта маятника) боковая сила. Максимальная маятниковая сила, действующая на долото оп­ределяется уравнением :

H = (Wc.L.BC.Sina)/2, где

L     - длина касательной

                        ВС  - выталкивающая сила

                        Wc  -  вес УБТ в воздухе (фунт/фут).

                        а      -  наклон

Чем больше наклон ствола, тем сильнее действие маятниковой силы. Если мы прикладываем аксиальную нагрузку (на долото), то этим самым вводится по­ложитель­ная (изгибающая) сила. Точка касания сдвигается ближе к долоту и этим са­мым умень­шается маятниковая сила. В некоторой точке достигается нулевая результи­рующая бо­ковая сила.

Применение более жестких УБТ приводит к возрастанию маятниковой силы. Для усло­вия баланса необходимо приложить больший вес на долото. Иногда это бывает невоз­можным.

Очевидным является то, что эта неопределенность при использовании прямой (глад­кой) компоновки приводит к непредсказуемым результатам. Поэтому этот тип КНБК не применяется в ответвленных участках ствола.

 

Рисунок 5-5

Рисунок 5-6

КНБК с одним стабилизатором

Одним из путей контроля точки касания  является установка стабилизатора в КНБК (рис. 5-5).

Если стабилизатор установлен достаточно далеко от долота, то он не оказывает влия­ния на его поведение.  Однако, если стабилизатор приблизить к долоту, то точка каса­ния изменится. УБТ между долотом и стабилизатором изгибаются если прилага­ется достаточно большая нагрузка. Точка касания возникает в том месте, где концен­триру­ются максимальные отрицательные боковые (маятниковые) силы. Передвижение ста­билизатора вниз приводит к появлению положительной боковой силы. УБТ, распо­ло­женная прямо над стабилизатором изгибается при возникновении нагрузки. Стаби­лиза­тор стремится сдвинуть  долото в сторону более высокой стенки ствола. Это назы­вается шарнирным эффектом. Увеличение нагрузки на долото приводит к увеличению скоро­сти набора угла.

Чем гибче УБТ прямо над наддолотным стабилизатором, тем больше скорость набора угла. Чем меньше наружний диаметр УБТ, расположенного сразу за долотом, тем ближе к долоту сдвигается точка контакта. И, таким образом, возникает большая поло­жительная боковая сила. Обычно КНБК с одним стабилизатором не применяется для набора угла.

 

КНБК с двумя стабилизаторами.

 

Простейшая КНБК с двумя стабилизаторами содержит наддолотный стабилиза­тор (расположенный на расстоянии 3’-6’от долота) и второй, удаленный на некоторое расстояние от него. (рис. 5-6).Для каждой определенной нагрузки на долото, расстояние от долота до первого стабилизатора (L₁) и расстояние между стабилизаторами (L₂) оп­ределяют точку касания. Если точка касания находится между стабилизатором долота и долотом, то тогда возникает отрицательная боковая сила (рис. 5-7).

Рисунок 5-7

Рисунок 5-8

 

Сравнение величин боковых маятниковых сил, действующих на КНБК с одним стабилизатором по сравнению с КНБК, в которую входят два стабилизатора, показано

на рис. 5-8. Второй стабилизатор увеличивает отрицательную боковую силу, уменьшая тем самым эффект положительной, способствующей набору угла боковой силы.

На рис.5-9 показаны КНБК с расстоянием между ними в 90’ и точкой касания, находя­щейся между ними. Показаны различные размеры долот и УБТ с нагрузкой на долото, равной 30000фнт.

На рис.5-10 показано влияние увеличения веса на долото. На практике, нагрузка на до­лото является наиболее важным параметром контроля скорости набора угла. Рас­шире­ние ствола в мягких породах (и скорость потока жидкости) имеет существенное значе­ние.

 

Рисунок 5-9

Рисунок 5-10

 

КНБК с несколькими стабилизаторами.

