Литература(Разное)

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

ГЛАВА 3 Раздел 6

Обязанности на буровой

 

Обязанности инженера направленного бурения

 

 

Вес КНБК

 

            До завершения конструирования КНБК необходимо сделать оценку максималь­ной требуемой нагрузки на долото. Это будет зависеть от специфики долота и породы. На забое, реально прилагаемой нагрузки также зависит и от особенностей  КНБК с точки зрения ее способности к выдерживанию какого - либо заданного направления.

            КНБК должна обеспечивать необходимую нагрузку на долото для соответст­вующей ситуации. Число УБТ необходимо свести к минимуму и необходимый вес обеспечить за счет применения толстостенных бурильных труб (хевивейт - труб).

            Нейтральной точкой N буровой колонны называется место, где меняется напря­жение сжатия на напряжение растяжения. Все, что ниже точки N,  находится в сжатом состоянии, а все, что выше - в растянутом. На рис. 6-1 показана ситуация, где N  нахо­дится на УБТ.

 

Рисунок 6-1

Рисунок 6-2

            Вес одного фута длины каждого размера УБТ и хевивейт- труб - известен. Сле­довательно, вес КНБК, находящейся в воздухе можно легко вычислить. Однако, в даль­нейшем, нам нужно будет скорректировать этот вес в соответствии с условиями в стволе.

            В любой скважине необходимо учитывать эффект плавучести колонны в буро­вом растворе (BF). Чем выше вес бурового раствора, тем ниже величина BF  и меньше вес, доходящий на долото. Плавучесть может существенно повлиять на вычисление нагрузки на долото. Для бурового раствора с 14 фунт/галлон, 21% веса, измеренного на воздухе, “ теряется “ из-за эффекта плавучести.

            На рис. 6-2 показан объект, имеющий вес W, лежащий в плоскости рисунка с  наклоном под углом а.  W можно разложить на две составляющие: одна из них - пер­пендикулярна плоскости, другая - параллельна плоскости. Перпендикулярная компо­нента Р давит на плоскость и создает силу трения. Параллельная компонента L - застав­ляет объект скатываться вниз по плоскости и является оставшейся частью силы, кото­рую можно использовать как нагрузку. Таким образом, компонента W, которую можно использовать как вес (нагрузку) на долото определяется как:

L = W cos a

            Для отклоняемых скважин, максимальный наклон должен определяться вычис­лениями веса на долото, который можно приложить.

            Вес, который можно приложить к долоту =(Вес КНБК с учетом плавучести)* cos угла наклона.

            Таким образом, в стволе с наклоном в 45⁰, эффективный вес КНБК на долото составляет лишь 71% веса, который был бы в вертикальном участке скважины.

            На негоризонтальных участках ствола бурильные трубы не должны работать с нагрузкой сжатия. Для обеспечения постоянной нагрузки растяжения бурильных труб, нейтральная точка должна быть либо на хевивейт-трубах, либо - на УБТ. Очевидно, чем меньше нагрузка на долото, тем ниже располагается точка N. Поэтому, конструкция КНБК должна быть такова, чтобы обеспечивать работу в самом худшем случае, - при максимально прилагаемом весе  на долото.

            В вычислениях необходимой нагрузки на долото, применяется фактор безопас­ности. Её величина обычно составляет 10%-25%.

            Рассмотрим ствол с наклоном а.

Вес КНБК в воздухе = (необходимая нагрузка на долото + фактор безопасно­сти)/(фактор плавучести * cos a).

            Может применяться и комбинированная буровая колонна. Обычно она включает в себя два (или более) различных размера УБТ, находящихся ниже хевивейт-труб. Эф­фективная нагрузка на долото расчитывается как и в вышеприведенном примере, но с учетом различного веса этих УБТ.

            В заключение, необходимо рассмотреть положение бурильного ясса. Механизм ясса должен находиться под напряжением растяжения в 5000фнт  во избежание нахож­дения в нейтральной точке . Для оптимальной его работы в направлении “ вниз”, ясс необходимо разместить так, чтобы по крайней мере 5000фнт. веса КНБК  находились бы над ним. Натяг в 20000фнт. достаточен для обеспечения 8” свободного хода под­вижного механизма яса. Ясс может работать в режиме растяжения или сжатия. Если яссы 6 1/4” или 6 1/2” работают при сжатии, то их часто размещают близко к основа­нию начала 5” хевивейт-труб.  Яссы, размером 7 3/4” и выше, должны размещаться на УБТ.

            Пример

 

Скважина 12 1/4”, Зенитный угол 30⁰, Азимут N25⁰W, плотность раствора = 12фунт/галлон.

            Предложите комбинированную компоновку КНБК для выдерживания направле­ния.

            Ясс 6 1/2” будет работать под натяжением. Нам потребуется лишь 1х30’ немаг­нитной УБТ выше MWD. Максимальный требуемый вес на долото - 45000фнт.  Ис­пользуйте 10% -й фактор безопасности.

            Замечание: Нижняя часть КНБК (которая определяет способность КНБК к вы­держиванию заданного направления) выбирается на основе полученного опыта бурения в данном районе.

            Вес КНБК ниже ясса  = (необходимый вес на долото  + фактор безопасности) / (фактор плавучести * cos наклона) =(45000+4,500)/(0,817* cos30⁰) = 69,960фнт.

 

8”х2 13/16” вес УБТ 4642,6 фнт на фт длины

6 1/2” х 2 1/2” вес УБТ 2979,8 фнт на 31 фт. длины

5” х 3” вес хевивейт- трубы 1480 фнт. на 30 фт. Длины

 

            Замечание: При первичном выполнении вычислений нагрузки на долото полезно знать:

Вес одной хевивейт-трубы 5” х 3” приблизительно равен весу одной 8” х 2 13/16” УБТ.

            Нижние 120 футов КНБК будут определять ее свойство выдерживать направле­ние. Существует несколько возможностей обеспечения полного необходимого веса КНБК.

 

8 х 8” УБТ.................................................  = 37,140 фнт.

6 х 6 1/2” УБТ ..........................................  = 17,878 фнт.

11 х 5” Хв..................................................  = 16,280 фнт.

Полный вес КНБК в воздухе................. =  71,300 фнт.

 

Замечание: Немагнитные УБТ и УБТ для MWD рассматриваются как часть 8” УБТ.

Типичная КНБК могла бы быть:

 

12 1/4” долото + 12 1/4 стабил. + 8” спиральн. УБТ + 12 1/8” стаб. + MWD + переп. клап. + 12 1/4 стаб. +1х8” немагн. УБТ + 6х8”УБТ + Х/О + 6х6 1/2”УБТ + Х/О +11х5” хевивейт-тр. + гибкий замок + 6 1/2”ясс +9х5”хевивейт тр.

 

            Замечание: С точки зрения выбора положения ясса, необходимо учитывать сле­дующее:

            При растягивающей нагрузке:  Наихудшая ситуация возникает при макси­мальной нагрузке на долото. Поэтому, ясс должен быть удален от долота как можно дальше, чтобы на нем поддерживалась нагрузка минимум - 5000 фнт. При уменьшении нагрузки на долото, ясс - тем более будет находиться под нагрузкой растяжения.

            При нагрузке сжатия:  Наихудшая ситуация возникает при максимальной на­грузке на долото из-за того, что натяжение на механизме ясса - уменьшается.  Ясс дол­жен быть, поэтому, расположен достаточно далеко от долота. По мере возрастания на­грузки на долото, подвижный механизм ясса все ближе “приближается” к минимальной нагрузке растяжения в 5000фнт.

            При выборе КНБК , ясс должен располагаться так, чтобы даже в наихудшем случае обеспечивать работу. Однако, это не всегда удается осуществить на практике. Когда по условиям бурения необходимы большие вариации нагрузки на долото, меха­низм ясса может находиться близко к минимальнодопустимому растяжению в 5000 фнт. Длительность таких условий должна быть сведена к минимуму и, по возможности, устранена совсем.

            На практике, хорошим компромиссом является расположение ясса у самого ос­нования свечи из хевивейт-труб. Даже если яссы сжаты в КНБК, то маловероятно, что их механизмы будут иметь нагрузку растяжения в 5000 фнт. при бурении.

В заключение, относительно расположения яссов в КНБК, существует только два ограничения:

            1.  Механизмы яссов должны всегда быть под растягивающим напряжением в 5000фнт. при бурении. Яссы могут работать “при сжатии” с точки зрения прилагаемого веса на долото. Однако, из-за эффекта плавучести, наклона ствола, натяжение выше ясса при бурении должно быть по крайней мере на 5000фнт. меньше, чем растягиваю­щая сила давления внутри механизма ясса.

            2.   Над яссами необходимо иметь 5000фнт. веса КНБК для того, чтобы иметь  некоторую массу для воздействия ясса. Эти 5000 фнт. вместе с 20000 фнт. бурильных труб выше КНБК дают минимальное значение установки ВНИЗ ясса. В главе 6 об этом написано более подробно.

