Способ проводки наклонного ствола скважины забойным двигателем

 

Изобретение касается бурения и может быть использовано при сооружении направленных скважин. Цель изобретения - повышение точности бурения. В скважину опускают компоновку низа бурильной колонны /КНБК/, включающую долото, забойный двигатель /ЗД/ с эксцентричным упругим ниппелем на нижнем конце. С помощью инклинометра измеряют защитный угол и азимут ствола скважины в месте расположения КНБК. Нижнюю часть корпуса ЗД прижимают к стенке ствола скважины и осуществляют бурение с изменением режима вращения корпуса ЗД. При вращении КНБК под действием реактивного момента ЗД влево расположенный вблизи долота эксцентричный упругий ниппель набегает на стенку скважины в противоположную направлению вращения долота сторону. Это приводит к стабилизации азимута ствола скважины. Изменяя режим вращения корпуса ЗД за счет изменения нагрузки в кинематической цепи ротор-редуктор-двигатель путем включения различных скоростей ротора, можно в определенных пределах целенаправленно изменять азимут ствола скважины. 2 ил.

сООЗ ссветских

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOKMTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫтиям

ПРИ ГКНТ ССО (2! } 4361 741/23-03 (22) 01.12.87 (46) 15.03.90. Бюл. У 10 (71) Ухтинский индустриальный институт (72) Ю.И,Гержберг (53) 622.243.2 (088.8) (56) Гержберг Ю.И. Регулирование траектории и диаметра ствола скважины с помощью радиально-упругих устройств. И.: ВНИИОЗНГ. Обзорная информация. Сер.: "Бурение", вып.l, 1987, с. 15-16.

Авторское свидетельство СССР

Р 1285138, кл. E 21 В 7/06, 1983. (54) СПОСОБ ПРОВОДКИ НАКЛОННОГО СТВОЛА СКВИ(фЫ ЗАБОЙНЬП1 ДВИ ATEJIEN (57) Изобретение касается бурения и может быть использовано при сооружении направленных скважин. Цель изобретения — повышение точности бурения.

В скважину опускают компоновку низа бурильной колонны (КНБК), включающую

Изобретение относится к бурению и может быть использовано .при сооружении направленных скважин.

Цель изобретения — повышение точности бурения.

На фиг.i схематично изображено устройство для реализации способа; на фиг.2 — сечение A-А .на фиг.1.

Способ проводки наклонного ствола скважины осуществляется следующим образом.

Для реализации способа можеФ быть использована компоновка низа буриль.ной колонны, включающая долото 1, 2 долото, забойный двигатель (ЗД) с эксцентричным упругим ниппелем на нижнем конце. С помощЬю инклинометра измеряют защитный угол и азимут ствола скважины в месте расположения

КНБК. Нижнюю часть корпуса ЗД прижимают к стенке ствола скважины и осуществляют бурение с изменением. режима вращения корпуса ЗД. При вращении КНБК под действием реактивного момента ЗД влево расположенный вблизи долота эксцентричный упругий ниппель набегает на стенку скважины в противоположную направлению вращения долота сторону. Это приводит к стаби" лизации азимута ствола скважины.

Изменяя режим вращения корпуса ЗД.за счет изменения нагрузки в кинематической цепи ротор — редуктор — двигатель путем включения различных скоростей ротора можно в определенных пределах целенаправленно изменять азимут ствола скважины. 2 ил. забойный двигатель 2 с эксцентричным упругим ниппелем 3. Забойный двигатель 2,на колонне бурильных труб (не показаны), с которой он жестко связан посредством резьбового соедийения, опускается в скважину.

После установки долота 1 на забой скважины верхняя часть колонны бурильных труб фиксируется от поворота в роторе буровой установки (не показаны). Бурение верхнего вертикального участка начинают при незафиксированном роторе, но включенном сцеплении ротора с коробкой перемен1550071 ных передач и двигателем привода °

Реактивный момент забойного двигателя 2 передается на ротор через ролики, устанавливаемые в клиньях ротора. Изменение режима вращения корпуса забойного двигателя осуществляют путем изменения силы сопротивления вращению ротора, например, при включении различных скоростей привода ротора, Часть реактивного момента забойного двигателя гасится взаимодействием эксцентричного упругого ниппеля 3 со стенками скважины, осевая нагрузка в верхней части разреза небольшая, поэтому доходящий до поверхности реактивный момент относительно невелик. В таких условиях легкосъемные передатчики вращающего момента от ведущей штанги ротору (ролики) работают приемлемо.

Бурение участка увеличения зенитного угла производят, как обычно, после измерения параметров ствола скважины ориентирования КНБК и фиксирования ротора, Прямолинейный наклонный участок бурят, как и вертикальный, при незафиксированном ррторе.йагрузку сопротивления выбирают в зависимости от значения реактивного момента забойноro двигателя .и его потерь при взаимодействии бурильной колонны. со стенками скважины. Как правило, вращающий момент на верхний конец бурильной колонны по мере углубления скважины снижается и оптимальная частота вращения ведущей штанги (10-60 об/мин) регулируется уменьшением передаточного отношения между ротором и двигателем.

При вращении КНБК под действием реактивного момента влево расположенный вблизи долота эксцентричный ;.упругий ниппель набегает на стенку скважины в противоположную вращению долота сторону. Это приводит к нейтрализации тенденции к увеличению азимута скважины. Изменяя частоту вращения компоновки и влияние набега" ния эксцентричного упругого ниппеля на стенки скважины, можно в определенных пределах регулировать азимутальное направление скважины.