Установка третьего стабилизатора на 30 футов выше второго верхнего оказывает заметный эффект на отклоняемость КНБК. На рис. 5-11 представлен график зависимо­сти наклона от действия боковой силы для трех КНБК с двумя стабилизаторами. Рис. 5-12 показывает как применение третьего стабилизатора увеличивает боковую силу.

В структуре КНБК, предназначенной для выдерживания заданного направления,  применение третьего стабилизатора является существенным. Иначе, её поведение ста­новится непредсказуемым. 

Однако, на участке уменьшения наклона (выполаживания), два стабилизатора на КНБК - вполне достаточно. В большинстве случаев третий стабилизатор будет оказы­вать незначительное влияние. В любой КНБК желательно ограничить число стабилиза­торов тремя единицами если не возникнет настоятельная необходимость (например проблемы с дифференциальными прихватами).

Это помогает поддерживать крутящий момент в разумных пределах и умень­шает механические нарушения целостности поверхности ствола. На большинстве ме­сторождений во всем мире руководствуются именно этими соображениями.

 

Неполноразмерный наддолотный стабилизатор

Если диаметр стабилизатора, устанавливаемого около долота меньше чем ка­либр, то это приводит к уменьшению боковой силы, действующей на долото. С КНБК, предназначенной для набора угла, скорость набора угла уменьшается. С КНБК для вы­держивания заданного направления, возрастает потеря угла.            

Чем меньше диаметр стабилизатора, тем больше эффект. Стабилизатор с умень­шенным диаметром рекомендуется устанавливать в КНБК в начале участков уменьше­ния наклона ствола в “S”- образных скважинах.

 

Рисунок 5-11

Рисунок 5-12

 

Уменьшение диаметра второго стабилизатора

При уменьшенном диаметре второго стабилизатора (рис. 5-14), точке касания становится легче сместиться ниже его и облегчится набор угла. Чем меньше диаметр, тем больше эффект.

В структуру  КНБК, предназначенных для выдерживания заданного направления умышленно устанавливается второй стабилизатор уменьшенного диаметра. При этом преследуется цель создать условия, при которых результирующая боковая сила, дейст­вующая на долото, равнялась бы нулю.

 

Размывание стенок ствола

В мягких породах из-за высоких затрубных скоростей потока происходит эрозия стенок ствола (см. рис. 5-15). Выдержать направление или набрать угол становится бо­лее трудным делом (невозможно поддерживать достаточную нагрузку на долото). В очень мягких формациях может возникнуть необходимость использовать более низ­кую скорость потока при бурении, но при каждой остановке делать промывку с макси­маль­ной скоростью раствора. Если это не решает проблему, то можно попробовать приме­нить менее жесткую наддолотную УБТ. Если это не приемлемо, то может потре­бо­ваться продолжать проходку только за счет забойного двигателя. Для бурового мас­тера важно осознать, что в таких ситуациях он не сильно отстает от программы, т.к. форси­рование может привести к уходу от заданного направления и еще большими по­терям времени на корректировку.

Иногда может возникнуть необходимость пробурить пилотный ствол и затем пройти по нему с расширителем.

Рассмотрим типичные КНБК для набора , потери угла и удержания направления. Важно помнить, что здесь приводится только лишь минимально необходимые сведения . Опыт, приобретенный при работе на конкретном месторождении, поможет более точ­ной “настройке” КНБК.

Рисунок 5-13

Рисунок 5-14

 

КНБК для увеличения угла

 

На рис. 5-16 изображена обычно применяемая КНБК для увеличения наклона. Скорости набора угла порядка 5⁰/100фт. и выше возможны с использованием КНБК №9, в зависимости от геологических условий, наклона, диаметра ствола, диаметра УБТ и параметров бурения.