 

Работа с буровым оборудованием.

            Инженер направленного бурения должен находиться на буровой площадке во время поднятия с пола или укладки на него КНБК. При этом необходимо руководство­ваться нижеприведенными правилами и строго соблюдать правила безопасности.

            1.  Описание последующей КНБК должно быть передано буровому мастеру и его помощнику заранее. Инструменты, предназначенные к поднятию, должны быть про­маркированы и идентифицированы помощником бурового мастера (или, если это воз­можно, оператором крана). Ни в коем случае не должно возникать ситуации, когда не понятно, что именно поднимается/опускается.

            2.   При перемещении забойных двигателей, УБТ, стабилизаторов и.т.п. необхо­димо пользоваться краном. Во избежание возможного повреждения оборудования, не­обходимо применять соответствующую подъемную технику.

            3.  Проверьте наличие протекторов резьбы на всем оборудовании, предназна­ченном для направленного бурения, особенно при укладке его на пол и поднятии.

            4.   Не загораживайте поле зрения бурильщика, при проведении рабочих опера­ций с КНБК. Никогда не становитесь между бурильщиком и роторным столом.

            5.   Будьте внимательны, находясь на буровой во время проведения там любых работ. Оденьтесь в соответствующую рабочую одежду и наденьте защитный шлем.

            6.   Планируйте (консультируясь с буровым мастером) наиболее эффективный и безопасный способ подъёма и спуска КНБК.

            7.   Перед началом подъемной операции убедитесь, что буровой мастер знает используемую КНБК и при подъеме не возникнет ситуации непонимания.

8.   Проверьте поверхность каждого элемента КНБК до развинчивания соедине­ний. Небольшие повреждения торцов можно устранить на месте. Проверьте также резьбовые соединения. Помните, что резьбовые соединения УБТ подвержены повреж­дениям размывания.

9.   Убедитесь в том, что имеется соответствующая смазка замков компонент КНБК и, что щетка для очистки резьбы и контейнер со смазкой поддерживаются в чис­том состоянии на сколько это позволяют условия буровой.

            10.  Проверяйте величину крутящего момента при каждом соединении. Длина плеча момента должна быть известна. Если датчик крутящего момента неисправен, - буровой мастер может использовать “EZY-TORQ:(если он имеется в наличии). В лю­бом случае, прежде чем продолжать работу, необходимо предпринять все действия для точного определения закручивающего момента. Иногда это может вызвать дополни­тельные затраты времени на ремонт или замену датчиков.

            11.  При замене втулок стабилизатора иногда приходится применять молоток. Убедитесь, что рабочий, выполняющий эту операцию, пользуется защитными очками, а лица, не имеющие отношения к выполнению этой работы, находились бы на безопас­ном расстоянии.

            12.  Буровой мастер не должен использовать вес УБТ для проталкивания перепу­скного клапана (размещенного в верхней части долота) в наддолотный стабилизатор. Этот метод может привести к заталкиванию резинового уплотнителя перепускного клапана в область резьбового соединения долота и стабилизатора.

            13.  Не находитесь рядом с роторным столом во время открытия противовыбро­сового превентора.

            14.  Обычно, инженер MWD следит за подъемом / спуском УБТ для MWD. Если по какой-либо причине он не может этого делать - инженер по направленному бурению должен проследить за осторожностью при выполнении этих операций.

            15.  С особой осторожностью следует обращаться с забойным двигателем. Нельзя использовать подъемный переводник двигателя для подъема других элементов.

            16.  Будьте аккуратны при обращении с щитками - турбулизаторами КНБК.

            17.  Иногда представитель компании может спросить мнение инженера по на­правленному бурению о состоянии долота при его подъеме. Правильная оценка его со­стояния инженером повысит мнение о нем со стороны руководства.

18.  Хорошее взаимопонимание между инженером направленного бурения и бу­ровым мастером имеет жизненно важное значение для успешной работы. Инженер должен работать с буровым мастером вместе, а не как надзиратель. Кооперация ведет к успеху.

           

Изменение направления ствола

            Технология отклонения ствола применяется на платформах для бурения новой скважины вблизи других с минимальным риском столкновения. Обычно начальный участок ствола бурится с небольшим набором угла (примерно 1/100’) в выбранном на­правлении. Из-за магнитной интерференции от соседних обсадных колонн, ориента­цию выполняют по результатам гироизмерений.

            Другими случаями изменения направленности ствола являются:

            1.  Бурение скважины, начало ствола которой - на одной стороне платформы, а конечная цель  - на другой, когда между начальным и конечным направлениями ствола находятся другие скважины.

            2.  Продолжить горизонтальный участок ствола на столько, на сколько это воз­можно. 

            3.  В случаях, когда отход от вертикали - большой по сравнению с истинной суммарной вертикальной глубиной.

 

          Технология зарезки.

 

            *  В мягких породах, когда объем информации о соседних стволах не достато­чен, самым безопасным методом является струйный. Применение забойного двигателя - менее предпочтительно из-за возможного столкновения с соседними скважинами.

            *  Самым распространенным методом является применение забойного двига­теля. Существуют два способа:

            1. Применение долота 17 1/2” и забойного двигателя 9 5/8” с кривым переводни­ком с углом установки 1-1/2⁰. Эта комбинация даст небольшое закривление. Ствол расширяют до нужного размера после работы двигателя.

            2.  Применение долота 26” и забойного двигателя 9 5/8”. В этом случае требу­ется больший угол установки на кривом переводнике (2⁰). В мягкой породе в стволе большого диаметра трудно набрать угол. Эта техника, также приводит к необычно вы­сокому износу двигателя.

 

          Ориентация

 

Рисунок 6-3

Забойный двигатель/кривой переводник КНБК можно использовать для зарезки скважин, коррекции ствола или для отхода от вертикали. Типичная КНБК для этих це­лей представляет собой:           Долото, забойный двигатель, кривой переводник, перепускной клапан, ориенти­рующий переводник (UBHO), немагнитные УБТ, стальные УБТ, хевивейт-трубы, бурильные трубы.             Конец корректировки направленности ствола может быть завершен только пра­вильной ориентацией двигателя. Направление, в котором  должен остаться инструмент после ориентации можно найти с помощью OUIJA BOARD.В этом методе используют векторные диаграммы. Применение OUIJA BOARD будет объяснено в другом месте этого раздела.             Оно может быть найдено также и математически. Для того, чтобы действи­тельно знать как расположена ось кривого переводника, могут быть использованы раз­личные методы. Замеры должны дать нам наклон, направление и угол поворота относи­тельно оси. Во всех случаях ось кривого переводника должна оставаться опорной для определения угла поворота относительно оси. До недавнего времени, пока не появи­лись надежные системы MWD, обычно ориентировались с помощью магнитного     ме­тода     ориентации  или  с  помощью

метода “ пера “. Магнитный метод ориентации редко применяют сегодня. Там, где приходится обходиться без MWD, применяют метод “ пера “. На рис. 6-3 приводится иллюстрация применения этого метода. Наклон ствола, направление и ориентация относительно оси считываются с измерительного диска. На­клон относительно оси - показатель отклонения оси кривого переводника.

 

          Реактивный момент.     

            Реактивный момент создается потоком бурового раствора, действующего на ста­тор. При бурении с забойным двигателем, по мере возрастания нагрузки на долото, крутящий момент, подаваемый на долото - увеличивается . При этом имеется соответ­ствующий крутящий момент, действующий на корпус мотора и направленный против часовой стрелки. Он стремится повернуть ось мотора и, следовательно, целиком КНБК против часовой стрелки. Это меняет ориентацию кривого переводника. Основным не­достатком метода отклонения с применением забойного двигателя вместе с кривым переводником является трудность выдерживания нужного направления из-за действия реактивного момента. При ориентировании с ориентирующим переводником, инженер обязан оценить на сколько повернется КНБК при начале бурения из-за действия реак­тивного момента. Это - одна из областей, где требуется проявить “искусство”.

            Параметры на забое, особенно давление, должны поддерживаться постоянными при работе с забойным двигателем. Это должно обеспечить постоянство реактивного момента и, следовательно, поворота КНБК (при условии равномерности породы).

            Уменьшение скорости потока бурового раствора приводит к уменьшению реак­тивного момента. Уменьшение нагрузки на долото приводит к уменьшению реактив­ного момента. И наконец, применение менее агрессивного долота приводит к уменьше­нию реактивного момента.

            При струйном методе отклонения реактивный момент - отсутствует. Однако, все же имеется тенденция долота к повороту в право при работе сопла. Обычно величина отклонения не превышает 20⁰ и она может быть легко компенсирована при установке инструмента.

 

Магнитный и гравитационный способы ориентации

относи­тельно оси

 

От вертикали до приблизительно 5⁰ наклона ствола, гравитационные силы - ми­нимальные. Ствол не имеет четко определенную верхнюю (нижнюю) стенку. До этого момента, ориентация устанавливается относительно Севера.

