Контрольные вопросы
Какие параметры определяют координаты точек на оси скважины?
Что такое профиль и инклинограмма трассы скважины, в каких координатах производится их построение?
Какая проекция характеризует изменение азимута скважины?
Как определить азимут скважины в точке, соответствующей координате Zi?
Каков порядок построения проекций искривленной скважины?
РАБОТА № 3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОФИЛЯ СКВАЖИНЫ
Цель работы – приобретение практических навыков проектирования профилей естественного искривления скважин расчетно- графическим способом.
Содержание отчета: 1. Исходные данные. 2. Расчет параметров профиля. 3. Сводная таблица параметров. 4. Схема профиля на геологическом разрезе.
Общие сведения
Решение задачи проектирования трассы скважины обычно сводится к построению профилей с последующим учетом азимутального искривления. При этом дается обоснование типа профиля, производится расчет его параметров и изображение оси скважины на геологическом разрезе. Учитывается также необходимость пересечения залежи полезного ископаемого в заданном месте в соответствии с требованиями методики разведки, проведение работ по сооружению скважины с минимальными трудовыми и материальными затратами. В соответствии с этими требованиями длина ствола скважины и ее отход от устья в точке подсечения толщи полезного ископаемого должны быть минимальными.
В зависимости от условий направленного бурения могут использоваться профили естественного, искусственного искривления и комбинированного типа (ограниченное применение искусственного искривления).
При проектировании профиля естественного искривления используются данные инклинометрии по ранее пробуренным скважинам и определяются интервал относительно прямолинейной части скважины и угол ее наклона, кривизну криволинейной части или характер кривой, точку заложения устья скважины или точку встречи с залежью полезного ископаемого.
Длина интервала прямолинейной части скважины зависит от геологических условий. Обычно она соответствует мощности наносов или однородных пород, где возможно бурение вертикальных и наклонных скважин без существенного искривления.
Кривизна криволинейного участка скважины определяется с учетом закономерностей и интенсивности естественного искривления по всему участку или по отдельным его интервалам.
Проектирование профиля скважины может вестись сверху вниз, когда задается начальный угол наклона скважины и определяется угол ее встречи с толщей полезного ископаемого, или снизу вверх, когда задается угол встречи, а начальный угол наклона определяется расчетным путем.
Начальный угол наклона скважин определяется геологическими условиями и глубиной. Если угол падения пластов свыше 30 , а глубина скважины не превышает 800м., скважины задаются наклонными с поверхности. При этом зенитный угол при средних глубинах скважин (500 – 800м.) обычно находится в пределах 5 - 20 , а при меньших глубинах может достигать 30 . Глубокие скважины (свыше 800м.) задаются вертикальными или слабонаклонными (θ = 3-5 ), что позволяет использовать обычные вышки без их переоборудования.
Порядок выполнения работы
Необходимо выполнить расчет параметров и построить трех интервальный профиль скважины, состоящий из двух прямолинейных (начального и конечного) и одного криволинейного с постоянной интенсивностью участков.
Исходные данные (см. рисунок): Н - мощность наносных отложений, м.; Н - глубина по вертикали до точки встречи скважиной залежи полезного ископаемого, м; М – мощность пласта полезного ископаемого, м.; θн - начальный зенитный угол скважины, град.; β - угол падения пласта полезного ископаемого, град.; iθ - интенсивность естественного зенитного искривления на криволинейном интервале , град/м.
Формулы для расчета параметров профиля скважины приведены ниже.