            

 

Рисунок 5-15

 

КНБК №3 применяется в качестве средства набора малых и средних углов и это ее свойство зависит от того, на сколько уменьшен диаметр среднего стабилизатора и на сколько “чувствительна” КНБК к нагрузке на долото. В КНБК для любых наборов угла, диаметр наддолотного стабилизатора должен максимально соответствовать калибру. Чем меньше диаметр ствола, тем более строгим становится это требование.

Интенсивность набора угла - очень важный параметр. Максимальной безопасной интенсивностью набора угла следует считать величину порядка 5⁰/100фт.

Если скорость изменения кривизны ствола - достаточно высока и это происхо­дит на небольшой глубине, то на стенках ствола могут образовываться уступы (желоба) по мере продолжения проходки. Обсадка этого кривого участка может быть в дальней­шем невозможна. Многие заказчики устанавливают максимально допустимую кривизну в 3⁰/100фт. (или еще меньшую).

Очень важным является нахождение в пределах кривизны, установленной заказ­чиком. Эффективная жесткость колонны увеличивается при увеличении скорости ее вращения. Это приводит к уменьшению скорости набора угла.

По мере увеличения наклона, становится легче набирать угол. Поэтому, если примене­ние MWD возможно, то желательно производить замеры координат как можно чаще во время набора. Это позволить избежать лишних и нежелательных локальных искривле­ний ствола. Может возникнуть необходимость уменьшения нагрузки на долото.

Обычной практикой является применение минимального числа УБТ в КНБК. Чаще всего устанавливают лишь две. Недостающий вес на долото получают за счет применения утолщённых бурильных труб. Вычисления необходимого веса следует де­лать с учетом выталкивающей силы, наклона ствола, положения бурильного ясса и со­ображений безопасности  т.е.  факторов, обычно не принимаемых в расчет при бурении обычных скважин.

 

Рисунок 5-16

Рисунок 5-17

 

 

КНБК для сохранения заданного наклона

Для поддержания наклона ствола в малых пределах, необходимо стремиться свести к нулю боковые силы, действующие на долото. КНБК этого типа должны быть жесткими. Жесткость КНБК помогает контролировать “уход” долота.

На практике часто возникают незначительные изменения наклона ствола даже при хорошем выборе КНБК. Однако, основная цель состоит в полной проходке долота без возникновения необходимости подъема колонны для замены КНБК. Опыт, приоб­ретенный на данном месторождении поможет в точной регулировке параметров КНБК.

На рисунке 5-17 показаны типичные КНБК, предназначенные для этих целей. КНБК для выдержки наклона при 30⁰  для диаметра ствола 12-1/4” показана на рис. 5-18. Если понадобится незначительно увеличить угол, то это можно сделать уменьше­нием среднего стабилизатора до 12”.

При бурении направленных скважин, необходимо позаботиться о постоянном нахождении на буровой комплекта стабилизаторов с размерами от 11-1/2” до 12-1/8” с “шагом” 1/8”.

 

Рисунок 5-18

 

На рис. 5-17 показана КНБК №1, которая может иметь тенденцию как к набору угла, так и к его потере. Применение в этой КНБК УБТ 8” для ствола 17-1/2” в мягких породах позволяет выдерживать направление. Однако, та же самая КНБК с теми же УБТ в стволе диаметром 12-1/4” имеет тенденцию к набору угла (0,5-1.0⁰/100фт.).

Особенности поведения КНБК этого типа определяют следующие факторы :

1. Диаметр ствола

2. Расстояние между над долотным стабилизатором и нижним стабилизатором колонны.

3. Жесткость расположенных после долота УБТ.

4. Размер стабилизаторов.

5. Влияние свойств пород.

6. Параметры режима бурения.

КНБК для выдерживания направления выполняют наибольшую часть работы бурения ответвленных скважин. Поэтому точный выбор КНБК имеет жизненно важное значение в сокращении числа спускоподъемных операций.

