Способ уменьшения зенитного угла искривленных скважин Советский патент 1988 года по МПК E21B7/08 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано . при уменьшении зенитного угла искривленных скважин, проводимых в изотропных и наклонно залегаюпу х анизотропных породах.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей бурения вертикальных участков скважин за сче уменьшения нижнего значения величины достигаемого зенитного угла при бурении в наклонно залегающих анизотропных породах.

Способ осуществляют следующим образом.

В шарнирной компоновке низа бурил ьнои колонны (К}1БК) для осуществления данного способа в качестве шарнира используют шарнирную муфту с самоуправляютцимся манжетным уплот- ннта 1ЬЩ)1м элементом, которая используется как узел для фиксации определенного перекоса осей элементов ком понови бурильной колонны, что способствует передаче определенного опрокидывающего момента от расположен- iu,ix элементов КЛБК ее направляющей штанге,

Перед спуском компоновю в сквали ну замеряют момент сил трения в шар- н 1рной муфте при максимальном рабочем давлении промывочной ;кидкости во внутреннем канале последней, 1)та операция по определению величины момента сил трения в шарнирной муфте, обусловлен1шх наличием в ней самоуплотняющего манжетного уплотнения,при максимальной величине рабочего давле- 1ШЯ проьывочной жидкости является необходимой операцией для расчета величины осевой нагрузки, которая обеспечивает достижение зада}шой минимальной величины зе1штного угла скважины.

0После спуска компоновки на забой

проводят бурение первого интервала длиной, не меньшей /ушны направлякт- щей штанги. Необхо/шмость бурения вызвана тем, что при расчете величи5 нь1 осевой нагрузк-И важно знать величину i xL, которая определяет величину опрокидывающего момента, обусловленного собственно кривизной ствола в приэабойном интервале, и

0 которая не может быть точно определена в интервале, меньшем длины направляющей штанги.

Углубление указанного интервала проводят при о1нимальных осевой наг рузке и давлении промывочной. Ж1 дкос- ти, что обеспечивает Е0:1можность работы муфты в ре;а1ме, приближенном к режиму идеального шарнира, а в совокупности с ноддержа1-1ием минимальной

0 величины осевой нагрузки, т.е.

: ci 6np;- i, обеспечивает уменьшеы;1е зенитного угла скважины за счет наиболее полно11 реализации процесса фрезерования нижней стенки скважины.

5Интенсивность искригшения скважины шарнирной Ю1ЬК ;у1Я случая ее работы на уменьшение зенитного угла имеет вид

Изобретение относится к буровой технике и позволяет расширить технологические возможности за счет уменьшения нижнего значения величины достигаемого зенитного угла при бурении преимущественно вертикальных скважин (с) в наклонно залегающих анизотропных породах. В шарнирной компоновке (ШК) низа бурильной колонны в качестве шарнира используют муфту шарнирную с самоуплотняю1цимся манжетным уп- лотнительным элементом. Перед спуском ШК в С замеряют момент силы трения в муфте при максимальном рабочем давлении промывочной жидкости в ее внутреннем канале. После спуска в интервале длиной не меньше длины направляющей штанги (НШ) производят yi- лубление скважины при осевой нагрузке и давлении промывочной жидкости до получения отрицательного значения величины интенсивности искривления С в призабойном интервале и соответствующего перекоса в шарнирном соединении осей Hill и вышерасположенных элементов компоновки. Определяют фактическое значение интенсивности искривления. Фиксируют перекос в шарнирном соединении. Осевую нагрузку поддерживают в соответствии со специальным выражением и определяют в зависимости от геометрических параметров ШК, массы ее НШ в буровом растворе, контактной площади долота, прочности, индекса анизотропии и угла падения разбуриваеьых пород. (Л со QD 4;:

пр

L

i,,, - интенсивность искривления

скважины в предшествующем 45 интервале, имеющая положительное значение при наборе угла и отрицательное при его уменьшении, с учетом принятых oбoзнaчe ий 50 для данного случая следующая

... - - iJi (2)

(,., - прочность разбуриваемых горных пород по штампу, кН м

4)-qL s: : if, + ,v „,

j.,-GK d 1

k w

(1)

- контактная площадь долота.

