Способ стабилизации угла наклона искривленных скважин

Способ стабилизации угла наклона искривленных скважин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.

С01О3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1581836 (51)5 Е 21 В 7/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

IlPH ГКНТ СССР (21) 3960277/23-63 (22) 04.07.85 (46) 30.07.90. Бюл, ¹- 28 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) В.Д.Поташников, Ю,С.Васильев и И. M. Фрыз (53) 622. 243. 27 (088.8) (56) Солодкий К.М. и др. Принцип выбора стабилизирующей компоновки с заданными оптимальными параметрами.

Нефтяное хозяйство, 1984, № 9, с, 1517. (54) СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ УГЛА НАКЛОНА . ИСКРИВЛЕННЫХ СКВАЖИН (57) 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

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении наклонно-направленных скважин в анизотропных породах при помощи забойных двигателей или ротора.

Цель изобретения — повышение точности проводки прямолинейных интервалов скважин в анизотропных наклонно залегающих породах за счет учета влияния механических свойств горных пород и собственной кривизны скважины в призабойном интервале. 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- S )(L /у +D — D /2-qL sintp- npS hLsin2(eo-ф/ C (,„ 8,(†„- +

+ 2К r), где С вЂ” осевая нагрузка; т — прочность пород; S — площадь контакта долота с забоем;1. — длина направляющей штанги; g — радиус искривления скважины в приз абойном интервале; D, D — диаметр соответственно долота и т

Ю бурильной колонны над шарнирным соединением; q — вес направляющей штанги в буровом растворе, отнесенный к ее длине; у- угол наклона скнажи-. ны; h — показатель анизотропности породы, 8 —; Кт— коэффициент трения в шарнирном соединении; r — радиус сферы подпятника шарнира.

Способ реализуют при помощи общеизвестных элементов компоновки низа бурильной колонны (КНБК) и применяют как при роторном, так и при турбинном бурении.

При расчете параметров КНБК и режима осевой нагрузки согласно изобретению учитываются физико-механические свойства породы и условия их залегания, а также параметры, характеризующие скважину. Предложенный способ позволит повысить точность про1581836 т водки скважин, а именно их прямолинейных интервалов в сложных геологических условиях, обуславливающих интенсивное "естественное" искривление, Стабилизация угла наклона скважины возможна только при выполнении условия равенства нулю опрокидывающего момента, действующего на направляющую шТангу КНБК в плоскости искривления, 31о условие для шарнирно закрепленн и на бурильной колонне направляющ и штанги имеет вид

)(Q„S „) (+ ) san(+

D — D qL

+ « "" »n2(e -y)I< — e«S „+

bïp 8 к1.1

2 9т отсюда, с учетом подстановки С У6„ф„, L D — D

2 ((G — „S ) (— + )- qL s in tp40

+ np S Lhs in2 (6 (4 (<-пр Бк (—., + 2K r) Mq+ M Mc Mr 0 (I)

f5

L Р Р (С вЂ . . S )(— + )

- oP t 2p 4 опрокидывающий момент, обусловленный собственной кривизной у ствола скважины и наличием зазора (D — D ) в скважине;

M о

r е М

1 ! ! M =

2 здп у- опрокидывающий

2 момент, обусловленный весом направляющей штанги и углом наклона скважины;

M бп Яки.

s in2 (Во- (p) — опрокиО

ЗО дывающий момент, обусловленный анизотропией и углом падения разбуриваемых пород;

206п Бк

М = — момент сопротивс пения, возникающий при вза— имодействии долота с породой на забое; 40

М . = СК г — момент сопротивления, т обусловленный трением в шарнирном соединении, минимальное значение этого момента имеет место при С . = 45 пр к

Для того, чтобы искривление скважины не началось, момента активных сил не должно хватать для преодоления момента сил сопротивления, это 50 условие записывается в виде неравенства:

1М Мс М Мс М °

О 1 сюда после подстановок получается рас55 четная формула для определения параметров компоновки и режима осевой на4 I грузки,включенная в формулу изобретения. где G — осевая нагрузка; б „Р вЂ” крепо сть 1

Sк — площадь контакта долота с забоем;

L — длина направляющей штанги; радиус искривления скважины в предыдущем интервале;

D, D — диаметры соответственно долота и бурильной колонны над шарнирным соединением; вес направляющей штанги в буровом растворе, отнесенный к ее длине; угол наклона скважины;

h — показатель анизотропности породы;