 

КНБК для потери угла

 

Рисунок 5-19

На рис. 5-19 показаны основные КНБК, применяемые для потери угла. КНБК №5 (60фт. маятниковая) - наиболее распро­страненная, когда требуется высо­кая ско­рость потери угла (1,5-40/100фт.) в на­правленных ”S”- образных скважинах. Однако, “S”-образные скважины обычно планируются со скоростью потери угла 5-20 /100фт. Это диктуется необходимостью предотвращения образования уступов на стенках ствола и чрезмерного износа труб.  Таким образом, обычно практикуют на­чало выпол­нения падения угла раньше чем это предусмотрено программой с менее агрессивной КНБК, включающей в себя уменьшенный наддолотный стабилизатор. (модификация КНБК №1). Скорость по­тери угла порядка 1-1,50 часто бывает дос­тижима  с такой КНБК. После набора на­клона   примерно  150  (  при которой точка

гравитационной силы намного меньше) производится подъем и затем используют КНБК №5 для продолже­ния бурения до проектной глубины. Однако, этот план обсуж­дается с заказчиком, по­скольку возникает необходимость дополнительной спускоподъ­емной операции.

Скорость потери угла обычно существенно замедляется при наклонах менее 8-10⁰. При наклонах, менее 2⁰ скважина считается вертикальной. Однако необходимо проследить за продолжением потери угла с тем, чтобы убедиться, что угол не увеличи­вается.

При использовании маятниковой КНБК  контроль направления ствола очень не большой. Иногда ствол чрезмерно отклоняется с потерей угла при бурении трехкониче­ским долотом. Необходимо иметь некоторый допустимый диапазон отклонений при начале потери угла. Скорость вращения должна поддерживаться достаточно высокой.

КНБК для выдерживания направления с уменьшенным наддолотным стабилиза­тором часто применяют на наклонных участках, когда ствол находится чуть выше про­ектного и возникает необходимость опуститься с малой интенсивностью потери угла (обычно 0,1-0,5⁰/100фт.). Скорость потери угла определяется степенью уменьшения диаметра наддолотного стабилизатора.  Подобрать необходимый размер этого стабили­затора - искусство. Опыт бурения соседних скважин трудно переоценить при решении этой задачи.

 

Специальные КНБК

 

Установка стабилизатора непосредственно над наддолотным (стабилизатор-тан­дем)  - обычное дело в направленном бурении. Альтернативой этому может быть уста­новка наддолотного стабилизатора с более длинной частью касания со стенкой (боль­ший контакт со стенкой ствола). Это может привести к высокому крутящему моменту в обоих случаях.

Вследствие возросшей жесткости тандема стабилизаторов, расстояние между ним и следующим обычно увеличивают по сравнению со случаем установки стандартного.

 

Расширитель с цилиндрическими шарошками

 

В породах средней твердости, где крутящий момент велик, может возникнуть необходимость замены какого-то или всех стабилизаторов в КНБК. Хорошей альтерна­тивой стабилизаторам может стать расширитель с цилиндрическими шарошками. Од­нако, несмотря на то, что вращение станет относительно легким, с точки зрения        направленного бурения, их поведение отличается от стабилизаторов. Как пра­вило, их установка приводит к появлению тенденции потери угла. Поэтому, расстояние между наддолотным расширителем / стабилизатором и последующим расширите­лем/стабилизатором должно быть больше по сравнению с обычной компоновкой только со стабилизаторами. Точное расстояние определяется из опыта работы на кон­кретном месторождении.

Другой альтернативой является комбинация тандема наддолотного расшири­теля/ стабилизатора колонны. После каждого подъема важно проверить состояние рас­ширителя и при необходимости заменить изношенные части.

 

Струйные КНБК

 В очень мягких породах одним из самых простых и дешевых способов зарезки является применение сильной струи. Струйный способ хорошо совместим с MWD. Не­смотря на то, что требуется некоторая “работа” колонной, шоковые нагрузки на теле­систему не выше предельных (порода мягкая).