мм ;

L длина направляющей штанги шарнирной Ю1БК, определяемая как расстояние от центра шарнира до рабочего торца долота, м;

-диаметр скважишл н свету в призабойном ишервалЁ, м;

-диаметр шарнирной КНБК в опорном о стенку скважины сечении, расположенном не- посредственн15 у шарнирного соединения, м;

- индекс анизотропии разбуриваемых порол;

00 угол падения разбуриваемых пород, град;

(f. - заданное проектом значение зенитного угла, град;

D - диаметр долота, м; q - масса направляющей штанги шарнирной КНБК в буровом растворе, отнесенная к ее длине, кН/м;

Mj, - замеренный момент сил трения в шарнирной муфте,обусловленный наличием в ней самоуплотняющегося манжетного уплотнительного элемента, кН . м; К - коэф(1ициент трения между

пятой и подпятником в шар- нирнбй муфте;

djjj- диаметр сферы пяты шарнирной муфты, м.

Скважину по данному способу при инимальных осевой нагрузке и давении пром51вочной жидкости углублят до получения отрицательного знаDT-DC

{-U.,.- -,

&„рЗ,Щз1п2(9„-1/)-( 6„р , 2М 11

G 6 пр к

В результате алгебраических преобразований формулу (5) приводят к выражению для определения величины осевой нагрузки, обеспечивающей при

G

6„р8,|1,| L -ь + (0,. } + .L-j - qL%ini/j |i,| L . . K,d,

При установке над шарнирной муфтой калибратора при расчетах следует принимать Dj Б.

Способ реализуют следующнм обра- зом.

Бурение скважины проводят в анизотропных породах, залегающих под углом 25 , на глубине I700 м зенитный угол составляет 10 в азимуте естественного искривления. При этом, необходимо уменьшить зенитный угол скважины до значения, не превышакхцего 3° при роторном способе бурения, если известно, что нижележа1цие слои горных пород характеризуются прочностью 6,р 0,75 кН/мМ и индексом анизотропии h 0,070. Бурение долх но проводиться до глубины 2500 м долотом диаметром 295,3 мм, контактная

чения интенсивности искривления сква- /жины в приэабойном интервале и соответствующего перекоса в шарнирном соединении осей направляющей штанги и выше расположенных элементов компоновки. После определения фактического значения интенсивности искривления скважины в этом интервале увеличивают давление промывочной жидкости и величину осевой нагрузки до мапьных рабочих значений. При этом в шарнире происходит фиксирование указанного перекоса осей, для измене- ния которого необходимо преодолеть момент сил трения, равный

м, GK,-|--+ M...

(3)

С учетом (2) и (3) и принимая вд внимание, что уменьшение зенитного угла происходит до тех пор, пока выполняется .условие

i () 0,(4),

получают

0. (5)

данных геолого-технических условиях бурения достижения минимального значения зенитного угла

2М

(6)

0

5

0

площадь которого составляет S 100 мм .

Уменьшение зенитного угла при по- мощк шарнирной КНБК, включающей . УБТС1-254 длиной 5,6 ми погонной массой в буровом растворе 3,35 кН/м, муфту шарнирную, переводник диаметром 229 мм и длиной 30 см, калибратор KJIC-295, УБТС1-229 и бурильные трубы, следует производить следующим образом. В качестве шарнирного соединения применяют шарнирную муфту МШ-220 с самоуплотняющимся манжетным уплотнительным элементом, которая имеет расстояние от нижнего торца до центра шарнира 40 см, диаметр сферы подпятника 16 см, коэффициент трения между последним и пятой К U,1. С учетом длины долота и параметров муфты длина направляющей штанги шарнирной КНБК составляет L 6 м.