 

Рисунок 6-4

Рисунок 6-6

           

            Этот способ называется магнитной установкой ориентации. При наклонах, больших чем 5⁰ ориентация устанавливается по высокой (потолочной) стороне ствола как опорной. Этот метод называется ориентацией по высокой стороне или гравитаци­онным.  Это относится ко всем способам измерения координат.

Рисунок 6-5

Если в ствол опустить отвес, то гравитационная сила будет стремиться прижи­мать его к нижней стенке. Высокая сторона ствола расположена под углом в 1800 от нижней стенки.             Гравитационный способ ориентации представлен на рис. 6-4. На рис. 6-5 пока­заны различные положения ориентации относительно верхней стенки ствола. Если гра­витационный датчик показывает точно 00, то при бурении забойным двигателем не произойдет изменения в направлении ствола. Вся отклоняющая способность кривого переводника или кривизны корпуса будет направлена на набор угла ствола. Наоборот, при показаниях в 1800 будет теряться угол. На рис.6-5 представлена идеализированная ситуация. Необходимо придерживаться следующих правил:

            а. При наклонах ствола больших чем 30⁰, когда показания гравитационного дат­чика составляют 60⁰, при бурении забойным двигателем с использованием кривого пе­реводника, происходит потеря угла ствола одновременно с поворотом. При больших наклонах, эффект даже более очевиден.

            b.  При повороте налево, - эффект более выражен, поскольку реактивный момент действует в том же направлении, что и вес КНБК, долото начинает “рыскать”  (рис. 6-6). Таким образом, при коррекции влево, необходимо быть очень внимательным при установке ориентации относительно оси. Рысканье долота приводит к образованию участков различной кривизны при потере угла вместе с поворотом на лево.

            Чем больше наклон ствола, тем большие разрушения стенок могут произойти. Необходимо иметь в виду и то, что в рыхлых породах из-за гидравлической эрозии так же происходит потеря угла.

            с.  “Правильно” выполненной коррекцией может считаться та коррекция, при которой наклон ствола при подъеме оборудования остался таким же как при спуске. Вся отклоняющая “мощь” кривого переводника была направлена на поворот ствола. В этом случае получаемая кривизна - минимальна при использовании комбинации до­лото/забойный двигатель/кривой переводник. На практике, поскольку идеальный слу­чай редко достигается, необходимо стараться как можно меньше менять наклон ствола при выполнении корректировки. Следует  помнить, что  корректировку безопаснее проводить с небольшим набором угла, чем с его потерей.

            Угол можно потерять потом (если потребуется) с использованием роторной КНБК.

            d.  На основе вышесказанного, понятно, что необходимо заранее предвидеть некоторое падение угла при установке осевой ориентации больше чем 60⁰ по отноше­нию к высокой стенке. В табл. 6-1 представлены значения ожидаемого реактивного момента для различных глубин, для  большей части двигателей различных заводов - изготовителей. При выполнении коррекции в лево, имейте в виду, что величина мо­мента будет больше, чем вычисленная на основе руководства по применению забойных двигателей. Если определенная осевая ориентировка при бурении приводит к увеличе­нию наклона при повороте влево (т.е. реактивный момент оказывается меньшим, чем требуется), необходимо при следующей установке долота сместить его дальше влево.

            При выполнении коррекции вправо, помните, что реактивный момент будет меньше  вычисленного на основе руководства по применению забойных двигателей. Если эта установка приводит к увеличению наклона при повороте направо (т.е. момент оказывается большим, чем требуется), то при следующей установке нужно сориентиро­вать долото еще правее.

            Из вышеприведенного видно, почему коррекция в право считается более легко выполнимой, чем влево.

            В обоих случаях, основная цель состоит в том, чтобы правильно начать коррек­цию. Если с самого начала бурение начнется правильно и продолжится на расстоянии до прохода первого замка, то кривой переводник “ляжет” в эту выемку и будет стре­миться остаться там. Тогда можно будет легко сделать небольшую поправку. Ствол бу­дет поворачиваться плавно. Из таблицы 6- 1  видно, что, по мере увеличения наклона ствола, правильная установка угла относительно оси становится более важной.

 

Зарезка / корректировка / направленный отход

 

            По-видимому, это самая трудная и ответственная часть работы инженера на­правленного бурения. Здесь мы будем иметь дело с магнитной (не гироскопической) ситуацией.

            При ориентации с помощью метода “пера”, на его магнитном координатном  диске имеются пять компонент, определяющие направленность и ориентацию относи­тельно оси (рис.6-3).

 

            а).  Опорная линия  на кривом переводнике.

            b).  Шпонка втулки UBHO,(выставленная точно по по опорной линии).

            с).  Хвостовик “пера” на основании измерительной передачи. Выемка на “пере” расположена на шпонке (b).

            d).  Положение Т-головки снеббера на вершине измерительной передачи. При сборке измерительной передачи, она должна быть точно выставлена по центру выемки “пера”.

            е).  Указатель на приборе измерения угла по компасу (для инструментов Sperry-Sun) или для других приборов, где индикатором является стрелка или короткая жирная линия, должен быть направлен под углом 180⁰ по отношению к d. 

 

 

          Оценочные значения реактивного момента для забойного двигателя 1:2

Оценочные значения левого момента при зарезке в вертикальном стволе.

 

Глубина зарезки (фт)	Оценочные значения момента
0 -500 500 -1000 1000 - 1500 1500 - 5000 5000- конечная глубина	200 левый момент 250 левый момент 350 левый момент 500 левый момент 100/1000’

Оценка изменения направления момента при установке отклонителя 95⁰ при максимальном повороте

 

		Осевая ориентация относительно высокой стенки ствола
Глубина	угол ухода ствола	для левого поворота	для правого пово­рота
от поверхности до 1000’	2 -50 5-100 10 -150 15 -200 20 -250 25 -300 30 -350 больше 350	400 влево 300 влево 150 влево 100 влево 50 влево 00 50 вправо 5 вправо 0	1400 вправо 1350 вправо 1300 вправо 1250 вправо 1200 вправо 1150 вправо 1100 вправо 1050 вправо
от 1000 до 2000фт	2 -50 5 -100 10 -150 15 -200 20 - 250 25 -300 30 -350 больше 350	300 влево 200 влево 100 влево 50 влево 00 50 вправо 50 100 вправо	1550 вправо 1400 вправо 1350 вправо 1300 вправо 1250 вправо 1200 вправо 1150 вправо 1100 вправо
от 2000 до T.D	2 -50 5 -100 10 -150 15 -200 20 -250 25 -300	250 влево 150 влево 50 влево 00 50 вправо 100 вправо	1800 вправо 1700 вправо 1650 вправо 1450 вправо 1250 вправо 1150 вправо

 

Таблица 11 - 1

 

Управляемый инструмент

 

            Применяется однопроводниковая линия (на поверхностное оборудование непре­рывно подаются параметры ориентации относительно оси). Применима как аналоговая, так и цифровая система передачи информации.

            *  Применяется точно такая же система установки, что и в вышеприведенном случае. (выемка “пера” сидит на шпонке хвостовика втулки внутри специального пол­нопроточного переводника UBHO.)

            *  Реактивный момент хорошо виден на аналоговом дисплее.

            *  Можно применять или циркуляционную головку или переводник с боковым проходом с центровкой по вкладышам рабочей трубы.

            *  Можно применять только в ориентированном (не роторном) бурении.

            *  Имеет свойство фиксировать на пленку измерения показаний магнитного диска в стволе до подъема на

поверхность. Это - хорошее средство двойной проверки предыдуших измерений.

 

Применение оборудования MWD вместе с КНБК, с забойными двигателями

 

            а.  В этом случае работа по направленному бурению становится намного легче. Однако, в этом случае  угол установки (отсчитываемый по часовой стрелке, если смот­реть вниз по стволу) от базовой ориентации MWD относительно оси по отношению к опорной линии кривого переводника должен быть точно измерен. Этот перекос затем нужно ввести в компьютер, расположенный на поверхности. Данные, считываемые на поверхности, будут означать положение опорной линии кривого переводника как ре­зультат или магнитного способа ориентации относительно оси, или гравитационного (при угле наклона ствола больше 5⁰, когда четко определяются нижняя и верхняя стенки ствола).

            b.  Иногда, сразу же над MWD, устанавливается переводник UBHO. Это оказы­вается полезным в случае отказа MWD, если необходимо провести измерения коорди­натных параметров.

*.  Шпонка втулки UBHO выставляется точно по опорной линии кривого переводника (после выполнения всех соединений)

*.  Координатный диск будет давать ту же информацию, что и в случае ориентировки без MWD с той лишь разницей, что в этом случае мы будем находиться дальше от до­лота.

            Замечание:

            Во всех случаях, опорная линия кривого переводника будет основной для опре­деления ориентации относительно оси. Именно она определяет будет ли набор/потеря угла, поворот ствола вправо / влево.

