Компоновка для стабилизации прямолинейности скважин Советский патент 1992 года по МПК E21B17/00 

Изобретение относится к области вращательного бурения скважин, а более конкретно к области направленного бурения.

Известны призабойные компоновки для направленного бурения, способствующие стабилизации направления скважин в процессе бурения. Они включают в себя поро- доразрушающий инструмент (долото), расширитель (или калибратор) и колонковую трубу (или УБТ) с размещенными на ней центраторами. Наличие центраторов, диаметр которых весьма близко приближается к диаметру скважин, придает компоновке достаточную жесткость, практически исключающую ее продольный изгиб, и. таким образом, сводит к минимуму перекос компоновки в скважине, чем и достигается снижение интенсивности искривления ее ствола 1.

Недостатком указанных компоновок является нестабильность их работы во времени, проявляющаяся в том, что в процессе бурения под действием усилий на компоновку со стороны вышерасположенной колонны бурильных труб происходят разработка ствола скважины долотом, расширителем и центраторами, а также их износ, в результате чего увеличивается зазор между скважиной и центраторами, что соответственно увеличивает продольно-поперечный изгиб компоновки, который в совокупности с вращением компоновки вокруг собственной неподвижной и криволинейной оси приводит к искривлению скважины.

Известна призабойная компоновка для стабилизации направления скважины, действие которой основано на ее достаточно

X ч.

IQO

устойчивом вращении вокруг оси скважины (или обращении) и исключении таким образом вращения компоновки вокруг собственной криволинейной оси с постоянной ориентацией ее относительно стран соета, чем и устраняется основная причина искривления скважин. Устойчивость обращения компоновки достигается тем, что она предварительно (до спуска в скважину) искривляется в виде волнообразной плоской кривой или винтообразной пространственной, причем стрела прогиба от искривления равна радиальному зазору между компоновкой и скважиной, что обеспечивает беспрепятственный спуск компоновки о скважину и необходимую ее центрацию при обращении (совпадение оси вращения компоновки с осью скважины) 2.

Недостатком указанной компоновки является то, что область ее применения огра- ничивается по частоте вращения - последняя не должна быть выше критической частоты, при которой из-за возрастания сил трения компоновки о стенки скважины обраа(ение компоновки теряет устойчивость и возникает ее ориентированный изгиб - вращение компоновки вокруг собственной криволинейной .и неподвижной оси, Для расширения области устойчивости обращения компоновки (повышение уровня критической частоты) требуется соответствующее увеличение кривизны начального искривления компоновки. Однако это препятствует бурению снарядами со съемными керноприемниками (ССК), нор- мальная эксплуатация которых возможна в том случае, если кривизна колонковой трубы не превышает 0,3-0.4 мм/м.

Целью изобретения является повышение эффективности работы искривленной компоновки по стабилизации прямолинейного направления скважин путем расширения области устойчивого вращения компоновки вокруг оси скважины и исключения вращения компоновки вокруг собст- венной криволинейной и неподвижной оси.

Цель достигается тем, что компоновка, включающая породоразрушающий инструмент (долото, алмазную коронку и т.п.) и трубу (например, колонковую или УБТ) иск- ривленную так, что стрела прогиба от искривления равна радиальному зазору между колонковой трубой и скважиной, снабжается ограничительными фиксаторами, выполненными, например, в виде наплавок на поверхности искривления колонковой трубы, которые наплавляются на поверхности трубы во впадинах ее искривленных участков (со стороны, противоположной ее контакту со стенкой скважины), причем

толщина фиксатора (h) относительно поверхности трубы в зоне ее контакта со скважиной выбирается из соотношения h D - d. где D и d - диаметры долота (скважины) и колонковой трубы компоновки.

Односторонняя наплавка фиксаторов по поверхности искривленной колонковой трубы во впадинах ее искривленных участков надежно фиксирует форму ее предвари- тельного искривления а скважине и исключает возможность вращения трубы только относительно собственной криволинейной оси (ориентированный изгиб), Это позволяет сохранять устойчивость обращения компоновки практически при неограниченном увеличении частоты вращения и снижать начальную кривизну трубы с целью применения компоновки для стабилизации прямолинейности скважин при бурении ССК, что является существенным отличием предлагаемой компоновки от прототипа.

