Наддолотный калибратор-стабилизатор Советский патент 1982 года по МПК E21B17/10 

(54) НАДДОЛОТНЫЙ КАЛИБРАТОР-СТАБИЛИЗАТОР

1

Изобретение относится к технике бурения нефтяных и газовых скважин, а также к инструментам, служащим для обеспечения заданной конфигурации ствола скважины.

Известны устройства для стабилизации кривизны ствола скважины, состоящие из корпуса и лопастей и использующиеся для улучщения показателей работы долот и предотвращения самопроизвольного искривления скважин 1.

Использование этого устройства в связи с его небольщой длиной приводит к образованию уступа, т. е. уменьщается эффективный диаметр ствола, скважины. Поэтому, чтобы избежать недопусков обсадных колонн, после бурения приходится длительное время проводить работы по подготовке скважины к креплению путем последовательного спуска компоновок с нарастающей жесткостью состоящих из УБТ, центраторов и калибраторов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является неддолотный калибратор-стабилизатор, содержащий корпус с калибрующей поверхностью, образованной смещенными вдоль оси и в окружном направлении относительно друг друга лопастями 2.

Недостаток известного устройства заключается в том, что размещение лопастей с зазором между ними в продольном направле5 НИИ обуславливает малую эксплуатационную надежность устройства и, кроме того, приводит к образованию уступов при частом чередовании пластов, в результате чего возникает необходимость проводить длительные подготовительные работы к креплению путем to спуска жестких компоновок.

Цель изобретения - повыщение надежности работы за счет обеспечения равномерной жесткости устройства.

Поставленная цель достигается тем, что величина смещения лопастей вдоль оси не превыщает длину их калибрующей части, причем последняя выбирается из соотнощенияg РЯ-.|

0,05491

при DI d() + 5-13мм, 20 где Dj - диаметр долота, которым бурится скважина, мм;

наружный диаметр калибрующей части, мм; d - максимальный диаметр обсадной колонны для пробуренной скважины, мм; iif,- длина калибрующей части устройства, мм; 1 - допустимая интенсивность пространственного искривления ствола. На чертеже показано предлагаемое наддолотное устройство, общий вид. Наддолотный калибратор-стабилизатор для бурения скважин под обсадную колонну содержит корпус 1 с калибрующей поверхностью, образованной смещенными вдоль оси и в окружном направлении относительно друг друга лопастями 2, на концах корпуса выполнены присоединительные резьбы 3 и 4. Смещенные вдоль оси лопасти образуют на наружной поверхности корпуса, по крайней мере, 3 ряда лопастей, причем в каждом ряду лопасти равномерно расположены по окружности, а каждый последующий ряд смещен по периметру относительно предыдущего на 45°. Величина смещения лопастей вдоль оси не превышает длину калибрующей части лопасти, которая выбирается из соотнощения е DB - с1ц У O,ob49i при Dg dy Dg) -f 5-13 мм, где D - диаметр долота, которым бурится скважина, мм; dy -наружный диаметр калибрующей части, мм; ктах максимальный диаметр обсадной колонны для пробуренной скважины, мм; {( - длина калибрующей части, мм; i - допустимая интенсивность пространственного искривления ствола. Армированию твердым сплавом подвергается лищь один их трех рядов лопастей - верхний, который наиболее изнащивается. Наддолотный калибратор-стабилизатор работает следующим образом. При бурении в скважине в местах чередования пластов различной твердости долото отклоняется от оси, скважина искривляется. Отклонение долота происходит до тех пор, пока кромки лопастей наддолотного калибратора-стабилизатора не придут в соприкосновение со стенками скважины. После соприкосновения дальнейшее об эазование уступа прекращается до тех пор, пока наддолотный калибратор-стабилизатор не потеряет опору на стенке скважины, что создает условия для образования нового уступа, затем следующего и т. д. Момент контакта его, длительность при прочих равных условиях зависят от диаметра и длины калибрующей части наддолотного калибратора-центратора. Этими же факторами определяются величины .образующегося эффективного диаметра скважины, интенсивность ее искривления и, как следствие, проходимость обсадной колонны. Известно, что ствол реальной скважины .состоит как бы из ряда ступенек - уступов, а траектория его осевой линии имеет плавный изгиб с определенной интенсивностью искривления. Поперечное смещение ствола (Z) при образовании уступа на участке, равном длине калибрующей части наддолотного устройства, равно Z 0,5 (Dg-dj,), где DQ - диаметр долота, мм; наружный диаметр калибрующей части устройства, мм. Изгиб колонны труб происходит только на криволинейных участках ствола скважины, т. е. в местах изменения его азимута и угла наклона. Показателем этих изменений может служить величина интенсивности пространственного искривления ствола скважины, определяемая по формуле Лубинского. Через показатель интенсивности пространственного искривления, имеющий размерность градус/10 м, может быть выражена стрела прогиба колонны труб (у) „ - J i или - 360 10 у 0,01745-t-i При отсутствии зазоров между трубами и стенкой скважины или при центрировании труб стрела прогиба колонны равна смещению ствола скважины на той же длине при плавном искривлении скважины, т. е. у Z. Тогда Z 0,01745f-i. Приравнивая оба значения Z, получаем 0,01745 {ji 0,5(Dg е,, - 0,OM9i где tj - длина калибрующей части устройства, мм; у - стрела прогиба колонны; Z - поперечное смещение ствола скважины относительно его осИ; i - допустимая интенсивность пространственного искривления ствола. При этом в местах образования уступов реальный диаметр ствола скважины уменьщается до некоторого эффективного диаметра, определяемого выражением Оэф 0,5(,), где Оэф - эффективный диаметр ствола скважины. Отсюда du 2рэф-- Dg. Поэтому, чтобы обсадная колонна могла пройти по скважине, состоящей из ряда уступов, эффективный диаметр ствола этой скважины должен быть как минимум равен максимальному диаметру обсадной колонны, т. е. dKmay. Тогда d 2dK,j- Dj. Как уже отмечалось выше, величина уступа ствола скважины определяется диаметром наддолотного устройства, чем больше диаметр калибрующей части наддолотного устройства, тем меньше величина поперечного смещения скважины. Но, естественно, наружный диаметр калибрующей части устройства не должен превыщать диаметра долота, которым бурится скважина, т. е.