            Замечание:

            Из - за большого значения крутящего момента забойного двигателя, обычно считается невозможным на практике сориентироваться при помощи UBHO. Всегда, когда это возможно, - используйте MWD.

 

Ориентация с помощью гироскопа

 

            а.  Применяются тот же самый переводник UBHO как и при магнитной ориен­тировке.

            b.  Применяется хвостовик “пера” на основании измерительного механизма (точно такой же как и при магнитном методе)

            с.  Остальная часть гиро - измерительного механизма отличается (но эквива­лентна) магнитной системе.

            d.  Обычно эту систему применяют только на небольших глубинах, когда рядом расположены другие скважины. Как только магнитная интерференция упадет до при­емлемого уровня, то сразу переходят на магнитный метод или (если это возможно) ис­пользуют MWD.

 

Процедура зарезки

 

            1.  Соберите КНБК для зарезки. (см. раздел 7). Опустите ее в скважину.

            2.  При достижении забоя, - пустите кратковременную циркуляцию. Разгрузите колонну от напряжения момента кручения.

            3.  Зафиксируйте ее клиньями для захвата труб.

            4.  Мелом нанесите метку на бурильной трубе в клиньях (со стороны видимости ее буровым мастером) и продолжьте ее вдоль корпуса роторного стола. Положение метки можно будет в дальнейшем изменить по желанию. Эта фиксированная отметка будет в дальнейшем нашей опорной точкой на поверхности.

            5.  Выполните измерения ориентировки.

            6.  Снимите показания измерений. Что действительно важно в этом случае, так это ориентация относительно оси, поскольку наклон ствола будет незначительным. Ак­куратно снимите показания ориентировки относительно оси. Т.к. пока еще нет высо­кой/нижней стенок ствола - ориентировка относительно оси определяется направле­нием, например S50⁰W. Снимите и зарегистрируйте показания направления, наклона и магнитной ориентировки относительно оси.

            7.  Делая поправку на свойства породы и реактивный крутящий момент от дви­гателя, вычислите какой должна быть установка ориентации относительно оси, чтобы бурение происходило бы в нужном направлении. Например, направление цели - N30⁰W, вычисленный крутящий реактивный момент двигателя - 40, направляющий угол равен 8⁰ влево.

            Желаемое направление ствола N38⁰W. Требуемая установка ориентации относи­тельно оси N2⁰E.

8.  Поверните буровую колонну на величину угла, необходимую для установки ориентации относительно оси в нужном направлении. В вышеприведенном случае - поверните колонну на 130⁰ вправо. Сотрите первоначальную метку на трубе. Замените ее новой с фиксированной опорной линией.

            9.  Работайте колонной с помощью застопоренных элеваторов.

            10.  Проведите проверочное измерение координат.

            11.  Снимите показания. Ориентация относительно оси должна быть близка к желаемой установке.

            12.  Подсоедините квадратную штангу. Перенесите метку с бурильной трубы на один из зажимов квадрата. Застопорьте роторный стол, убедившись, что подвижная и неподвижная метки располагаются на одной прямой.

            13. Пробурите на величину одного соединения. Соблюдайте обычные предосто­рожности при работе с забойным двигателем. Старайтесь поддерживать давление в за­бое постоянным для обеспечения постоянства реактивного момента кручения.

            14.  Аккуратно наверните следующую трубу. Старайтесь не вращать колонну. Аккуратно перенесите подвижную метку на новый замок бурильной трубы. Кривой переводник должен находиться в том же самом положении, что и при предыдущем этапе бурения.

            15.  Проведите измерения координат (наклон, направление, ориентация относи­тельно оси).

            16.  При необходимости - измените ориентацию относительно оси. Действи­тельная величина реактивного крутящего момента может отличаться от ожидаемой.

            17.  Если в ориентировке относительно оси были сделаны лишь небольшие из­менения, то, в этом случае, нет необходимости производить дополнительное провероч­ное измерение. При застопоренном роторном столе, бурите до следующего соединения.

            18.  Повторите шаги 13 - 17. Между двумя последующими измерениями должно быть пробурено  расстояние не более двух замков. 

            19.  При достижении наклона около 5⁰, для определения ориентации относи­тельно оси используйте гравитационный метод. Будьте внимательны при снятии пока­заний с измерительного диска. На инструментах Eastman и Sperry Sun направления вос­ток и запад изменены на противоположные.

            Замечание:  Важно помнить, что координаты определяются приблизительно на рас­стоянии 45-50 футов позади долота.

            20.  При наборе угла приблизительно 15⁰ в мягких породах (8⁰ в твердых поро­дах) в нужном направлении, КНБК поднимают.

 

Замечание:  Из-за того, что координаты определяются на расстоянии 50 футов позади долота, единственным способом проверить, что направление ствола в районе долота совпадает с тем, что мы определили по диску, - это пробурить еще длину двух соедине­ний с ориентацией относительно оси по высокой стороне стенки. Если эта ориентация не является близкой к высокой стороне, то при бурении следующего участка на длину двух замков может возникнуть существенная разница от действительного направления ствола и тем, что мы измерили при предыдущем замере до подъема КНБК. Таким обра­зом, до окончания зарезки,  необходимо предпринять все усилия, чтобы убедиться в правильности направления ствола даже если для этого потребуется набрать угол в 20⁰ или больше (при условии разумного объема потери времени), иначе, ситуация может оказаться еще хуже.

            21.    В дальнейшем, набирайте угол роторной КНБК. Наберите максимальный угол.

            Замечание:  Если нет гироинструментов для измерений координат, то можно использовать известное направление, ориентируясь по характерным объектам, распо­ложенным на поверхности в районе буровой. После сборки КНБК, предназначенной для зарезки, опорная линия кривого переводника маркируется и выравнивается в соот­ветствии с выбранным известным направлением. По мере спуска колонны в забой, метка тщательно переносится от одного соединения к другому. При неглубоко зале­гающей точке зарезки, коммулятивная ошибка не должна превышать 20⁰. После буре­ния интервала равного нескольким соединениям, можно переходить на магнитный спо­соб ориентации.

 

Корректировка ствола

 

            Принятие решения о необходимости проведения коррекции является одной из наиболее важных обязанностей инженера направленного бурения. То, что коррекция необходима, когда становится ясно, что возникает ситуация непопадания в цель - дос­таточно очевидно. Но решение о том, когда начать коррекцию принять не так просто. В этой ситуации существенную роль начинает играть опыт. Ниже приводятся основные правила:

1.  Не начинайте коррекцию слишком рано. Уход ствола в сторону может продолжаться после подъема забойного двигателя. Поэтому в дальнейшем может пона­добиться вторая коррекция. Это приводит к слишком большому числу спускоподъем­ных операций. В определенной точке уход ствола может прекратиться (или даже на­чаться в противоположном направлении). Поэтому, дайте возможность породе про­явить все свои особенности прежде, чем начать работу двигателем.

            Замечание:  Иногда заказчик может предпочесть выполнение коррекции  до установки обсадной колонны. Каждая такая ситуация должна определяться требова­ниями заказчика. Между инженером направленного бурения и заказчиком не должно существовать отсутствие взаимопонимания.

            2.  Не откладывайте коррекцию на слишком позднеее время.  Чем ближе мы находимся к цели, тем более сильное изменение направления необходимо выполнить, чтобы попасть в нужную точку.

            3.  Типичная корректировка должна быть в пределах 5⁰ - 12⁰ изменения на­правления.  Обычно это означает, что корректировка двигателем продолжается на длине, равной 5 - 12 длинам труб.

            4.  Старайтесь выполнить корректировку до того момента, когда порода станет слишком твердой. Чем тверже порода, тем ниже скорость проходки.

            5.  Правильно подбирайте кривой переводник. Изготовители забойных дви­гателей представляют данные по достижимой кривизне с различными комбинациями “долото/двигатель/кривой переводник”. Не пользуйтесь большим, чем требуется кри­вым переводником. 

            Пример: Ствол 12-1/4”. Наклон ствола = 35⁰. Нам нужно изменить направление ствола на 8⁰, выдерживая набранный угол.

Применение забойного двигателя 7-3/4” в стволе 12-1/4” может привести к ожидаемой кривизне, равной 2,5⁰ на 100 футов. (табл. 6-2).

