Отклоняющие устройства для искривления скважин. Ориентирование отклоняющих систем на забое. Методы управления траекториями стволов в наклонных скважинах.

 

Назначение отклоняющих устройств — создание на долоте отклоняющего усилия или наклона оси долота к оси скважины с целью искусственного искривления ствола скважины в заданном или произвольном направлении. Их включают в состав компоновок низа бурильных колонн. При этом они отличаются своими особенностями и конструктивным выполнением.

При бурении наклонно - направленных и горизонтальных скважин с забойными двигателями в качестве отклоняющих устройств применяют турбинные отклонители, отклонители на базе винтовых забойных двигателей, механизмы искривления МИ (в электробурении), отклонители с накладкой, забойные двигатели с эксцентричным ниппелем и другим элементом на ниппеле. В роторном бурении - отклоняющие клинья, шарнирные отклонители и т. п. При безориентированном бурении забойными двигателями и роторным способом для управляемого изменения зенитного угла при постоянстве азимута скважины в качестве отклоняющего устройства используются прямолинейные компоновки нижней части бурильной колонны (КНБК) с центраторами (стабилизаторами) и калибраторами с параметрами, обеспечивающими заданное изменение зенитного угла ствола скважины на интервале бурения с КНБК. При бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин на нефтяных и газовых месторождениях России используются следующие виды отклонителей в составе:

1) долото диаметром 295,3 мм, одна секция турбобура ТСШ-240 (А9ГТШ, Т12РТ-240), искривленный переводник, утяжеленная бурильная труба (УБТ) диаметром 478 или 203 мм;

2) долото диаметром 215,9 мм, винтовой забойный двигатель ДЗ-172 или Д5-172, искривленный переводник, УБТ диаметром 478 мм;

3) долото диаметром 295,3 мм, турбинный отклонитель ТО2-240;

4) долото диаметром 215,9 мм, турбинный отклонитель ТО2-195;

5) долото диаметром 215,9 мм, шпиндель-отклонитель ШО1-195, одна или две турбинные секции турбобура диаметром 195 мм;

6) долото диаметром 215,9 мм, шпиндель винтового забойного двигателя (ДЗ-172, Д5-172), искривленный переводник, рабочая пара двигателя;

7) долото диаметром 215,9 мм, шпиндель винтового забойного двигателя (Д2-195), искривленный переводник, рабочая пара двигателя;

8) долото диаметром 190,5 мм, турбинный отклонитель ТО-172;

9) долото диаметром 215,9 мм, шарнирный забойный двигатель-отклонитель ОШ-172, шарнир сферического типа.

По длине направляющей секции — части отклонителя от долота до искривленного переводника - все отклонители можно разделить на две группы. К отклонителям с упругой направляющей секцией относятся все отклонители, у которых искривленный переводник расположен над забойным двигателем или секцией турбобура. У отклонителей с жесткой направляющей секцией искривленный переводник установлен непосредственно над шпинделем. Отклонители типов 1 и 2 являются упругими; отклонители типов 3-9 - жесткими. Кривой (искривленный) переводник - обязательный элемент отклонения при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин. Для упругих отклонителей он представляет собой патрубок из УБТ той же длины, что и обычный переводник, с пересекающимися осями присоединительных резьб. Резьбу с перекосом 1-4° нарезают в основном на ниппеле, в отдельных случаях на муфте. Кривой переводник в сочетании с УБТ длиной 8-24 м крепят непосредственно к турбобуру или винтовому забойному двигателю (ВЗД). Большая жесткость кривого переводника способствует возникновению в сечении изгиба отклоняющей компоновки момента упругих сил значительных величин и, как следствие, повышенной отклоняющей силы на долоте. Вследствие этого увеличивается интенсивность фрезерования стенки ствола, что приводит к росту темпа искривления скважины и зенитного угла. Вместе с тем, при работе с кривым переводником увеличивается возможность упругой деформации турбобуров, что ухудшает их энергетические параметры, снижает возможную интенсивность искривления ствола и в определенных условиях может привести к потере отклоняющей способности компоновки. Поэтому кривые переводники не рекомендуется применять с турбобурами увеличенных длин и с большими углами перекоса осей резьб. Их обычно применяют в сочетании с односекционным, укороченным или короткими турбобурами. Интенсивность искривления ствола при использовании кривого переводника зависит от геометрических размеров элементов отклоняющей компоновки, жесткости и веса забойного двигателя и установленных над ним УБТ, диаметра скважины, режима бурения, боковой фрезерующей способности буровых долот и физико-механических свойств разбуриваемых пород. Кривой переводник в сочетании с односекционным турбобуром позволяет осуществить набор зенитного угла до 40-45°, в сочетании с укороченным турбобуром - до 50-55°, а в сочетании с коротким турбобуром - до 90° и выше. При этом интенсивность искривления ствола достигает соответственно 1—2, 4—5 и 5—6° на 10 м.

Кривой (искривленный) отклонитель Р-1 с двумя перекосами присоединительных резьб представляет собой отрезок УБТ, оси присоединительных резьб которой имеют перекос в одной плоскости и в одном направлении относительно ее оси. Угол, образованный осью трубы и осью нижней присоединительной резьбы, принимается равным 2-3°, а угол, образованный осью трубы и осью верхней присоединительной резьбы, - 2-2,5°. Этот отклонитель используется в составе упругих компоновок и имеет длину в пределах 4—8 м.

Интенсивность искривления ствола при применении отклонителя Р-1 зависит от геометрических размеров элементов отклоняющей компоновки, диаметра скважины, размеров обоих углов перекоса присоединительных резьб отклонителя Р-1, деформации турбобура, переводника и установленных над ним бурильных труб, боковой фрезерующей способности долота, а также режима бурения и физико-механических свойств разбуриваемых пород. В силу действия такого значительного числа факторов интенсивность искривления ствола при применении переводника Р-1 является также переменной величиной. Переводник Р-1 предназначен для набора зенитного угла до 90° и выше, изменения азимута скважины, зарезки нового ствола с цементного моста и из открытого ствола. В скважинах с зенитным углом менее 5° практически невозможно ориентировать инклинометр в плоскости искривления ствола*. Поэтому в таких скважинах необходимо ориентировать отклоняющий инструмент прямым визированием с помощью приборов или визуально по меткам, нанесенным на замки и муфты бурильных труб. В практике наклонного бурения наибольшее распространение получили методы прямого визуального ориентирования отклонителя путем прослеживания направления его действия при спуске инструмента по меткам.