,,,ax-D9. Так как наибольшее влияние на величину эффективного диаметра, а следовательно, выбор диаметра калибрующей части устройства оказывают интенсивность искривления ствола и максимальный наружный диаметр труб опускаемой обсадной колонны, необходимо учесть допускаемые отклонения этих размеров.

Известно, что допускаемые отклонения 5 по наружному диаметру для труб обсадной колонны не должны превышать для d до 219 мм ±1% для d свыщ€ 210 мм ±1,25%, т. . е. при dmin 114 мм 5 ± 1,14 мм, dcp 273 мм 6 ±3,4 мм; , 508 мм 6 ±6,35 мм.

Также известно, что кривизна трубы (стрела прогиба) у, измеряемая на середине трубы, не должна превышать 1/2000 длины трубы, т. е. при tmin 8 м у 4 мм; Еср 10 мм у 5 мм; та)( 13 м у 6,5 мм. Суммируя приведенные выше граничные значения допусков, получением, мм: 4 + 1,14 5,14

5 + 3,4 8,4 6,5 + 6,35 12,85

Предельные отклонения допусков равно 5 мм -Ь 13 мм.

Окончательно неравенство имеет вид

DJ dy (2dKmax+ 5-13 мм). За счет определения по приведенным выше формулам размеров калибрующей части наддолотного калибратора-стабилизатора, применяемого в процессе бурения скважины, формируется ствол, обладающий конфигурацией, обеспечивающей успешный спуск до забоя обсадной колонны.

Величина смещения лопастей в каждом ряду не превышает длину одной лопасти, и перекрытие их составляет 15-20 мм, что обеспечивает равномерную жесткость и постоянный по длине диаметр калибрующей

части устройства, длина которой выбирается из приведенной выше зависимости.

Технико-экономическая эффективность заключается в том, что из цикла строительства скважины исключается процесс подготовки ствола жесткими компоновками, что существенно снижает затраты времени и средств.

Формула изобретения

10

Наддолотный калибратор-стабилизатор для бурения скважин под-обсадную колонну, содержащий корпус с калибрующей поверхностью, образованной смещенными вдоль 5 оси и в окружном направлении относительно друг друга лопастями, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы за счет обеспечения равномерной его жесткости, величина смещения лопастей вдоль оси не превышает длину одной лопасти, при0чем длина калибрующей части устройства выбирается из соотношения

-Pq-d

Ч 0,05А9(

при Dg dy$(,-D) + 5-13 мм, 5 где Dq - диаметр долота, мм;

dy- наружный диаметр калибрующей

части, мм;

dp; - максимальный диаметр обсадной колонны для пробуренной скважины, мм;

0(, - длина калибрующей части лопастей, мм;

i - допустимая интенсивность пространственного искривления ствола.

Источники информации,

5 принятые во внимание при экспертизе 1. Барабашкин И. Н. и др. Наддолотные калибрующие инструменты, улучшающие показатели бурения «Нефтяник, 1977, № 12, с. .

0 2. Патент США № 3250578, кл. 175-325, опублик. 1964 (прототип).