Используем уравнение API для уравнения кривизны:

 

DLS=(100/L)*cos^-1(sinq₁*sinq₂cosA+cosq₁cosq₂)⁰ /100’

 

	5” забойный двига­тель		6 1/2” забойный двигатель		7 3/4” забойный двигатель		9 5/8” забойный двигатель		12” забойный двига­тель
Угол кривого перевод-ника	Диаметр ствола	Угол перекоса	Диаметр ствола	Угол перекоса	Диаметр ствола	Угол перекоса	Диаметр ствола	Угол перекоса	Диаметр ствола	Угол перекоса
10 1 1/20 20	6”	30 30’ 40 45’ 50 30’	8 3/4”	20 30’ 30 30’ 40 30’	9 7/8”	20 30’ 30 45’ 50 00’	13 1/2”	20 00’ 30 00’ 40 30’	17 1/2”	20 00’ 40 00’ 50 30’
10 1 1/20 20 2 1/20	6 3/4”	30 00’ 30 00’ 50 00’ 50 45’	9 7/8”	10 40’ 30 30’ 30 45’ 50 00’	10 5/8”	20 00’ 20 30’ 40 15’ 50 30’	15”	10 45’   30 45’ 50 00’	22”	20 00’ 30 15’ 40 00’
10 1 1/20 20 2 1/20	7 7/8”	20 30’ 30 30’ 40 30’ 50 30’	10 5/8”	10 15’ 20 00’ 30 00’ 40 00’	12 1/4”	10 45’ 20 30’ 30 30’ 50 00’	17 1/2”	10 15’ 20 15’ 30 00’ 40 30’	26”	10 45’ 30 00’ 30 30’

 

Где:

           q₁ = наклон ствола в начале интервала

           q₂ = наклон ствола в конце интервала

           А = изменение направления ствола на протяжении интервала

           L = курсовая длина

 

            При наклоне в 35⁰, оценка скорости поворота равна 4,4⁰ на 100 футов. Таким образом, следует ожидать, что 8- ми градусная коррекция произойдет на длине в 200 футов (т.е. около 7 соединений).

 

            6.  Для размеров стволов, больших чем 8-1/2”, для корректировки приме­няйте кривые переводники с углом 1-1/2⁰ или 2⁰. Бывает, что в стволах большого размера (например 17-1/2”) в очень мягких породах для получения достаточной кри­визны может понадобиться кривой переводник с углом 2-1/2⁰.

            7.  Чем больше наклон ствола, тем меньше скорость поворота для данной кривизны. Это видно из вышеприведенного уравнения. При более высоких углах на­клона (обычно при >40⁰⁾, необходимо применять кривой переводник с углом в 2⁰. В противном случае, коррекция займет много времени.

            8.  Если мы знаем, на какую величину нужно изменить направление и знаем ве­личину ожидаемого закривления, то мы сможем оценить сколько соединений необхо­димо выполнить для завершения коррекции.

            9.  Выбор долота - важен. Оцените как много соединений необходимо сделать для выполнения коррекции. Хорошо бы на основе этой информации оценить необхо­димое количество часов работы забойного двигателя. Применяйте те долота, которые способны выполнить необходимый для коррекции объем работы без замены.

            10.  Старайтесь не терять угол при выполнении коррекции. Применяйте кривой переводник для плавного поворота ствола. (Очевидно, что это проще делать при наличии MWD). Наклон ствола можно уменьшить в дальнейшем при работе с роторной КНБК.

 

Ойия-доска

 

Вычисления с помощью ойия-доски.

           

            Предсказание последствия движения забойного двигателя является существен­ным при планировании коррекции курса. При использовании забойного двигателя, точка, в которой осуществляется замеры координатных параметров, обычно находится на расстоянии 45-60 футов позади него и необходимо вычислять скорость набора угла и поворота ниже этой точки.

Рисунок 6-7	Средство, которое можно использовать для определения поведения двигателя называется диаграммой Рэгланда, или в форме логарифмической линейки - доска ойия.  Любой программируемый калькулятор можно легко запрограммировать для выдачи той же самой информации, что и доска- ойия. Метод доски ойия основан на простой векторной диаграмме, показанной на   рис. 6-7.    Всякий вектор
имеет абсолютную  величину и направление. Вектор наклона имеет величину, равную наклону ствола и направление соответствует направлению ствола. Из векторной диаграммы можно сделать следующие выводы:

            1.  Для данной кривизны ствола, изменение направления, которое можно полу­чить, уменьшается по мере увеличения наклона.

            2.  Когда между точками замера изменения направления отсутствуют, то кри­визну определяет наклон.

           На ойия-доске имеется 5 шкал (рис. 6-8). Это:

               1.  Предыдущий угол отклонения. Обычно - это 2 шкалы (0-30 и 20-60)

               2.  Кривизна  (полуокружность)

               3.  Изменение направления. Это наружняя шкала.

               4.  Новый угол отклонения. Это вращающаяся шкала.

               5.  Вращение инструмента. Радиальные линии, берущие свое начало из центра полуокружностей кривизны показывают установки ориентации инструмента относи­тельно оси (0⁰ - 180⁰ относительно высокой стороны стенки).

            Нужно знать 3 из этих 5 величин. С помощью ойия-доски мы сможем затем найти оставшиеся 2.

            Замечание:  Полуокружности являются полуокружностями кривизны. Однако, только в случае, если курсовая длина равна 100 футам,  они прямо выражают кривизну ствола. Во всех остальных случаях они дают кривизну в градусах для данного рассмат­риваемого интервала.

            Кривизна (⁰ / 100’) = (изменение угла * 100)*(курсовая длина)^-1

            При использовании КНБК с [забойный двигатель/кривой переводник], мы имеем хорошие оценки для ожидаемой кривизны или из документации по забойным двигате­лям, или по предшествующему опыту работы в данной местности. Мы можем преобра­зовать кривизну в изменение угла на рассматриваемом интервале с помощью ойия - доски. По мере продвижения бурения, действительное значение достигаемой кривизны

может меняться из-за наклона ствола и/или изменения свойств породы. В соответствиис этим мы можем скорректировать исходные данные для работы с ойия-доской.

            Ей пользуются в зависимости от многих возможных комбинаций известных ве­личин и от того, что нам необходимо вычислить. Однако, в каждом случае последова­тельность действий следующая:

            1.  Установите предыдущее изменения угла (в окне) для известной величины.

            2.  Расположите две другие, известные величины на доске.

            3.  Снимите показания двух других неизвестных величин с доски.

            Замечание:  Очевидно, что с помощью доски невозможно определить величину реактивного крутящего момента. Действительная ориентация относительно оси откло­няющего инструмента для достижения определенной цели будет отклонена в право на величину большую, чем на ойия-доске. Эту разницу определяет реактивный момент, действующий на отклоняющий инструмент.

            Замечание: Доска применяется только в случаях с наклоном ствола > чем 5⁰, т.е., когда определена высокая стенка ствола.

 

Типичные методы работы с ойия-доской.

 

Оценка изменения направления и кривизны.

 

            В этом случае нам нужны надежные результаты измерений измеренной глубины ствола, наклона и направления. Курсовая длина легко вычисляется.

            1.  Установите величину наклона в первой точке измерения на шкале “Предыдущий угол изменения“

            2.  Установите вращающуюся шкалу для соответствующего деления “ Результи­рующее изменение направления “ на внешней шкале.

            3.  Установите величину наклона во второй точке измерения на линейке “ Новый угол изменения “.

            4.  Снимите показания изменения угла с того места, где второй наклон пересе­кает полуокружность изменения угла.

 

            Замечание:  Действительное изменение угла может попасть между двумя полу­окружностями . В этом случае, мы оцениваем эту величину.

 

            5.  Для нахождения кривизны - нормализуйте изменение угла к 100 футам курсо­вой длины. 

            Найдите установку ориентации относительно оси для необходимого поворота при наборе/потере угла.

 

В этом случае, мы знаем предыдущее изменение угла и желаемое изменение на­правления.С помощью соответствующей величины кривизны, мы, таким образом, смо­жем найти необходимое изменение угла. Имея 3 входных параметра, с помощью доски мы находим новое изменение угла (наклон) и ориентацию относительно оси.

Как пользоваться ойия-доской.

 

Рисунок 6-8   Ойия - доска. (А) - шкала текущего наклона.  (В) - скользящая шкала. (С) - Вращающаяся шкала. (D) - шкала изменения угла. (Е) - Шкала риен­тировки относи­тельно    оси. (F) - шкала изменения направления.

Получение желаемого угла набора /потери  при повороте ствола.              В этом случае, мы знаем кривизну, курсовую длину, изменение угла при преды­дущем измерении и желаемое изменение угла при следующем. Мы вычисляем измене­ние угла. По доске мы находим оценку изменения направления и ориентацию относи­тельно оси.             Вычислите курсовую длину, необходимую для получения требуемых результа­тов измерения. В этом случае, мы знаем желаемые величины наклона и направления в конце курсовой длины неизвестной величины. Мы знаем угол отхода в настоящий мо­мент, новый угол отхода и изменение направления. С помощью этих величин мы нахо­дим кривизну по ойия-доске. Зная кривизну (из предыдущих измерений), мы можем вычислить требуемую курсовую длину. На доске так же определена и ориентация отно­сительно оси.              Вычислите новые ожидаемые величины наклона и направления при данной ориентации относительно оси и кривизне ствола.               Зная ориентацию и курсовую длину, можно вычислить изменение направления. Таким образом, мы знаем предыдущее изменение угла, ориентацию относительно оси и изменение направления. Новое изменение угла и изменение направления определяются по доске. Зная изменение направления, легко найти ожидаемое направление ствола.

    

Вычисления отклонения инструмента.