 — угол падения пород;

К вЂ” коэффициент трения в шарТ нирном соединении;

r — 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 иэ допустимых значений осевой нагрузки, Пример. Необходимо обеспечить стабилизацию бурения наклонной скважины при зенитном угле p = 15О при следующих условиях

1581836

Ь = 0 5 кн/мм Ф

2. пр

Э - 0,203 м;

S = 100 мм

D = 0,2159» р= -400 м;

h=02;

2 кН/и;

К . = 0,15; r = 0,07 м, диапазон при— меняемых осевых нагрузок от 100 до

200 кН °

Из выражения 10 г

M(G h) — (6пр к) (+ 2

L D Э

qL з 1n tP- 6 „, 8 „Ы.з 1п q = О (3 )

15 определяют длину L направляющей штанги на первом интервале бурения, на котором осуществляют переход на прямолинейный ствол. Бурение этого ин-, тервала проводят при нагрузке, близкой G = 1 50 кН. После подстановки в (3) значений, входящих в него параметров при G = 150 кН, попучим уравнение для определения длины L

2; 0

2L sin15 + 0,5 ..100 0,2L„X sin2(35) =0 Зо отсюда L „— 8,35L 0,839=0, положительное значение корня Ь1 =8,45 м. IIIapнирно соединяют направляющую штангу длиной 8,45 м с бурильной колонной, а диапазон осевых нагрузок на первый рейс определяют из неравенства 35

JM(G Ь)j< М +M . (4)

Подставив в расчетную формулу

Ь П 03- ° 40

+ 3.)

"р

+(пр S„Lhsin2(6î 4 - ПР к(+

4D исходные значения параметров и L

1 — 8,45 м, приведем ее к виду (С-50) (-G,172) -36,95+54,3 I < 1,29, отсюда получим 1150,8-G ) <7,5 или

143,3 <С <158,3 (кН). 50

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- 55 нивание ствола скважины в интервале длиной,не превышающей 8,45 м.

Следующий рейс будет проходить при тех же условиях, но при р -э оо.С уче том этого длина направляющей штанги на бурение следующего интервала определится по формуле (3), которая после соответствующих поцстановок приводится к виду

О = (150-0,5.100) (0,2159-0,203)— — 2L s in 15 + О, 5 -1 00. О, 2L sin2 (352 . o

-I 5), 2 отсюда L -12,4 L 2-1,25=0, а положительное значение корня L2 12,5 м.

Диапазон допустимых нагрузок на бурение прямолинейного интервала стабилизации угла наклона скважины опре— деляется иэ неравенства (4) после под— становки в него р = со и L = L

1I1G-5016,45 l0 -80,85+88,321<1,29 . С-132,5! < 200.

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

50 CG < 332,5 (кН), Из расчета видно, что при бурении шарнирной КНБК обеспечивается стаби— лизация угла наклона скважины в широком диапазоне осевых нагрузок.

Таким образом, использование предложенного технического решения позво.ляет 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 позволяетт осуществить выбор параметров шарнирной КНБК, обеспечивающих бурение при оптимальных нагрузках и достижение с заданной точностью эенитного 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 иэотропных и анизотропных наклонно залегающих породах.

1 581836

G пр

Бк где

D, Р.

0 0

К-20

Составитель А.Авдеев

Редактор А.Долинич Техред 1. Олийнык . Корректор М. Кучерявая

Заказ 2072 Тираж 485 Подписное .ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

Б урение предложенным способом осуществимо с использованием одного калнбратора, например, наддолотного, что снижает затраты на последние и улучшает проходимость бурильной ко5 лонны в скважине.

Формула из обретения

; Способ стабилизации угла наклона искривленных скважин, заключающийся 10 в установлении расчетного режима осево" нагрузки на направляющую штангу ша нирной компоновки низа бурильной ко oHHblу О T л и ч а ю щ и Й с я т, что, с целью повышения точности пр водки прямолинейных интервалов ск ажин в анизотропных наклонно эалега щих породах, режим осевой нагрузки и параметры компоновки устанавлива от по зависимости

Пт

2 (G-Ь Б ) (— + — )- Ь sin rg+ пр к

+lpj Я Ь . „вхп2(9 -tp)4 Ь Б (— +2K ), 49 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,