Струйный метод имеет то преимущество, что зарезка в нужном направлении с  требуемым максимальным набором угла может быть проделана без дополнительных спускоподъемных операций.

 

 

Рисунок 5-20

 

Другим случаем применения зарезки струйным методом является “втискивание” еще одной скважины в имеющийся куст, пробуренный с платформы, когда нет доста­точно надежных данных координатных исследований. Струйный метод более безопа­сен с точки зрения возможности “столкновения” с другим стволом, чем в случае при­менения забойного двигателя.

 

 

Рисунок 5-21

 

На рис.5-21 показана типичная струйная КНБК, обычно применяемая для за­резки скважины с размером ствола 17-1/2” на небольших глубинах (порядка 500фт.).

Необходимые меры предосторожности с работой струйной КНБК:

1. Планируйте работу !  Включите в КНБК достаточное количество УБТ (глу­бина небольшая) для возможности получение достаточной нагрузки на долото. Жела­тельно иметь УБТ 12х8” и утолщённые бурильные трубы 30х5” в колонне при выпол­нении струйной работы. В расчетах нагрузки на долото, учитывайте наклон.

2. Не включайте в струйную КНБК бурильный ясс.

3. Не делайте интервал размывания слишком длинным. Постоянно проверяйте кривизну. Удлиняйте /укорачивайте интервал размывания по мере надобности. Вы­правляйте излишнюю локальную кривизну расширителем/струйным методом и посто­янно производите замеры. Хорошо бы первые 5 футов проходить промывкой, затем 2фута - бурением. Проверяйте результирующую кривизну.

 

КНБК для прямого ствола

 

Раньше для контроля отклонения ствола в вертикальных скважинах чаще всего применялись маятниковые 60 футовые КНБК. Этот способ и сейчас используется на некоторых месторождениях. Однако, при сильной нагрузке на долото, долото в такого типа КНБК подвержено “уходу” от заданного направления.

В настоящее время более предпочтительным оказывается применение жестких КНБК. Они дают большую возможность бурения почти вертикальных скважин. Если возник самопроизвольный отход от намеченного направления из-за неоднородности породы, то можно при помощи забойного двигателя или маятниковой КНБК скоррек­тировать направление и затем опять возобновить проходку с той же самой КНБК.

 

КНБК “джиллигэн”

 

Рисунок 5-22

КНБК “джиллигэн”- гибкая КНБК для набора угла, предназначенная для выпол­нения специаль­ных задач, где требуется высокая скорость набора угла. Например, в случае когда мы находимся зна­чительно ниже расчетного уровня и с меньшим уг­лом наклона, чем нужен в данной точке. В горизон­тальном бурении, применение роторного набора угла - более легкий и быстрый способ проходки, чем с использованием забой­ного двигателя при ус­ловии, что потом мы сможем скорректировать на­правление ис­кривлённым двигателем . В зависимости от гибкости трубных компо­нент, находящихся прямо над наддо­лотным стаби­лизатором (гибкости УБТ, утолщённых труб и даже бурильных труб), достижимы скорости набора угла порядка 6-100/100фт. Очень важным является сокра­щение интервалов замера координат и слежение за достигнутой скоростью набора угла. При увеличе­нии угла, скорость набора угла возрастает. В этих КНБК включают гибкое звено (утол­щённой трубы) прямо над  долотом. Из -за их не­достаточно хорошей управляемости и слишком большого набора угла, в настоящее время, в связи с появлением искривлённых двигателе, КНБК этого типа применяют достаточно редко. Однако их все же применяют в некоторых случаях. При­мер КНБК “джиллигэн” показан на рис. 5-22.

 

Проблемы, присущие всем КНБК

 

Влияние различных свойств пород

Часто на  определенной глубине  поведение КНБК существенно изменяется. На­пример, КНБК, которая до глубины 5000фт. “держала направление” вдруг начинает терять угол. Почему?  Если допустить, что это не связано с выработкой стабилизаторов, то, скорее всего изменения в породах - наиболее вероятная причина тому. Очень важ­ным является наличие хорошей базы данных о геологических условиях в данном месте и способность предвидения проблем.