 

            Основные формулы, на которых основан метод ойия-доски перечислены ниже. Все они могут быть выведены из векторной диаграммы, представленной на рис. 6-7, с помощью простых тригонометрических функций.

Рисунок 6-9

Изменение направления =   (a2+b2-2abcosc)1/2   где:   b = изменение угла в точке 1   а = изменение угла в точке 2   с = изменение направления

 

Установка ориентации относительно оси.

1. Если b>a, т.е угол теряется вдоль курсовой длины, то

TF = 180⁰ - tg^-1 asinc(b - acosc)^-1

 

2. Если b<a, т.е. угол набирается вдоль курсовой длины, то

TF= tg^-1 asinc (acosc - b)^-1

 

Ожидаемое изменение направления ствола.

с= tg^-1 (изменение направления * sin (ориентация отн. оси) (b + (изменение направления *cos(ориентация отн. оси)))^-1  

 

Максимальновозможное изменение направления.

c_max = sin^-1 (изменение направления) (изменение угла)^-1

 

          Рэгланд-диаграмма.

            Результат различной установки ориентации инструмента относительно оси можно визуально проследить, нанося на бумагу с полярными координатами результаты измерений в каждой точке наклона и направления. Этот метод известен как Рэгланд-диаграмма (рис. 6-9). Концентрические окружности, разделенные  равными промежут­ками, представляют собой изолинии равного наклона. Длина линии, соединяющей две точки измерения на диаграмме, является изменением направления между двумя этими точками. С помощью этой диаграммы можно наглядно проследить за способностью к отклонению от направления инструмента в зависимости от ориентации относительно оси.  И наоборот, поскольку диаграмма имеет шкалу, мы можем предсказать результат отклонения направления в зависимости от ориентации инструмента  при заданной кри­визне (при условии, что величина реактивного момента нам известна).

 

Постоянная скорость поворота к цели.

            Применение комбинации забойный двигатель/кривой переводник или забойного двигателя с изменяемой кривизной корпуса для коррекции позволяет обычно быстро выполнить эту операцию. Поворот происходит на достаточно коротком  участке.

При принятии решения о необходимости коррекции курса, нам нужно определить среднюю скорость поворота по всей длине дуги от начального положения до цели. По­хожа ли эта постоянная скорость поворота на “естественный” уход долота и / или на влияние свойств породы?

            Если да, то мы можем отложить на некоторое время выполнение корректировки. Если нет, то мы можем задействовать забойный двигатель или мы можем подождать и “ дать возможность скважине самой по себе скорректироваться “. Каждый случай дол­жен быть хорошо обдуман инженером направленного бурения.

            В любом случае, в каждой точке замера координат, мы должны быть готовы к необходимости вычисления скорости поворота влево, вправо для попадания в левую, правую или центральную часть цели в горизонтальной плоскости. Мы предполагаем, что поворот ствола будет происходить с постоянной скоростью от последней точки замера координат до цели. Нам необходимо знать три величины, определяющие ско­рость поворота ствола, для того, чтобы определить попадем ли мы в цель при выполне­нии корректировки.

 

Рисунок 6-10

Рисунок 6-11

 

Общий поворот, необходимый для попадания в цель.

            Предположим, что мы провели измерения координат и это позволило нам опре­делить местонахождение некоторой точки S в прямоугольных координатах на плоско­сти (рис. 6-10). Азимут ствола по отношению к северу равен а. Цель расположена в точке Т. Направление от точки S к точке Т равно b. Значит, для того, чтобы непрерыв­ным образом попасть в нужную нам точку, азимут должен измениться на величину с = (b-a).

            Если предполагается, что ствол поворачивается с одинаковой скоростью от S до Т, то мы можем начертить дугу, противолежащей углу d. Радиус кривизны дуги  (Rc) = OS = OT. Угол d лежит между ними. Линия XY=касательной в точке S. Она представ­ляет собой азимут, при последнем измерении координат.

            OS перпендикулярна XY. Следовательно, угол OSY=90⁰.Также, угол OSY=(e+c). Поэтому, угол OST=(90⁰-c).Линии OS и ОТ  - одной и той же длины.По­этому треугольник OST -равнобед­ренный. Следовательно, угол OST= углу OTS = e.Сумма углов = 180⁰= (e+e+d) = (2e+d).Поэтому, e= (180⁰-d)/2 = (90⁰-d/2).С другой сто­роны, мы имеем е = (90⁰-с).Поэтому, (90⁰ - d/2) = (90⁰-c).    Таким образом, d=2c

            Cледовательно, если поворот происходит с постоянной скоростью, то полная величина поворота, необходимого для попадания в цель, равна удвоенной величине угла от точки последнего замера координат до цели. Это должно быть основным пра­вилом при практической работе. Конечный азимут в цели будет (a+d)=(a+2c).

 

          Скорость поворота, необходимая для попадания в цель.

            Пользуясь чертежом горизонтальной проекции ствола, мы можем вычислить Скорость Изменения Направления Курсового отклонения на 100 футов длины. Назовем ее r.  Для вычисления скорости поворота на 100 футов измеренной глубины, мы должны учесть наклон ствола. Назовем эту скорость поворота rt.  Пусть I=среднему наклону ствола, который удовлетворяет условию попадания в цель.    rt=rsinI

            Радиус кривизны (Rc)=180⁰ / r*p. Поэтому, r=180⁰ /Rc. Нам необходимо вычислить Rc. Проведем ОР перпендикулярно ST. OS=OT=Rc. SP = (OS² - OP²)^1/2 . PT = (OS² - OP²)^1/2 Поэтому, SP=PT. Следовательно SP=ST/2. Угол SOP = (180⁰ -90⁰ - e)=90⁰ - e = c. Rc дуги ST = OS = SP/sinc. Но, SP=ST/2. Поэтому, Rc = OS = ST/2sinc. Теперь можно вычислить длину дуги ST. ST = 2p*Rc*d/360⁰. Rc = OS = ST/2sinc    и     d = 2c.             Поэтому длина дуги ST = 2p*2c /360⁰ 2sinc = p*ST*c / 180⁰ sinc.

            Скорость поворота в горизонтальной плоскости, необходимая для попадания в цель = [(полный поворот)*100/(длина дуги)]⁰ / 100 футов= 2с*100*180*sinс/p*ST*c(36000*sinc/p*ST)⁰ / 100’ курсов. откл.

            Поскольку необходимо учитывать наклон ствола по отношению к цели (I), скорость поворота на 100 футов измеренной глубины дается выражением:

ROT = [(36000*sinc*sinI)/ (*ST)]⁰ / 100’ курс. откл.

            Практически, это очень точный и быстрый способ измерения скорости поворота, необходимого для попадания в цель с левой стороны, с правой стороны или в центр.  Следует иметь в виду, однако, что этот метод предполагает постоянство скорости пово­рота на протяжении всего пути от точки последнего замера координат до цели. Этот метод лучше всего подходит для участков с постоянным наклоном. Очевидно, что вы­числения на участках набора/потери угла более сложны.

 

Процедура

1.      Вычислите координаты по результатам последнего замера. Нанесите координатные данные как на вертикальный, так и на горизонтальный разрезы ствола.

2.      На горизонтальной проекции чертежа измерьте транспортиром направление ствола от последней точки замера координат до левой, правой и центральной части цели. Не­зависимо от этого, вычислите эти величины, используя разницу координат.

3.      Разница между азимутом ствола при последнем замере и вышеперечисленными ази­мутами дадут величину мгновенного поворота (в лево или в право), необходимого для попадания в левую, правую или центральную части цели.

4.       Из вышеприведенного  мы знаем, что полный поворот, необходимый для того, чтобы попасть в любую часть цели (при повороте с постоянной скоростью) должен быть в два раза больше величины “мгновенного” поворота. Таким образом мы сможем вычислить величину суммарного поворота, необходимого для попадания в левую, пра­вую или центральную части цели.

5.       Из чертежа вертикальной проекции мы можем оценить измеренную глубину (MD), остающуюся от нашей точки последнего измерения координат до цели. (Мы исполь­зуем оставшуюся TVD и предполагаем, что наклон ствола будет выдерживаться от точки последнего замера до цели). В подавляющем большинстве случаев эти величины очень близки к величинам, определяемыми программой направленного бурения.

4.      Скорость поворота вправо/влево  необходимая /допустимая в каждом из этих трех случаев определяется следующим образом:

ROT = [(суммарный поворот)*100/(MD]⁰ / 100’

 

Постоянная скорость набора/падения

 угла на пути к цели.

            Скорость набора / падения угла определяется аналогичным образом. (рис. 6-11). Пусть I₁ будет углом в точке последнего замера координат (S). I - “мгновенное” изме­нение угла, необходимого для попадания в центр цели. I является средней величиной наклона ствола, измеренного от S до цели Т. В этом случае нам необходимо потерять угол, если мы хотим попасть в цель.

Процедура

1.  На чертеже вертикального разреза измерьте наклон от точки последнего замера ко­ординат до (например) центра цели.