А) При заданном угле заложения θн |
||
Параметр |
Расчетная формула |
|
1 интервал
|
|
|
Глубина скважины, м. |
L1 = h1 / cosΘн |
|
Горизонтальная проекция, м. |
S1 = h1 tg Θн |
|
2 интервал |
|
|
Конечный зенитный угол, град. |
Θк = arc sin (h2 iΘ / 57.3 + sinΘн) |
|
Протяженность скважины, м. |
l2 = ( Θк – Θн) / iΘ |
|
Радиус искривления, м. |
R = 57.3 / iΘ |
|
Горизонтальная проекция, м. |
S2 = 57.3 /iΘ (cosΘн – соsΘк) |
|
3 интервал |
|
|
Протяженность скважины, м. |
l3 = М / cos(β –θк) |
|
Горизонтальная проекция, м. |
S3 = М sinθк / cos(β – θк) |
|
Вертикальная проекция, м. |
h3 = М cosθк / cos(β –θк) |
|
Угол вустречи, град. |
γ = 90 + θк - β |
|
По скважине |
|
|
Глубина скважины, м. |
L = l1 + l2 + l3 |
|
Горизонтальная проекция, м. |
S = S1 + S2 + S3 |
|
Вертикальная проекция, м. |
H = h1 + h2 + h3 |
|
Б/ При заданном угле встречи γ |
||
3 интервал |
|
|
Конечный зенитный угол, град. |
Θк = γ + β -90 |
|
Протяженность скважины, м. |
l3 = М / cos(β –θк) |
|
Горизонтальная проекция, м. |
S3 = М sinθк / cos(β – θк) |
|
Вертикальная проекция, м. |
h3 = М cosθк / cos(β – θк) |
|
2 интервал |
|
|
Начальный зенитный угол, град. |
Θн = arc sin(sinθк – h2 iθ / 57,3) |
|
Радиус искривления, м. |
R = 57.3 / iθ |
|
Протяженность скважины, м. |
l2 = (θк - θн) /iθ |
|
Горизонтальная проекция, м |
S2 = R( cosθн – cosθк) |
|
1 интервал |
|
|
Глубина скважины, м. |
L = l1+ l2+ l3 |
|
Горизонтальная проекция, м. |
S1 = h1 tgθн |
|
По скважине |
|
|
Глубина скважины, м. |
L = l1 + l2 + l3 |
|
Горизонтальная проекция, м. |
S = S1 + S2 + S3 |
|
Вертикальная проекция |
Н = h1 + h2 + h3 |
|
Варианты исходных данных
Вариант |
н |
|
h1 |
h1+h2 |
i |
M |
|
1 |
30 |
70 |
30 |
300 |
0.06 |
10 |
65 |
2 |
25 |
65 |
70 |
500 |
0.03 |
15 |
60 |
3 |
20 |
70 |
100 |
700 |
0.04 |
20 |
65 |
4 |
5 |
70 |
120 |
900 |
0,03 |
25 |
50 |
5 |
3 |
75 |
150 |
1100 |
0,02 |
30 |
37 |
6 |
2 |
85 |
120 |
1300 |
0,025 |
135 |
35 |
7 |
3 |
90 |
100 |
1500 |
0.02 |
140 |
30 |
8 |
30 |
80 |
20 |
200 |
0.05 |
15 |
50 |
9 |
20 |
85 |
60 |
400 |
0.045 |
20 |
40 |
10 |
15 |
90 |
80 |
600 |
0.04 |
40 |
35 |
11 |
10 |
80 |
100 |
800 |
0.035 |
60 |
45 |
12 |
4 |
85 |
120 |
100 |
0.03 |
100 |
35 |
13 |
3 |
80 |
170 |
1200 |
0.025 |
170 |
38 |
14 |
3 |
90 |
110 |
1400 |
0,02 |
150 |
30 |
15 |
2 |
85 |
200 |
1600 |
0.015 |
130 |
28 |
16 |
25 |
85 |
40 |
250 |
0.06 |
35 |
65 |
17 |
20 |
85 |
60 |
450 |
0.05 |
20 |
45 |
18 |
15 |
80 |
80 |
650 |
0,04 |
25 |
48 |
19 |
8 |
70 |
50 |
850 |
0.03 |
30 |
50 |
20 |
5 |
80 |
120 |
1050 |
0.02 |
90 |
25 |
21 |
3 |
90 |
150 |
1250 |
0.024 |
75 |
22 |
22 |
0 |
70 |
90 |
1450 |
0.02 |
200 |
47 |
23 |
0 |
75 |
160 |
1650 |
0.015 |
300 |
37 |
24 |
35 |
65 |
20 |
200 |
0.05 |
50 |
70 |
25 |
30 |
80 |
30 |
400 |
0.04 |
70 |
55 |
Схема профиля скважины на геологическом разрезе
№ инт. |
l, м |
L, м |
Si, м |
S, м |
h, м |
H, м |
Θн |
Θк |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|||
3 |
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1. Перечислите исходные параметры, необходимые для расчета профиля скважины.