Перед спуском компоновки в скважину производится опрессовка шарнирной муфты максимальным рабочим давлением 8 Mlla и замеряется при этом давлении момент сил трения, который составляет М 4 КН-м.

Опускают компоновку в скважину и осуществляют ее углубление на 15 м при осевой нагрузке G, 75 кН и давлении промывочной жидкости 3 МПа.

После подъема инструмента из скважины для смены долота проводится замер фактической интенсивности искривления ствола скважины в пробуренном интервале, в результате чего спад угла составляет 45, следовательно фактическая интенсивность искривления равна

fi, f 0,3

град

IOM

8,72 -lU- После замены долота, например, на долото с гидромониторными насадками и спуска его на забой производят увеличение осевой нагрузки G и рабоче- го давления промывочной жидкости до максимальных значений, причем величина осевой нагрузки должна удовлетворять условию (Ь). В данном случае О - 275 кН.

(КНБК) при осевой нагрузке, определяемой в зависимости от геометрических параметров компоновки, массы ее направляющей штанги в буровом растворе, контактной площади долота,прочности, индекса анизотропии и угла падения разбуриваемых пород, отличающийся тем, что, с

10 целью расширения технологических возможностей за счет уменьшения нижнего значения величины достигаемого зенитного угла при бурении преимущественно вертикальных скважин в нак-

J5 лонно залегающих анизотропных породах, в качестве шарнира используют шарнирную муфту с самоуплотняющимся манжетным уплотнительным элементом, перед спуском компоновки в скважину

20 замеряют момент сил трения в шарнирной муфте при максимальном рабочем давлении промывочной жидкости во 1внутреннем канале последней, после

М спуска компоновки на забой в интерва-

25 ле длиной, не меньшей длины направляющей штанги, производят углубление скважины при минимальных осевой нагрузке и давлении промывочной жидкости до получения отрицательного зна30 чения величины интенсивности искривления скважины в призабойном интервале и соответствующего перекоса в шарнирном соединении осей направляющей штанги и вьш1ерасположенных злеБурение производят при осевом ментов компоновки, определяют фактическое значение интенсивности искривления скважины в указанном интервале, затем фиксируют перекос в шарнирном соединении путем увеличения давления 40 промывочной жидкости во внутреннем канале шарнирной муфты до максимального рабочего значения, а осевую нагрузку поддерживают в соответствии с выражением

ЛИИ 300 кП, при этом достигают угол

2,8.

Формула изобретения

Способ уменьшения зенитного угла искривленных скважин, включающий бурение интервала скважины шарнирной компоновкой низа бурильной колонны

G

пр

S,|iJ L .+ -- + hLsin2(e,-i/j) + - qb sin i/, |i,.-S.де 6np - прочность разбуриваемых пород по штампу, кН/мм ; о к контактная площадь вооружения долота, мм ; 11 1 - абсолютная величина интенсивности искривления скважины в первом интервале уменьшения зенитного угла, проводимом при минимальных значениях осевой наг-.

2М.,

L

Vr.рузки и давлении промывочной жидкости, м- ; длина направляющей йтанги шарнирной КНБК, определяемая как расстояние от центра шарнира до рабочего торца долота, н; диаметр скважины в свету в призабойном интервале.

, h бл

D диаметр шарнирной КНБК в близлежащем к шарнирному соединению опорном о стенку скважины сечении, м; индекс анизотропии разбу риваем 1Х пород; угол падения разбуриваемых пород, град;

заданное проектным профилем значение зенитного угла, град;

диаметр долота, м; масса направляющей штанги

7У4448

шарнирной КНБК в буровом растворе, отнесенная к ее длине, кН/м;

, момент сил трения в шарнирной муфте, обусловленный наличием в ней самоуплотняющегося манжетного уплот- нительного элемента, кН м;

коэффициент трения между

пятой и подпятником в шарнирной муфте;

d| - диаметр сферы пяты шарнирной муфты, м.