Пример.. Частота вращения

КНБК под действием реактивного момента забойного двигателя регулируется нагрузочной мощностью в кинематической цепи: забойный двигатель — бу15

Величины И и И определяются по известным зависимостям, В частности, 11> 96,45 А по (2)

0 здесь

А С, d2,L D05,У, где С вЂ” коэффициент, зависящий от зенитного угла скважины, для вертикальных участков

С = 13,5 10 ;

d u L — соответственно диаметр бурильной колонны и ее длина, м;

D — диаметр долота, м;

40 — удельный. вес промывочной жидк ос ти, Н /N

n — частота вращения ротора, об /мин, Крутящие моменты, расходуемые на движение механизмов передачи двигателя привода, определяются из зависимостей:

N ï 95,45 Kï ° по,5 (3)

М1 = 95,45. Кд nî ° i (4) Здесь К о = О, 34 -10

К, = (4...7) . 10 для дизелей;

K> — — (2...4) ° 10. для асинхронных электродвигателей; — коэффициент передачи редуктора.

Из выражения ()) с учетом зависи-. мостей (2),(3) и (4) определяется и

И и п =

1

95,45(А + К„) + Kg iо ) (5) рильная колонна — механизмы передачи— двигатель привода, 1астота вращения бурильной колонны опрецеляется из уравнения расхода крутящего момента в указанной кинематической цепи

Мр = 11„+ Мо + 11„ь, (1) где Й вЂ” реактивный крутящий моьиант

1 забойного двигателя, И = 1 ;

М вЂ” момент, затрачиваемый на вращение долота в процессе бурения;

11 — крутящий момент, расходуемый на трение бурильной колонны о скважину;

Nп — крутящий момент, расходуемый на преодоление сил трения в роторе, передаче, редукторе;

И вЂ” крутящий момент, расходуемый на преодоление сопротивления в узлах двигателя при его движении от внешне-

25 ro источника энергии.

Способ проводки наклонного ствола скважины забойным двигателем, включающий изменение зенитного угла и азимута ствола скважины путем изменения режима вращения корпуса забойного двигателя, жестко связанного с колонной бурильных труб, зафиксированных верхней частью в роторе, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности бурения, нижнюю часть корпуса забойного двигателя прижимают к стенке скважины и

Вращают корпус последнего реактивным моментом в противоположную направлению вращения долота сторону, причем изменение режима вращения корпуса забойного двигателя осуществляют путем изменения силы сопротивления вращению ротора, например при включении различных скоростей привода ротора, 5

Как видно из приведенной зависимости (5), регулируемыми параметрами для п являются N и i. Величина H пропорциональна нагрузке на долото, 5

a i определяет. порядковый номер включенной передачи редуктора (на первой скорости i наибольший, на последней — наименьший).

Из условий безопасности вращения 10 ведущей штанги (большая частота вращения последней приводит к раскачиванию вертлюга„ крюкоблока и талевой системы) верхний предел частоты вращения КНБК и бурильной колонны и 15 ограничивается 80-120 об/мин. Нижний предел и составляет 5-15 об/мин и определяется условиями обеспечения прямолинейности формирующегося ствола скважины при использовании эксцент-20 ричной КНБК. При выборе также учитывается изнашивание бурильных труб о стенки скважины. Поэтому оптималь-, ное значение и составляет 25

40 об/мин. 25

По мере увеличения глубины сква— жины возрастает М и величину и регулируют путем включения все более высоких скоростей редуктора, т, е, уменьшением i, С определенной глубины двигатель привода как нагрузочная мощность может быть исключен из кинематической цепи.

Бурение под шурф и верхнего вертикального участка наклонно направ- 35 ленной скважины производят при вращении прямой КНБК с эксцентричным отклонителем, например, типа эксцентричный упругий ниппель, Вращением достигается совпадение среднего за 40 один оборот компоновки вектора нагрузки.на долото с осью скважины и обеспечивается прямолинейность последней. Вращение КНБК осуществляется действием реактивного момента забой- 45 ного двигателя и происходит в сторону, противоположную вращению долота.

Часть реактивного момента 1м, доходящая до поверхности, передается ротору через ведущую (квадратную) 50 штангу. Перед созданием нагрузки на долото и возникновением реактивного момента М включают одну из низших. .передач редуктора и сцепление последнего с двигателем привода (если это необходимо по расчету с исполь-, зованием зависимости (5)). Бурение производят при указанном диапазоне и.

71 6

Если в реальных условиях частота вращения КНГ>К выходит за оптимальные пределы и, то ее регулируют посредством изменения нагрузки в кинематической цепи: ротор — редуктор двигатель привода, например изменением скорости передачи редуктора или в определенных условиях, и отключением сцепления двигателя привода с редуктором.

Бурение участка увеличения зенитного угла производят с фиксированным ротором при ориентированном положении отклонителя.

Бурение прямолинейного наклонного участка производят, как и верхнего вертикального, при вращении КНБК— действием реактивного момента забойного двигателя, В связи с ростом И нагрузку в кинематической цепи: ротор — редуктор — двигатель привода, уменьшают путем включения более высоких скоростей редуктора (уменьшением i) или отключением сцепления с двигателем привода. Величину п могут регулировать изменением в допустимых пределах нагрузки на долото, т,е. изменением 1!, Такая необходимость возникает при бурении на малой и большой глубине И в связи с больР шой величиной или уменьшением части реактивного момента Н, доходящей до ротора. формула изобретения

1550071

С ос та в ит ель В . Родина

Редактор М.Келемеш Техред Л.Сердюкова Корректор Т,Малец, Заказ 251 Тираж 4.80 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10)