2. Какие бывают профили скважин в зависимости от геологических
условий?
3.Каковы типы профилей по форме оси скважины?
4. Что определяет величину начальных зенитных углов скважин?
5. Каковы допустимые начальные зенитные углы скважин при использовании обычных вышек?
6. Какова взаимосвязь конечного зенитного угла, угла падения пород и угла встречи скважины с плоскостью напластования?
РАБОТА №4 ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ОТКЛОНИТЕЛЕЙ
Цель работы – изучение конструкции, принципа действия отклонителей, освоение порядка их сборки-разборки и регулирования.
Общие положения
В практике направленного бурения геологоразведочных скважин наибольшее применение находят отклонители разового и непрерывного действия. Первые обеспечивают угловой перекос оси скважины на небольшой угол, а другие – плавный ее изгиб по дуге окружности с более значительным искривлением скважины.
К отклонителям разового действия (ОРД) относятся, прежде всего, стационарные клинья (КОС рис.4.1) и съемные клиновые отклонители (извлекаемые клинья), принцип действия которых основан на фиксированном смещении оси отбурочного снаряда относительно первоначальной оси скважины. Искривление происходит на небольшом интервале скважины, практически в одной точке.
Стационарный клин состоит из собственно клина, к которому снизу присоединяется раскрепляющее устройство, а сверху – установочный патрубок.
Отклоняющим элементом служит ложок, угол скоса которого находится в пределах 2 – 4 градусов. Преимущество стационарных клиньев – простота конструкции, возможность изготовления в мастерских партий и экспедиций. Недостатки – низкая надежность, большие затраты времени на выполнение цикла искривления, малая результативность, большая опасность возникновения осложнений при последующем бурении.
Съемные клиновые отклонители имеют в сравнении со стационарными клиньями то преимущество, что после бурения в новом направлении они полностью извлекаются из скважины. Эти отклонители состоят из трех основных узлов: отклоняющего, раскрепляющего и отбуривающего.
Основной частью отклоняющего узла является клин, ложок которого ориентируется в скважине и фиксируется в неподвижном положении при искривлении. Этот узел определяет угол перекоса оси скважины и задает направление искривления.
Раскрепляющий узел предназначен для фиксации в скважине неподвижного положения отклоняющего узла.
Отбуривающий узел представляет собой короткий колонковый набор, диаметр которого на 1-2 размера меньше, чем диаметр основного ствола скважины. Он жестко или посредством шарнира присоединяется к бурильной колонне.
В исходном положении при спуске отклонителя и его ориентировании отклоняющий узел зафиксирован относительно двух других срезными элементами. При создании осевой нагрузки фиксирующие элементы последовательно срезаются, и происходит вначале раскрепление отклонителя в скважине, а затем – отсоединение отбуривающего снаряда.
Представителем такого устройства является съемный отклонитель СО-ВИТР (рис.4.2). В этом снаряде отклоняющий узел фиксируется с отбуривающим с помощью винта, а с раскрепляющим – заклепками. Назначение конусной гайки – предотвращение деформации коронки при отсоединении отбуривающего узла.