2.  С помощью наклона, вычисленного по результатам измерений, можно быстро вы­числить “мгновенную” величину изменения наклона (в рассматриваемом случае - по­терю угла), которая требуется для попадания в центр цели.

3.  В предположении того, что скорость потери угла будет постоянной в течение всего пути до центра цели, легко получаем:  2*(мнгновенное изменение наклона) = 2DI

4.  С другой стороны:    I = ctg(DSEC/DTVD)

5.  Допустимая/необходимая скорость потери угла:

ROB=(полная потеря)*100/DMD=[ 2DI*100/DMD]⁰/100’

Это - очень точная и легко применимая на практике формула.

5.      Конечный наклон у цели будет: (I+/-2DI).

            Замечание:  Скорость набора или потери угла мы определили одинаковым об­разом. Единственная разница состоит в том, что конечный наклон у цели будет меньше, чем у исходной точки замера координат на величину полной потери угла.

Мы выделяем три основные части цели: нижнюю часть, центральную часть и верхнюю. Это определяет три различные скорости потери угла. На этой основе принимается ре­шение о том когда и нужно ли вообще изменять КНБК.

            Замечание :  С помощью MacDD можно провести линию к цели для любого профиля ствола. Это особенно легко сделать для S- образных профилей в фазе потери угла. Мы можем определить необходимую скорость потери угла от нашего настоящего местонахождения до цели.

 

Зарезка в открытом участке ствола.

            Существуют два основных типа зарезки в открытом стволе:

1.  “ Слепая “ зарезка. Слепая зарезка - зарезка в вертикальном участке ствола, выпол­няемый обычно для того, чтобы обойти препятствия на дне забоя (оставленный инст­румент и.т.п.). На вершине

участка устанавливается цементный мост и ствол закривляется от этого моста при по­мощи КНБК, в состав которой входят долото/забойный двигатель/кривой переводник. Некоторый наклон (и следовательно отход) производится в произвольном направлении. Затем эта КНБК поднимается и ее заменяют на маятниковую, с помощью которой ствол опять отклоняют к вертикали. Обычно считается, что зарезка выполнена удачно, когда участок ствола  с оставленным инструментом - обойден.

            2. Ориентированная зарезка.  Зарезка  этого типа выполняется для попадания в опре­деленную цель. Она может быть вызвана результатом безуспешных ловильных работ в отклоненном стволе и требованиями сохранения необходимой точности выдерживания координатных параметров ствола для попадания в цель.

Иногда, по достижении некоторой измеренной глубины (длина ствола), измерения ко­ординат в открытом стволе могут оказаться не внушающими доверия. Заказчик может захотеть установить цементный мост на много выше забоя и с этого места начать за­резку. Изменение направления на 60⁰ и более градусов - обычное дело.

Ориентированная зарезка применяется и в горизонтальном бурении. Заказчик может пробурить пилотный ствол с определенным уклоном. При данной измеренной глубине проводятся замеры координат. Уточняется точное значение истинной глубины (TVD) зоны цели. В пилотный ствол после этого устанавливается мост и с этого места произ­водится зарезка так, чтобы ствол был горизонтальным.

Если цементный мост - жестче чем порода, то зарезка должна быть совершенно пря­мым. Однако, даже в этой ситуации необходимо принять все соответствующие меры, чтобы зарезка получилась удачной. При выполнении зарезки, необходимо руково­дствоваться тремя основными правилами:

            1.  Хороший цементный мост имеет жизненно важное значение.

Единственный путь для определения твердости моста состоит в том, чтобы чуть-чуть его подбурить. Попытка определить его крепость путем приложения к нему веса ничего не говорит. Иногда на вершине моста имеется тонкая “ корочка “. Она способна выдер­жать значительный вес (равный нагрузке на долото) если нет вращения долота. Однако, пробурив несколько футов, можно обнаружить мягкую грязеподобную “сердцевину “.

            2.  Инженер не должен торопить события и изо всех сил стремиться ускорить работу, чтобы не уменьшать шансов успешного выполнения зарезки. Очень важным следует признать необходимость того, чтобы инженер направленного бурения лично убедился в твердости моста.

            3.  Соответствующее долото, применяемое во время зарезки, увеличивает его успех на 50% в любых породах. Чем жестче порода, тем важнее выбор долота.

 

          Тампонаж.

            1.  Исследования геометрических характеристик полости позволяют определить необ­ходимый объем цемента и выбрать точку зарезки. Кроме этого, зарезку легче выпол­нить на участке ствола, размер которого соответствует заданному калибру.

            2.  Чтобы уменьшить загрязнение цемента жидкой глиной, участок предварительно об­рабатывается соляным раствором равного объема.

            3.  Цементный раствор закачивается через бурильную трубу с открытым концом. Од­нако, если диаметр ствола - 8 1/2”, то рекомендуется установить хвостовую трубу с длиной, равной высоте цементного столба. Это уменьшит образование каналов.

            4.  Не рекомендуется добавлять в цемент песок, поскольку он уменьшает прочность на сжатие.

            5.  Необходимо применять цементный раствор с плотностью 16фунт/галлон или выше. В участках ствола большой глубины, где температуры достигают 300⁰F, в цемент до­бавляется кремневая пудра.

            6.  Когда необходимо “обойти” оставленный инструмент, высота цементной колонны должна быть 150-200 футов.

 

            Процедура зарезки в открытом стволе.

            1.  Установите цементный мост.

            2.  Соберите КНБК для того, чтобы подбурить цементный мост. Используйте долото с зубцами.

В вертикальной скважине обычно применяется скользящая компоновка. В ответвлен­ном участке ствола КНБК обычно содержит стабилизаторы. Точная компоновка КНБК зависит от профиля ствола.

            3.   Подождите пока схватится цемент (минимум 12 часов).

            4.  Подбурите цементный мост. Это означает, что нужно пробурить несколько футов со средними параметрами. Скорость проходки сравнивается со скоростью проходки по­роды в этом месте.

Как правило, максимальная скорость проходки при подбурке цементного моста равна 60 фут/час. Очевидно, что в твердой породе зарезку сделать труднее.

            5.  Если твердость цемента недостаточна, то необходимо сделать выбор между подъе­мом колонны и обсаживанием этого участка и разбуриванием полностью этого моста и повторным цементированием. В настоящее время принято считать. что если в течение 24 часов твердость цемента не достаточная, то дольше ждать не имеет смысла.

            6.  Соберите КНБК для выполнения зарезки. Обычно она состоит:

Долото + забойный двигатель + кривой переводник + перепускной переводник + ориентирующий переводник (UBHO) + немагнитная УБТ + УБТ.

            Некоторые из других типов КНБК перечислены в таблице 6-3.

 

          Выбор долота для зарезки.

            Ствол 17 1/2”. Обычно проблем не возникает.   Зубковое  долото работает в течение 25 часов.

            Ствол 12 1/4”. Тришарошечное долото с уплотненными подшипниками доллжно рабо­тать по крайней мере 15 часов (даже в случае высокоскоростного забойного двигателя). Однако, инженеру направленного бурения следует следить на поверхности за соответ­ствующими параметрами, указывающими на повреждения долота (например, частая остановка двигателя, ненормально низкая скорость проходки).

            Ствол 8 1/2”. Если порода - средней твердости, то для выполнения зарезки может по­надобиться более одного долота. Поэтому может возникнуть необходимость в ориен­тировании двигателя даже при “слепой” зарезке для более эффективного набора угла. Для твердых пород необходимо применять специальное алмазное долото.

            Замечание: Выбор кривого переводника или угла установки корпуса двигателя будет зависеть от твердости породы. Чем больше угол установки, тем больше будет боковая сила и тем сильнее будет интенсивность набора угла. Если точка зарезки располагается относительно неглубоко по сравнению с окончательной глубиной скважины, то интен­сивность набора угла следует следует выбирать с учетом этого обстоятельства.

            7.  Опустите колонну на голову цементного моста. Работайте колонной. Сориентируйте колонну. Если это “слепая” зарезка, то установите колонну в произвольном направле­нии, но сделайте пометку на трубе и роторном столе. Застопорите роторный стол. Реги­стрируйте  давление циркуляции у забоя.

            8. Используйте забойный двигатель с малой мощностью для того, чтобы скорость про­ходки была малой. Первые 10 футов бурите с небольшой скоростью. Скорость про­ходки поддерживайте на уровне 4 фут/час. Чем тверже порода, тем эта операция будет дольше.

9.  Проверяйте образцы шлама. Если процентное отношение осколков породы возрас­тает плавно, то можно увеличить нагрузку на долото. Величина проходки  с использо­ванием забойного двигателя  будет зависеть от размеров ствола, твердости породы и состояния долота. Если анализ шлама показывает, что содержание пробуренной породы составляет примерно 50%, то зарезка выполняется успешно.

