Способ стабилизации угла наклона искривленных скважин Советский патент 1990 года по МПК E21B7/08 

где Мй

опрокидывающий момент, обусловленный собственной кривизной р ствола скважины 20 и наличием зазора (D - DT) в скважине;

qL .

sin опрокидывающий

момент, обусловленный весом направляющей штанги и углом наклона скважины;

М„

&пр Sn.hL

sin2() - опрокид ывающий момент, обусловленный анизотропией и углом падения разбуриваемых пород;

М„

2D6npSk

- момент сопротивления,

при вза с пороМ

возникающий имодействии долота дои на забое;

- момент сопротивления, обусловленный трением в шарнирном соединении, минимальное значение этого момента имеет место при G - пр S к.

Для того, чтобы искривление скважины не началось, момента активных Сил не должно хватать для преодоления момента сил сопротивления, это условие записывается в виде неравенства:

+

м

я

шс +

м

(2)

Отсюда после подстановок получается расчетная формула для определения параметров компоновки и режима осевой нагрузки, включенная в формулу изобре- тения.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где G (np

L f

D,DT q м h 0oKT r осевая нагрузка; крепость;

площадь контакта долота с забоем;

длина направляющей штанги; радиус искривления скважины в предыдущем интервале; диаметры соответственно долота и бурильной колонны над шарнирным соединением; вес направляющей штанги в буровом растворе, отнесенный к ее длине; угол наклона скважины; показатель анизотропности породы;

угол падения пород; коэффициент трения в шарнирном соединении; радиус сферы подпятника шарнира.

Анализ расчетной формулы показывает, что существует функциональная зависимость между режимом осевой нагрузки и углами наклона скважины, которая учитывает все основные факторы, обуславливающие искривление скважины.

Таким образом, использование шарнира приводит к получению данной расчетной зависимости, а. использование последней для выбора режима осевой нагрузки и параметров КНБК позволяет повысить точность стабилизации угла наклона скважины и подобрать оптимальные параметры КНБК и режим осевой нагрузки для каждого заданного угла наклона скважины. Кроме того, использование предложенного способа позволяет определить технологические возможности для каждой КНБК по достижимым углам стабилизации исходя из допустимых значений осевой нагрузки.

Пример. Необходимо обеспечить стабилизацию бурения наклонной скважины при зенитном угле if 15° при следующих условиях

0,5 кН/мм ; 0,203 м;

60 35 ;

D

h 0,2;

q 2 кН/м; S K 100 мм2; f

35 ;

D

100 мм2; f

0,2159 м; -400 м;

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано, в частности при бурении наклонно направленных скважин при помощи забойных двигателей или ротора. Цель изобретения - повышение точности проводки прямолинейных интервалов скважин в анизотропных наклонно залегающих породах. Способ стабилизации угла наклона искривленных скважин заключается в установлении расчетного режима осевой нагрузки на направляющую штангу шарнирной компоновки низа бурильной колонны. Режим осевой нагрузки и параметры компоновки устанавливают по зависимости: /(G-Σ пpS к)(L 2/ρ±D-D т/2-GL 2SINφ+δ пpS кNLSIN2(Θ-φ)≤δ пpS K(4D/9φ+2K тR), где G - осевая нагрузка

δ пр - прочность пород

S к - площадь контакта долота с забоем

L - длина направляющей штанги

ρ - радиус искривления скважины призабойном интервале

D, D т - диаметр соответственно долота и бурильной колонны над шарнирным соединением

G - вес направляющей штанги в буровом растворе, отнесенный к ее длине

φ - угол наклона скважины

N - показатель анизотропности породы, Θ о - угол падения пород

K т - коэффициент трения в шарнирном соединении

R - радиус сферы подпятника шарнира.

Kr 0,15; r 0,07 м, диапазон применяемых осевых нагрузок от 100 до 200 кН.