Рис. 4.1 Схема конструкции клина КОС
|
Рис. 4.2 Отклонитель СО-ВИТР |
Отклонители непрерывного действия (ОНД) скользящего типа состоят из невращающейся части (статора) и размещенной в ней в подшипниковых узлах вращающейся в процессе бурения части (ротора). Ротор, оснащенный долотом, обеспечивает разрушение забоя, а статор раскрепляется в скважине, фиксируя направление искривления, и по мере ее углубки перемещается вдоль образующей ствола без вращения.
В отклонителях этой группы обычно используются два принципа отклонения: передача дополнительного отклоняющего усилия на долото от узла раскрепления и фиксированный перекос вала ротора.
В отклонителе ТЗ-3 использован первый принцип отклонения. ТЗ-3 состоит из ротора и статора, скомпонованных из нижнего подшипникового, распорно-отклоняющего, шлицевого и верхнего подшипникового узлов.
Ротор представляет собой составной вал с центральным промывочным каналом и включает шлицевой узел, обеспечивающий изменение длины ротора и передачу крутящего момента на долото, а также конус с блокировочным зубом, предназначенным для блокирования ротора и статора на период транспортного положения и ориентирования. Между ведущим и ведомым валами размещена роторная возвратная пружина.
Статор включает верхний подшипниковый узел, статорную пружину, втулку блокировочного узла, соединительный патрубок (корпус ) и распорно-отклоняющий узел, который состоит из верхнего и нижнего полуклиньев с размещенным между ними клиновым ползуном с кареткой катков. С нижним полуклином совмещен нижний подшипниковый узел.
При спуске отклонителя и его ориентировании над забоем скважины статор зависает на роторе через блокировочный узел, что обеспечивает возможность ориентирования статора при провороте бурильной колонны. После постановки долота на забой и создания осевой нагрузки корпус отклонителя вместе с ведущим валом перемещается вниз, верхний и нижний полуклинья сближаются и своими скосами выдвигают клиновой ползун до упора в стенку скважины. Дальнейшее перемещение ведущего вала до смыкания шлицевого узла сопровождается сжатием статорной и роторной пружин и отсоединением ротора от статора. От сжатой статорной пружины клиновой ползун воспринимает распорное усилие, которое передается на долото, что обеспечивает фрезерование стенки скважины, противоположной ползуну и, следовательно, искривление скважины в этом направлении. Нагрузка на долото передается через сомкнутые валы ротора.
В отклонителе СНБ-ИМР используется принцип фиксированного перекоса вала ротора. Отклонитель состоит из трех основных узлов: корпуса, фиксатора (узлы статора) и гибкого вала (ротор). Корпус выполнен из трубной заготовки и имеет продольный вырез для обеспечения изгиба вала и фигурный вырез в нижней части корпуса. Вверху его расположен подшипниковый узел.
Фиксатор представляет собой вкладыш с овальными выступами (бобышками) и подшипниковым узлом. Гибкий вал состоит из ведущего и ведомого валов, соединенных шлицевым узлом, и двух шарниров. Ведомый вал проходит через фиксатор и занимает вместе с ним при спуске и ориентировании соосное по отношению к корпусу положение, что фиксируется срезным штифтом. В нижней части корпуса, а также вверху и внизу фиксатора расположены твердосплавные полозки.
При постановке отклонителя на забой и создании осевой нагрузки штифт срезается и корпус перемещается относительно фиксатора вниз до упора наклонной плоскости фигурного выреза в бобышки фиксатора. Под действием нагрузки бобышки начинают скользить по наклонной плоскости выреза до упора твердосплавных полозков фиксатора и корпуса в стенки скважины. Происходит перекос фиксатора и проходящего через него нижней части ведомого вала, статор раскрепляется в скважине. Угол перекоса фиксатора и ведомого вала определяется разницей в выступе верхних и нижних полозков фиксатора относительно оси снаряда. Гибкий вал сохраняет в процессе бурения ориентированный перекос, что обеспечивает искривление скважины в заданном направлении. Осевая нагрузка на долото передается через корпус и фиксатор. Гибкий вал на интервале между подшипниковыми узлами осевую нагрузку не воспринимает.