На фиг.1 показано размещение ограничительных фиксаторов на поверхности колонковой трубы; на фиг.2 - поперечное сечение трубы в зоне контакта ее со скважиной; на фиг.З представлена схема обращения компоновки с ограничительным фиксатором; на фиг.4 - схема работы ограничительного фиксатора.

Компоновка (фиг.1) имеет породоразрушающий инструмент 1 (например, алмазную коронку о сочетании с расширителем) и предварительно искривленную колонкстую трубу 2, максимальный прогиб которой от искривления равен радиальному зазору между трубой 2 и скважиной 3 или полураз- ности диаметров породоразрушающего инструмента 1 и колонковой трубы 2. Соединение колонковой трубы с бурильной колонкой не показано.

На поверхности искривленной колонковой трубы 2 во впадине ее искривления в зоне контакта со скважиной со стороны, противоположной контакту, имеются ограничительные фиксаторы 4 (фиг.1 и 2), выполненные, например, в виде наплавок из твердого сплава, толщина которых не превосходит разности диаметров породоразрушающего инструмента и колонковой трубы. Ширина s наплавок выполняется произвольной, однако при этом необходимо оставлять просветы 5 (фиг,2) для прохода промывочной жидкости.

Компоновка работает следующим образом.

При вращении бурового снаряда с частотой, не превышающей критическую, компоновка с искривленной колонковой трубой 2 и фиксаторами А, имея контакт со скважи- нрй 3 не менее чем в трех точках А. В и С в

случае плоского искривления (как показано на фиг.1) или на длине не менее шага винтовой линии при пространственном спиралеобразном искривлении (не показано), устойчиво обращается вокруг оси скважи- ны, чем обеспечивается стабилизация прямолинейности ее ствола. При этом фиксаторы 4 не касаются скважины (фиг.З) и не участвуют в работе.

Если частота вращения стала превы- шать критическую или изменились другие параметры, например увеличился коэффициент трения в системе буровой снаряд - скважина, то создаются условия для смены видов движения, вместо обращения возни- кает ориентированный изгиб - вращение снаряда только вокруг собственной неподвижной оси. В этот момент вступают в работу ограничительные фиксаторы 4. Поворот колонковой трубы вокруг неподвижной оси трубы (фиг.4) оказывается возможным только на небольшой угол, определяемый величиной зазора д между фиксатором и скважиной. При этом фиксатор 4 упирается в стенку скважины 3 и дальнейшее враще- ние трубы вокруг своей оси становится невозможным, а возможным остается только ее обращение. Поэтому, несмотря на превышение критической частоты вращения, компоновка с фиксаторами 4 продолжает обращение вокруг оси скважины и по-прежнему стабилизирует ее прямолинейность. При этом фиксаторы 4 могут также находиться в контакте со скважиной 3, обеспечивая

тем самым Дополнительную центрацию компоновки

Экономический эффект достигается за счет повышения устойчивости обращения компоновки и расширения области применения, в частности, при бурении ССК.

Формула изобретения

Компоновка для стабилизации прямолинейности скважин, включающая породоразрушающий инструмент и предварительно искривленную трубу, стрела прогиба которой от искривления равна полуразности диаметров породоразрушающе- го инструмента и трубы, а также соединительный элемент для соединения с колонной бурипьных труб, отличающая- с я тем, что, с целью повышения эффективности работы компоновки по стабилизации прямолинейного направления скважин путем расширения области устойчивого вращения компоновки вокруг оси скважины и исключения вращения компоновки вокруг собственной криволинейной и неподвижной оси, компоновка снабжена ограничительными фиксаторами, установленными на наружной поверхности трубы в местах ее наибольшего прогиба во впадинах искривленных участков, причем толщина h фиксаторов h выбирается из соотношения

h D-d,

где D - диаметр породоразрушающего инструмента;

d - диаметр трубы.

Использование: для стабилизации прямолинейного направления скважин. Сущность изобретения: компоновка включает предварительно искривленную трубу с по- родоразрушающмм инструментом на конце и установленные на ее наружной поверхности в местах ее наибольшего прогиба во впадинах искривленных участков ограничительные фиксаторы определенной толщины. 4 ил

1773998

Сечение Г-г фиг. /

Фиг. Z f

Фиг 3

Фиг.Ь