В направленном бурении постоянными “поставщиками” проблем являются абра­зивные породы.   Применяйте стабилизаторы с хорошим антиизносным покрытием или с впрессованными пластинами из карбида вольфрама. При подъеме проверяйте размер стабилизаторов. Следите за образованием борозд на теле стабилизаторов, это - хорошее указание на необходимость его замены.

В случае возникновения трудностей с потерей угла, в некоторых случаях приме­няются УБТ с большим наружным диаметром в качестве нижней части маятника. Дру­гая возможность - применение коротких вольфрамовых УБТ. Концентрация того же самого веса на более короткой длине должно сильнее повлиять на возникновение боко­вой маятниковой (отклоняющей) силы.

 

Износ долота

 

В длиннопротяженной секции ствола скважины в мягкой породе с жесткими прослойками долото с длинными зубцами может выработаться. Резко падает скорость проходки. Результирующая боковая сила уменьшится из-за более сильного давления стабилизаторов на стенку ствола.

Таким образом, КНБК, которая держала направление до этого момента, начнет терять угол. Однако, вследствие расположения измерительной аппаратуры на сущест­венном расстоянии от долота, это уменьшение угла не может быть замечено во время. Если изношенные зубья долота будут интерпретированы как образование глинистого сальника на нем, то, при продолжении проходки, в стволе могут возникнуть серьезные проблемы. Может случиться так, что возникнет потеря до 6⁰ при значительной кри­визне ствола. Вдобавок, долото с изношенными зубьями имеет тенденцию к “уходу”. В этой ситуации необходимо достать изношенное долото. 

 

 

Непредвиденный уход

 

В мягких породах, когда сразу после зарезки с помощью забойного двигателя с кривым переводником (набор или потеря угла) опускают роторную КНБК с несколь­кими стабилизаторами, необходимо принять особые меры предосторожности. Цирку­ляцию необходимо прекратить сразу же перед точкой зарезки. КНБК должна быть втиснута при полной скорости потока. Буровой мастер в это время должен находиться на своем месте. Если вращение колонны - абсолютно необходимо, то делайте это с ми­нимальной скоростью и сократите время вращения до минимума.  Риск ухода от нуж­ного направления - высок. Многие точки зарезки были потеряны в различных частях света из-за отсутствия необходимой тщательности исполнения этой операции.

Когда зарезка делается в пилотном стволе в мягкой породе, до установки обсад­ной колонны необходимо проработать расширителем.

 

Заклинка  долота

 

В твердых породах проверять размер долота при каждом подъеме - особенно важно. При спуске нового долота и/или КНБК неизбежно долото начнет работать как расширитель и колонна будет зависать. Если продолжать попытки “вдавить” долото на забой, то оно будет заклинено.

 

Дифференциальный прихват

 

В местах, где возникновение дифференциальных прихватов - проблема, можно установить более трех стабилизаторов для уменьшения поверхности контакта УБТ со стволом. Однако, расстояние между этими дополнительными стабилизаторами должно быть таким, чтобы на поведение колонны это не отражалось. их наличие приводило бы лишь к возрастанию сопротивления крутящего момента.

В местах потенциально опасных для возникновения дифференциального при­хвата, время на измерения координат необходимо свести к минимуму.

 

Параметры бурения

 

Высокая скорость вращения приводит к тому, что колонна “становится более жесткой”. Поэтому, для выдерживания направления при использовании очень гибкой КНБК в фазе роторного набора угла, необходимо поддерживать скорость вращения на столько высокой, на сколько это возможно.

Однако, в этом случае необходимо вместе с инженерами  MWD установить при­емлемый диапазон во избежание резонансных явлений.

