Бурение скважин специального назначения и новые способы разрушения горных пород (Лекция 24)
Бурение наклонных скважин большого диаметра методом проводки опережающих стволов
В практике наклонного бурения получает распространение проводка скважин большого диаметра, как в целом, так и в отдельных интервалах методом бурения опережающего ствола с последующим расширением.
Первый опыт в объединении Сахалиннефть показал, что простой перенос конструкций низа бурильной колонны для расширения и проработки стволов незначительной кривизны не оправдывает себя при высокой интенсивности изменения угла наклона и углах искривления до 60°. Требуется значительное время на подготовку ствола под спуск колонн большого диаметра. Поэтому проведены работы по выбору более совершенной компоновки низа бурильной колонны с учетом беспрепятственного спуска, исключая дополнительные проработки и шаблонирование скважин.
На рис. 15.1 представлена такая компоновка: 1 - центрирующее устройство, соответствующее диаметру пробуренного опережающего ствола; 2 - многошарошечный расширитель, наружный диаметр которого соответствует требуемому размеру скважины; 3 - калибратор, устанавливаемый непосредственно над расширителем и выполненный по наружному диаметру с технологически регламентированным зазором относительно расширенного ствола скважины.
Центрирующее устройство 1, устанавливаемое в рассматриваемой компоновке перед расширителем, выполнено в виде Яггыревой муфты. В результате поперечное сечение опережающего ствола по форме приближается
к окружности, уменьшаются поперечные колебания компоновки, и ось расширенного ствола не отклоняется от оси опережающего, что соответствует условию расширения скважины по заданной траектории, ранее пробуренного ствола.
Применение калибратора 2 тоже способствует формированию расширенного ствола круглой формы и сводит к минимуму отклонение оси компоновки от оси скважины. Из существующих формул оценки вписываемости конструкций нижней части бурильной колонны условиям компоновки в наибольшей степени отвечают формулы для системы долото-забойный двигатель.
Траектории опережающего и расширенного стволов совпадут при условии
где R1 и R2 - радиус искривления соответственно расширенного и опережающего стволов скважины; Dp и dm - наружный диаметр соответственно многошарошечного расширителя и штыревой муфты.
Если все элементы компоновки в процессе работы сохраняют прямолинейность, то имеем
где d - диаметр опережающего ствола; Dk - наружный диаметр калибратора, устанавливаемого над расширителем; L1 - длина компоновки от штыревой муфты до расширителя; L2 - длина верхней части компоновки.
Важно знать соотношение длин нижней и верхней частей компоновки L1 и L2, общую длину компоновки L при заданных наружных диаметрах отдельных элементов рассматриваемой конструкции.
Так как величина отношения (Dp - dm)/2 мала по сравнению с величиной радиуса искривления, то можно с приемлемой для практических целей точностью принять R1 = R2 и соответственно
Приравняв правые части уравнения 15.3 и 15.4, получим выражение для соотношения нижней и верхней частей компоновки
где ε1 и ε2 - зазор соответственно между станками опережающего ствола и наружным диаметром штыревой муфты и между многошарошечным расширителем и установленным над ним калибратором.
Из уравнения (15.5) получается, что соотношение длин элементов компоновки, расположенных в опережающей и расширенном стволах, не зависит от радиуса искривления скважины, а определяется соотношением зазоров между стенками опережающего и расширенного стволов и соответствующими их элементами компоновки.
На основании выражений (15.3) и (15.4) определяется общая длина компоновки
По уравнениям (15.6) и (15.7) определяют общую длину компоновки, а по уравнению (15.5) - длины нижней и верхней частей.
На рис. 15.2 показана зависимость длины компоновки от радиуса искривления скважины и зазоров между стенками скважины и элементами компоновки, наиболее распространенных в промысловых условиях.
В табл. 15.1 приведены результаты использования компоновок и параметров режима бурения при расширении нескольких наклонных скважин в объединении «Сахалиннефть».