При слепой зарезке, которая выполняется для обхода оставленного инструмента в вер­тикальном стволе, необходимо убедиться, что наклон ствола возрос до 3⁰ (а в мягких породах и до 6⁰) прежде чем начать подъем колонны. Это обеспечит достаточный отход от вершины участка с оставленным инструментом.

            10.  Следующая конфигурация КНБК будет зависеть от конкретной ситуации. При сле­пой зарезке в вертикальном стволе это может быть 60 футовая маятниковая КНБК, кон­струкция которой обеспечивает потерю угла до вертикали.

Ниже приводятся некоторые полезные рекомендации:

            *  Компонуйте последующую КНБК настолько гибкой, насколько это возможно.

            *  Если КНБК окажется жесткой, то будьте аккуратны. Постарайтесь установить уменьшенный  наддолотный стабилизатор, если это окажется практически возможным.

            *  Если порода - мягкая, будьте осторожны. При спуске вращение сделайте минималь­ным.

*  Если порода - средней твердости, то расширьте при работе с двигателем  ствол так, чтобы затяжка была нормальной.

 

Струйная КНБК для выполнения зарезки.

Иногда в мягких породах применяется струйная КНБК для зарезки. В этом слу­чае рекомендуется применять одно большое сопло с наглухо заглушенными осталь­ными для минимизации размывания слишком большого участка моста.

 

Зарезка по нижней стороне.

            Иногда, в отклоненных участках ствола при углах наклона >10⁰, может возник­нуть необходимость отхода при сохранении азимута. Для этих целей можно применить маятниковую КНБК и выполнить отход по низкой стороне ствола. Этот метод требует установку цементного моста (как и в вышеприведенных примерах). Для зарезки можно использовать 60 футовую маятниковую КНБК. В точке зарезки необходимо выдержи­вать низкую нагрузку на долото и высокие обороты ротора для того, чтобы дать воз­можность долоту  “зарезаться” в нижней стенке  ствола .  Чем тверже порода, тем больше понадобится времени для выполнения этой операции.

            При наклонах порядка 35⁰ желательно применять КНБК менее “склонную” к потере угла. 30 футовая КНБК - вполне подойдет. В противном случае гравитационные силы могут привести к чрезмерной потере угла.   

Попытки выполнить зарезку по нижней стенке ствола при наклонах <10⁰ - трудны, особенно в твердых породах. Если нагрузка на долото очень малая, то скорость проходки будет очень низкой.

 

Забойный двигатель с изменяемой геометрией корпуса.

            Применение этого типа двигателя позволяет за одну спускоподъемную опера­цию выполнить зарезку если КНБК ведет себя так, как ожидалось (при условии работо­способности двигателя и долота).

Турбобур.

            Для выполнения зарезки в твердых (и возможно горячих) породах часто с успе­хом применяется алмазное долото, короткая турбина и кривой переводник.

Маятниковая КНБК, включающая в себя турбобур для зарезки (без кривого перевод­ника) также может успешно применяться для отхода по нижней стороне цементного моста.

 

Отклонитель в открытом стволе.

            Иногда возникают определенные ситуации, когда необходимо использовать от­клонитель для зарезки в открытом стволе. В качестве хорошего примера может служить случай обхода оставленного инструмента в геотермальной скважине, где в рабочей об­ласти имеются высокие температуры. Устанавливается цементный мост и подбурива­ется так,как было описано выше. Ствол очищается циркуляцией. Собирается КНБК с отклонителем и спускается вниз. Ориентируется (если требуется) и пята клина хорошо устанавливается на мост. Остальная часть процедуры описана в разделе 5.

 

Зарезка в обсаженном участке ствола.

            Иногда, обычно по геологическим причинам, возникает ситуация в необходимо­сти выполнения зарезки из обсаженного участка ствола.

Существуют два способа:

            1. Установка в колонне отклонителя.

В этом способе в колонне устанавливается отклонитель и прорезается окно. Требуется выполнить несколько спускоподъемных операций. Работа выполняется специалистами. В глубоких геотермальных скважинах этот метод постоянной установки отклонителя применяется для вырезания окна в колонне.

            2. Фрезерование секции.

Секция колонны вырезается в нужном интервале глубины при помощи фрезера гидрав­лического действия. Основными типами этих фрезеров являются Tristate Metal Muncher и Servco K-Mill. Должно быть вырезано по крайней мере 50 футов или (лучше всего 75).

            Лучше всего начинать прямо внизу  обсадной колонны. Обычно для вырезания достаточно двух спускоподъемных операций.

            Обычно с гидравлическими фрезерами работают специалисты. Однако, иногда инженера по направленному бурению могут самого попросить сделать это. Это относи­тельно простое оборудование. И сама операция может быть выполнена достаточно легко при условии, что соблюдены соответствующие меры предосторожности. Те же самые процедуры применяются для установки цементного моста и его подбурки что и при отходе в открытом участке ствола. Цементный мост устанавливается приблизи­тельно на расстоянии 100 футов под вырезаемой секцией и выше 50-100 футов вер­шины секции. И снова твердость цементного моста является определяющим парамет­ром для успешного проведения этой операции. Мост должен не только “направлять”  долото  в сторону, но и выдерживать нагрузки, создаваемые вращением колонны. Це­ментный мост подбуривается на глубину примерно 4 футов от вершины вырезаемой секции. В этой точке ствол очищается циркуляцией до подъема колонны для установки КНБК предназначенной для зарезки (долото, кривой переводник и.т.д. как и в преды­дущих случаях).

            Та же самая процедура применяется для “проходки” цементного моста. Когда долото входит в основание окна и на виброситах появляется существенный процент породы, то можно считать эту операцию успешной.

 

Зарезка (предполагается, что КНБК удовлетворяет условиям забоя)

 

Скорость проходки для средних пара­метров	Ствол 6 дюймов	ствол 8 1/2 дюйма	ствол 12 1/4 дюйма	ствол 17 1/2 дюйма	ствол больше чем 17 1/2 дюйма
больше чем 120 фт/час		Трехшарошечное 8-1/2 двигатель 6-1/2 кривой переводник 1,5-20 УБТ “слепая зарезка”	Трехшарошечное 12-1/4 двигатель 7-3/4 кривой перевод­ник 20 УБТ “слепая зарезка”	Трехшарошечное 17-1/2 двигатель 7-3/4, 9-1/2 кривой переводник 20 УБТ	Трехшарошечное 17-1/2 двигатель 9-1/2 кривой перевод­ник 2,50 УБТ “слепая зарезка
меньше или равная 120фт/час	Трехшаро-шечное 6” или плоское алмазное 6” двигатель 6” кривой переводник 1,50 УБТ С Трехша­рошечным долотом нужна ори­ентация	Трехшарошечное 8-1/2” двигатель 6-1/2” кривой переводник 20 УБТ Рекомендуется ориентация	Трехшарошечное 12-1/4 двигатель 7-3/4” кривой перевод­ник 20 УБТ	Трехшарошечное 17-1/2 двигатель 9-1/2 кривой переводник 2,50 УБТ слепая зарезка	Трехшарошечное 17-1/2 двигатель 9-1/2 кривой перевод­ник 2,50 УБТ слепая зарезка
Меньше или равная 50 фт/час	6” плоское алмазное долото двигатель 5” кривой переводник 1,50 УБТ слепая за­резка	8-1/2” плоское алмазное долото двигатель 6-1/2” кривой переводник 20 УБТ слепая зарезка	8-1/2” плоское алмазное долото двигатель 6-1/2” кривой перевод­ник 2-2,50 УБТ слепая зарезка	Трехшарошечное 12-1/4” двигатель 7-3/4-9-1/2” кривой переводник 2,50 УБТ слепая зарезка	Трехшарошечное 12-1/4”  двигатель 7-3/4-9-1/2” кривой перевод­ник 2,50 УБТ слепая зарезка
ниже 10 фт/мин	6” алмазное долото 2-2,50 кри­вой пере­водник УБТ слепая за­резка	8-1/2” плоское алмазное долото двигатель 6-1/2” кривой переводник 2-2,50 УБТ слепая зарезка	8-1/2” плоское алмазное долото двигатель 6-1/2” кривой перевод­ник 2-2,50 УБТ слепая зарезка	плоское алмазное долото 9-1/2” двига­тель 7-3/4-9-1/2” кривой переводник 2,50 УБТ слепая зарезка	плоское алмазное долото 9-1/2” двигатель 7-3/4-9-1/2” кривой перевод­ник 2,50 17,5 стабилизатор зарезки УБТ слепая зарезка

 

            Опасайтесь магнитной интерференции, поскольку магнитные приборы (компас и инклинометр) проходят через окно.

Если наклон ствола > 5⁰, (т.е. хорошо определены верхняя и нижняя стенки ствола) то можно ориентироваться по гравитационному методу ориентировки относи­тельно оси для установки нужного направления отхода долота. Этот прибор не подвер­жен влиянию магнитного поля обсадной колонны. Если приборы, определяющие на­клон и направление находятся достаточно далеко от колонны, то можно провести из­мерение координат с небольшими погрешностями по азимуту.

 

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