Направляющая штанга компоновки низа бурильной колонны

 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении вертикальных и наклонно направленных скважин. Изобретение обеспечивает повышение точности проводки скважин. Направляющая штанга содержит удлинитель с долотом, установленный на удлинителе центратор в виде ствола и расположенного на нем с возможностью поворота на радиальной опоре каркаса с равномерно расположенными по его периметру упругими опорными планками. Изобретение обеспечивает расчетное положение направляющей штанги относительно оси скважины за счет оптимального соотношения жесткости опорных планок центратора и массогабаритных параметров направляющей штанги: диаметра долота, диаметра опорного сечения верхнего конца направляющей штанги, веса и длины направляющей штанги, а также расстояния от торца долота до места касания упругих опорных планок центратора со стволом скважины. 1 ил.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении вертикальных и наклонных скважин.

Известна направляющая штанга компоновки низа бурильной колонны, содержащая долото, центратор с упругими опорными планками и удлинитель [1]. Однако в данном техническом решении отсутствует взаимоувязывание между параметрами центратора и направляющей штанги. Это может привести к такой ситуации, когда центратор не удерживает ось долота на оси скважины, то есть направляющая штанга займет нерасчетное положение. Таким образом, изменится направление бурения скважины.

Наиболее близким по технической сущности решением является направляющая штанга компоновки низа бурильной колонны, содержащая удлинитель с долотом и центратор с упругими опорными планками, образующими каркас [2]. Центратор в свободном состоянии имеет наружный диаметр: где D_д - диаметр долота, м; mg - вес направляющей штанги, Н; f - жесткость упругих опорных планок центратора, Н/м.

Данное соотношение обусловлено тем, что деформация опорных упругих планок в скважине определяется разностью диаметров центратора и долота. Недостатки данного решения проявляются в том случае, если диаметр скважины увеличивается относительно диаметра долота. В этом случае, например, когда диаметр скважины D_c будет равен диаметру упругого центратора в свободном состоянии D_ц, жесткость упругих опорных планок последнего может не обеспечить совмещения оси конца направляющей штанги и долота с осью скважины. В результате не выдерживается расчетное направление бурения.

Изобретение направлено на повышение точности проводки скважины и обеспечивает расчетное положение направляющей штанги относительно оси скважины за счет оптимального соотношения жесткости опорных планок центратора и массогабаритных параметров направляющей штанги: диаметра долота, диаметра опорного сечения верхнего конца направляющей штанги, веса и длины направляющей штанги, а также расстояния от торца долота до места касания упругих опорных планок центратора со стволом скважины.

Указанный технический эффект достигается тем, что в направляющей штанге компоновки низа бурильной колонны, содержащей долото, центратор с упругими опорными планками, диаметр которого превышает в свободном состоянии диаметр долота, и удлинитель, жесткость упругих опорных планок центратора определяется из соотношения где f - жесткость упругих опорных планок центратора, Н/м; mg - вес направляющей штанги, Н; l - длина направляющей штанги, м; D и d - диаметры соответственно долота и верхнего опорного конца направляющей штанги, м;
l - расстояние от торца долота до места касания упругих опорных планок центратора со стволом скважины, м.

На чертеже схематично изображена направляющая штанга компоновки низа бурильной колонны в горизонтальном стволе скважины.

Направляющая штанга содержит удлинитель 1 с долотом 2, на удлинителе 1 установлен центратор в виде ствола 3 и расположенного на нем с возможностью поворота на радиальной опоре (не показана) каркаса 4 с равномерно расположенными по его периметру упругими опорными планками 5. Наружный диаметр центратора D_ц в свободном состоянии больше диаметра долота D.

В этом случае деформация нижней упругой опорной планки центратора от веса направляющей штанги максимальна и равна

где mg - вес направляющей штанги, Н;
Δ - деформация нижней упругой опорной планки центратора, м;
f - жесткость упругих опорных планок центратора, Н/м.

При безориентированном бурении наклонно направленных скважин верхний конец направляющей штанги располагается на нижней стенке скважины на расстоянии L от торца долота.

Исходя из расположения направляющей штанги в скважине, удержание долота в центре поперечного сечения скважины обеспечивается при величине деформации нижней упругой опорной планки центратора

где L - длина направляющей штанги, м;
D и d - диаметры соответственно долота и верхнего конца направляющей штанги, м;
l - расстояние от торца долота до места касания упругих опорных планок центратора со стволом скважины, м;
Δ - деформация нижней упругой опорной планки центратора, м.

Учитывая выражение (2), получим

где L - длина направляющей штанги, м;
D и d - диаметры соответственно долота и верхнего опорного конца направляющей штанги, м;
l - расстояние от торца долота до места касания упругих опорных планок центратора со стволом скважины, м;
mg - вес направляющей штанги, Н;
f - жесткость упругих опорных планок центратора, Н/м.

Во время бурения при вращении долота 2 каркас 4 взаимодействует со стенками скважины упругими опорными планками 5, которые фиксируют его от поворота. При этом ствол 3 центратора вращается в радиальной опоре каркаса 4, а последний лишь поступательно перемещается вдоль оси скважины при углублении ее долотом 2.

Благодаря предложенному выполнению центратора с жесткостью упругих опорных планок, учитывающей массогабаритные характеристики направляющей штанги, последняя занимает в процессе бурения фиксированное положение, обеспечивая тем самым проводку ствола скважины по расчетной траектории.

Источники информации
1. Поташников В.Д. Бурение наклонно направленных скважин с применением шарнирных компоновок. Обз. инф. "Техника и технология бурения скважин", вып. 14; М., ВНИИОЭНГ, 1988, с.33, рис.8.2.

2. Патент РФ 2047723, кл. E 21 B 7/08, 1995.

Формула изобретения

Направляющая штанга компоновки низа бурильной колонны, содержащая долото, центратор с упругими опорными планками, диаметр которого превышает в свободном состоянии диаметр долота, и удлинитель, отличающаяся тем, что жесткость упругих опорных планок центратора определяется из соотношения

где L - длина направляющей штанги, м;
D, d - диаметры соответственно долота и верхнего опорного конца направляющей штанги, м;
l - расстояние от торца долота до места касания упругих опорных планок центратора со стволом скважины, м;
mg - вес направляющей штанги, Н;
f - жесткость упругих опорных планок центратора, Н/м.

РИСУНКИ

Рисунок 1