Из выражения

2

M(G, h) (G -6npSK)( + )

л

- qL siruj - 6npS4hLsin ц О (3)

определяют длину L направляющей штанги на первом интервале бурения, на котором осуществляют переход на прямолинейный ствол. Бурение этого ин-1 тервала проводят при нагрузке, близ- кой G 150 кН. После подстановки в (3) значений, входящих в него параметров при G 150 кН, попучим уравнение для определения длины L ,

(o-o.s.ioo))- 2Ltsinl5° + 0,5-100 0,2L sin2(35-15) 0

отсюда L .,-8,351 ,-0,, положительное значение корня L1 8,45 м, Шар- нирно соединяют направляющую штангу длиной 8,45 м с бурильной колонной, а диапазон осевых нагрузок на первый рейс определяют из неравенства

|M(G,L)|Ј Мс+ Мт . (4) Подставив в расчетную формулу

л

KG-6npS Hy + 2--1) - ql sinqH. +6npSKLhsin2(eo-40|46nЈ/ + 2KTr)

исходные значения параметров и L1 8,45 м, приведем ее к виду

|(G-50)(-0,l72)-36,95+54,3| Я ,29,

отсюда получим |l50,8-GU,5 или

143,3 G 158,3 (кН).

Таким образом, первый интервал следует бурить с направляющей штангой длиной 8,45 м при осевых нагрузках от 143,3 до 158,3 кН. Выполнение этих рекомендаций обеспечивает вырав- нивание ствола скважины в интервале длиной,не превышающей 8,45 м.

Следующий рейс будет проходить при тех же условиях, но при рг - оо.С

5

0

5

0

5

0

5

учетом этого длина направляющей штанги на бурение следующего интервала определится по формуле (3), которая после соответствующих подстановок приводится к виду

О (150-0,5-100) (0,2159-0,203)- - 2L2sin 15° + 0,5-100-0,2Lsin2(35-15) 2

отсюда L -12,4 L2-l,, а положительное значение корня L 5. - 12,5 м. Диапазон допустимых нагрузок на бурение прямолинейного интервала стабилизации угла наклона скважины определяется из неравенства (4) после подстановки в него р ооиЬ Ь2.

/(G-50)6,45-10-3-80,85+88, ,29 |G-132,5I 200.

Отсюда, принимая во внимание, что для объемного разрушения породы должно обеспечиваться G 6„,,5К ,получим

50 ,5 (кН).

Из расчета видно, что при бурении шарнирной КНБК обеспечивается стабилизация угла наклона скважины в широком диапазоне осевых нагрузок.

Таким образом, использование предложенного технического решения позволяет повысить точность стабилизации угла наклона скважины, в том числе и в интервалах перехода от искривленного ствола к прямому. Кроме того, данный способ применим при бурении забойными двигателями и ротором. Вместе с этим использование зависимостей позволяет осуществить выбор параметров шарнирной КНБК, обеспечивающих бурение при оптимальных нагрузках и достижение с заданной точностью зенитного угла стабилизации скважин. На достигаемый эффект при использовании данного техничекого решения не оказывает влиние изгиб бурильной колонны, что также расширяет технологические возможности способа.

Способ не требует операций по ориентированию отклонителя в скважине и применим при бурении в изотропных и анизотропных наклонно залегающих породах.

Бурение предложенным способом осу ществимо с использованием одного калибратора, напримерt наддолотного, что снижает затраты на последние и улучшает проходимость бурильной колонны в скважине. Формула изобретения

Способ стабилизации угла наклона искривленных скважин, заключающийся в установлении расчетного режима осевой нагрузки на направляющую штангу шарнирной компоновки низа бурильной колонны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности проводки прямолинейных интервалов скважин в анизотропных наклонно залегающих породах, режим осевой нагрузки и параметры компоновки устанавливают по зависимости ч

1

G-6npSk)(.

D Р

Dr . -9- qL

sin if +

+6npSKhL x sin2(V ,4 +2Kt

5

0

G JJP;

L - f

D, DT q Vh . - K,.Т

осевая нагрузка; прочность пород; площадь контакта долота с забоем;

длина направляющей штанги; радиус искривления скважины в призабойном интервале;

диаметры соответственно долота и бурильной колонны над шарнирным соединением;

вес направляющей штанги в буровом растворе, отнесенный к ее длине; угол наклона скважины; показатель анизотропности породы;

угол падения пород; коэффициент трения в шарнирном соединении; радиус сферы подпятника шарнира.