РОЗДІЛ 2
ПРОЕКТУВАННЯ НЕОРІЄНТОВАНИХ КОМПОНОВОК НИЗУ БУРИЛЬНОЇ КОЛОНИ ДЛЯ РІЗНИХ ЗАДАЧ
СПРЯМОВАНОГО БУРІННЯ СВЕРДЛОВИН
Під проектуванням компоновок низу бурильної колони слід розуміти проведення комплексних заходів (в тому числі і розрахункових), що стосуються різних аспектів роботи КНБК, на основі яких для конкретних задач спрямованого буріння є можливість оптимізувати конструктивні параметри окремих типорозмірів компоновок.
Очевидно, що для складання проекту на відхиляючу або стабілізуючу компоновку, необхідно, в першу чергу, мати в розпорядженні методику розрахунку КНБК, яка б ґрунтувалась на досконалій розрахунковій схемі. Виходячи з вибраного критерію оптимізації розмірів КНБК, їх конкретизують в рамках певних задач спрямованого буріння. Після вибору типу компоновки та її складових елементів, а також виходячи з критеріїв стійкості на проектній траєкторії з декількох вибраних її варіантів, зазвичай, залишається одна, в кращому випадку дві конструкції КНБК, які максимально відповідають технологічним аспектам і задачам буріння та геологічному розрізу свердловини.
2.1. Розробка методики розрахунку розмірів КНБК
В процесі буріння свердловини компоновка нижньої частини бурильної колони зазнає дії осьових стискуючих сил, поперечних складових сил власної ваги і відповідних їм згинаючих моментів, які призводять до деформації пружної осі КНБК. Окрім цього на форму осі КНБК мають вплив форма і розміри стовбура свердловини, які постійно змінюються, схема взаємодії елементів низу бурильної колони із стовбуром свердловини та їх знос в процесі буріння, фізико-механічні властивості гірських порід та інші, менш вагомі фактори.
КНБК для буріння похилих і вертикальних свердловин розробляються на основі ОБТ різної довжини і діаметра, гідравлічних вибійних двигунів, які характеризуються певними жорсткісними і ваговими характеристиками. Тому розрахунок КНБК із різними співвідношеннями жорсткісних характеристик і геометричних параметрів їх елементів у взаємозв'язку з умовами буріння та параметрами викривлення свердловини є, безумовно, основним етапом проектування компоновок, оскільки в значній мірі визначає їх функціональні можливості в цілому.
Достовірність результатів розрахунку КНБК залежить від його методу і від розрахункової схеми. Причому остання повинна бути розроблена на базі обґрунтованих допущень і відповідати реальній схемі взаємодії КНБК із стовбуром свердловини.
В першому розділі дано обґрунтування вибору методу розрахунку компоновок, що базується на розв'язанні диференціального рівняння пружної осі КНБК.
Критичний аналіз існуючих розрахункових схем показав, що практично всі вони розглядають опорноцентруючі елементи КНБК, як точкові опори. Однак в реальних умовах буріння довжина центруючих пристроїв складає 1,5-2,5 діаметра долота, а вага їх одиниці довжини та жорсткість часто в 2 і 3 рази відповідно перевищує такі ж характеристики обважнених бурильних труб.
Окрім цього, в похилій свердловині під дією вищезазначених сил і моментів вісь КНБК деформується і набуває форми, близької до синусоїди. Тому центратори такої КНБК, які є її складовими елементами, також будуть повертатись в стовбурі свердловини в залежності від напрямку прогину секцій компоновки.
Взаємодія ОЦЕ із стінкою стовбура свердловини може відбуватись як по всій його робочій довжині при відсутності повороту компоновки в місці його розташування, так і по одній із периферійних ділянок його опорної поверхні у відповідності з напрямом повороту КНБК. При певному співвідношенні діаметра свердловини, геометричних параметрі центратора і його кута повороту можлива одночасна взаємодія двох його крайніх ділянок опорної поверхні з верхньою і нижньою стінками свердловини. В цьому випадку слід констатувати утворення рухомого защемлення ОЦЕ в стовбурі свердловини.
На рис. 2.1 схематично показана взаємодія наддолотного ОЦЕ з стінкою стовбура свердловини при різних відстанях між центраторами. В даному випадку відстані між торцем долота і точкою контакту центраторів відрізняються на довжину робочої поверхні ОЦЕ, що, безсумнівно, впливає на розрахункову величину відхиляючої сили на долоті. Окрім цього, з рис. 2.1,а видно, що центратори є складовими частинами другої секції КНБК (між точками опори ОЦЕ), а з рис. 2.1,б очевидно, що перший від долота центратор входить в склад першої секції компоновки, а другий - верхньої ділянки КНБК. Безумовно, такий розподіл опорних елементів компоновки за її секціями також вносить певні корективи в формування відхиляючої сили на долоті.
Рис. 2.1. Схеми розташування компоновок низу бурильної колони
в стовбурі свердловини при різних відстанях між центраторами
На базі вищезазначеної геометричної моделі реального розташування КНБК в стовбурі свердловини запропонована нова методика розрахунку неорієнтованих КНБК, яка передбачає його проведення в два етапи [56].
На першому етапі КНБК розраховується по загальноприйнятій методиці [234], в якій ОЦЕ розглядаються як точкові опори, а сам метод розрахунку базується на розв'язанні диференціального рівняння пружної осі КНБК.
На другому етапі, з врахуванням напрямку повороту КНБК в місці розташування центратора, складається розрахункова схема реального розташування КНБК в стовбурі свердловини, в якій центратор фігурує як окрема складова ділянка компоновки із своїм діаметром і довжиною, масою і жорсткістю. У відповідності з напрямком повороту ОЦЕ виставляються реакції нижньої стінки стовбура свердловини по краях їх робочих поверхонь, а також перевіряється наявність рухомого защемлення.
Очевидно, що запропонована методика розрахунку неорієнтованих КНБК повинна бути розроблена таким чином, щоб можна було б охопити весь ряд можливих варіантів компоновок з одним, двома і трьома ОЦЕ.
На рис. 2.2 наведена розрахункова схема трицентраторної КНБК для першого етапу її розрахунку. В даному випадку віддалі від долота до ОЦЕ та між центраторами відповідають