Типичными величинами скоростей для долота режущего типа на участке набор угла/выдерживание направления в стволе, диаметром 17-1/2”,  могут быть скорости  порядка 160 - 170 об/мин. В стволе, размером 12-1/4” скорости вращения обычно ниже (100 - 140), по условиям продления жизни долоту и по ряду других причин.

Чтобы спровоцировать отход в право, рекомендуется понизить скорость враще­ния и одновременно увеличивать нагрузку на долото, если наклон ствола это позволяет.

Долота режущего типа имеют тенденцию к уходу влево. Это можно учесть при планировании направляющего угла перед зарезкой. Для осуществления этого необхо­димо учитывать опыт работы в данном районе.

Для увеличения скорости набора угла - увеличьте нагрузку на долото. Это - обычно практикуемый способ. Однако, при достижении веса на долото определенной величины, может возникнуть обратный изгиб при использовании гибкой колонны для набора угла. Предполагаемая максимальная величина этой нагрузки для ствола 17-1/2” составляет 55000фнт.  Если набор угла при этом значении нагрузки не увеличивается, то маловероятно, что дальнейшее увеличение веса улучшит ситуацию.

Очень важно тщательно следить за скоростью проходки. Параметры бурения обычно должны меняться очень часто. При наличии MWD, не существует извинений за слабый контроль скорости проходки. Уход от проектного направления ствола гораздо хуже, чем излишнее внимание к координатным параметрам.

 

Элементы КНБК

 

Что иметь постоянно на буровой для возможности сборки КНБК, которая может понадобиться в будущем (в пределах разумного), - решает руководитель направленного бурения. Все оборудование, которое прибывает на буровую, должно быть проверено и принято под отчет. Необходимый запас двигателей, кривых переводников и т.д. необ­ходимо всегда иметь под рукой.

Для роторных КНБК предлагается иметь следующее :

1. Набор стабилизаторов (обычно втулочного и интегрального типов для разме­ров ствола 17-1/2” и меньшего) с перекрытием стенок ствола на 360⁰. 

2. Короткие УБТ - жизненно важны для КНБК заданного направления. По воз­можности, необходимо иметь комплект коротких УБТ с размерами 5, 10 и 15 фут. В дополнение, там где имеется магнитная интерференция от колонны и забойного двига­теля и ожидаются проблемы при наборе угла, необходимо иметь немагнитные (а не стальные) короткие УБТ.

3. Следите за тем, чтобы на буровой имелось в достаточном количестве буриль­ных и утолщённых бурильных  труб.

4. Следите за наличием необходимого количества и размера насадки для долот (включая и те, которые могут понадобиться при работе с забойным двигателем.).

5. Имейте по крайней мере одну запасную УБТ каждого размера.

6. Все типы переводников (перепускные, наддолотные и.т.п.), которые могут по­надобиться позже.

Смотрите вперед ! В направленном бурении необходимо думать по крайней мере на одну КНБК дальше.

 

Краткое обобщение

 

1. При наборе угла всегда используйте полноразмерный наддолотный стабили­затор.

2. Чем более гибкая наддолотная УБТ, тем больший угол можно набрать.

3. При наборе и потере (в S-образных скважинах) угла как можно более внима­тельно следите за результатами замеров координат, чтобы быстро принять необходи­мые решения.

4. При работе со струйными КНБК не удлиняйте слишком процесс размывания. Следите за нагрузкой на долото при работе струей и “проталкивании”.

5. При потере угла, используйте либо наддолотные стабилизаторы уменьшен­ного размера (для плавной потери угла), либо не устанавливайте их совсем (маятнико­вая КНБК для резкой потери угла).

6. КНБК, которая удерживает заданное направление с уменьшенным стабилиза­тором, установленным выше короткой УБТ, начнет терять угол, если этот стабилизатор будет полноразмерным.

7. В скважинах S-образного типа, начинайте потерю угла раньше с помощью слаботеряющей наклон КНБК и при достижении наклона, скажем, 15⁰ - замените ее маятниковой.

8. Не старайтесь набрать угол, находясь в цели. Лучше входите в цель со слабой потерей угла.

9. Три стабилизатора - вполне достаточно для КНБК. В маятниковой КНБК дос­таточно установить два.

10. Уменьшайте количество УБТ  на столько, на сколько это возможно. Приме­няйте толстостенные трубы для создания необходимой нагрузки на долото.

11. Старайтесь использовать “стандартные” КНБК с предсказуемым поведением. Не применяйте КНБК  с нестандартными изменениями на новом месторождении. Сна­чала получите необходимую информацию об особенностях данного района.

12. КНБК “джиллигэн” - не стандартная. Применяйте ее только в случае крайней необходимости.

13. Руководитель работы должен находиться на буровой во время захода ротор­ной КНБК в точку зарезки, особенно в случае мягкой породы. Не допускайте “ухода” направления ствола.

14. После зарезки и корректировки направления  в твердых породах, тщательно проведите расширение ствола с помощью забойного двигателя и КНБК, которая будет применяться в дальнейшем. Добейтесь устранения излишнего сопротивления движе­нию колонны в этом месте.

15. В твердых и/или абразивных породах тщательно измеряйте размеры стаби­лизаторов при каждом подъеме. При необходимости - замените стабилизаторы. Про­верьте долото. Если размеры его уменьшились - потребуется провести расширение ствола. Не пытайтесь насильно “заталкивать” долото  в твердой породе.

16. Тщательно проверяйте все буровое оборудование до начала и после оконча­ния работы. Хорошо бы завести журнал учета образования и развития раковин на по­верхности оборудования. Внимательно следите за состоянием торцов соединений.

17. В районах с повышенной опасностью дифференциального прихвата, сводите к минимуму время замеров координат. Не оставляйте колонну долго в неподвижном состоянии.

18. Поведение какой-либо КНБК в одном месте может существенно отличаться от ее поведения в другом. Опыт работы в конкретном районе необходим для “точной настройки” КНБК.

19. Решение о подъеме колонны для замены КНБК - находится в компетенции руководителя работы. В идеале, этот подъем должен быть согласован с необходимо­стью замены долота.

20. На наклонном участке ствола скважины, изменение КНБК может быть све­дено к замене втулки стабилизатора, находящегося прямо над короткой УБТ. Весь фо­кус состоит в определении того, на сколько нужно изменить ее размер. Иногда измене­ние размера лишь на 1/16” приводит к существенному изменению поведения КНБК.

21. Высокие скорости вращения делают КНБК более жесткой и этот эффект по­могает уменьшить “уход долота” в породах с такими свойствами.

22. Обычно, легче бывает набрать угол с меньшей скоростью вращения. Однако, иногда желательно применять высокие скорости вращения на стадии набора угла в це­лях более надежного контроля направления. Нагрузка на долото - основной параметр бурения, влияющий на скорость набора угла.

23. Для помощи “ухода долота в право” желательно применять более высокую нагрузку на долото и меньшую скорость вращения.

24. В мягких породах может возникнуть необходимость уменьшения скорости потока и увеличения нагрузки на долото для уменьшения размывания стенок ствола. Будьте аккуратны ! При каждом наращивании (до его начала) - промывайте ствол пол­ным потоком раствора.

25. Проработка ствола является эффективным методом контроля скорости на­бора угла в мягких породах. В более жестких породах, этот метод становится менее эффективным.  Однако, даже в твердых породах, проработка ствола при каждом нара­щивании помогает уменьшить силы со противления.

26. Меньшая кривизна = более пологий ствол = малые силы трения = меньший крутящий момент = меньше износ труб = меньше проблем с образованием уступов на стенках ствола = меньше проблем при спускоподъемных операциях . Все эти вещи об­легчают жизнь. Однако, нам еще нужно попасть в цель!

Всё про нефть и газ \Главная \Начало \Литература \Подразделы \Разное \бурение горизонтальных скважин