7.7.2.5 Стабилизирующих кнбк с центратором на валу турбобура

Одним из способов решения проблем конструирования КНБК на базе турбобура диаметром 195 мм является перенос направляющей секции КНБК на вал турбобура. При этом на валу турбобура устанавливается отрезок УБТ с опорно-центрирующими элементами. На рис. 7.26 представлена схема КНБК расположенной на валу турбобура 3ТСШ-195.

Длина направляющей секции равна 2 м, а диаметр центратора равен 208.5 мм при условии стабилизации зенитного угла равного 20°.

Расчетные параметры надёжности и устойчивости КНБК при указанных размерах приведены в табл. 7.12

Таблица 7.12

Показатели надёжности и устойчивости стабилизирующей КНБК с одним

центратором на валу турбобура диаметром 195 мм

с долотом диаметром 215.9 мм

Показатель надёжности стабилизации зенитного угла, кг/град.	Показатель устойчивости к увеличению диаметра скважины, кг/мм	Показатель устойчивости к уменьшению диаметра центратора, кг/мм
-1.7	-35	-42

Рассчитанные показатели надёжности и устойчивости (табл. 7.12) соответствуют аналогичным параметрам стабилизирующей КНБК с одним центратором на основе турбобура 3ТСШ-172 с длиной направляющей секции 2 м. При этом опорная реакция на центраторе в два раза меньше опорной реакции на центраторе стабилизирующей КНБК на базе турбобура 3ТСШ-195.

Рис. 7.26 Схема КНБК с одним центратором на валу турбобура.

1 – долото; 2 – наддолотный калибратор; 3 – УБТ-146 расчётной длины;

4 – калибратор (центратор); 5 – вал турбобура; 6 – шпиндель турбобура;

7 – нижняя секция турбобура.

Данная схема легко реализуется в промысловых условиях. На её основе путем изменения длины УБТ-146 и диаметра центратора можно создавать КНБК для мало интенсивного искривления ствола. Исключаются все проблемы, связанные с размещением центратора на корпусе турбобура, который перекрывает значительную часть кольцевого зазора между корпусом турбобура и стенкой ствола, создавая при этом значительные местные гидравлические сопротивления.

Кроме решения задач направленного бурения маховая масса на валу турбобура положительно сказывается на работе долота за счет стабильной частоты вращения как при запуске турбобура на забое, так и в процессе разбуривания перемежающихся по плотности и моментоемкости пластов горной породы. Данный эффект установлен при проведении промысловых испытаний турбобуров с маховой массой на валу при бурении скважин в различных регионах, в том числе и в Западной Сибири.

7.7.2.6 Стабилизирующие кнбк с двумя центраторами

на основе турбобура диаметром 172 мм.

Основными задачами, которые должна решить многоцентраторная вообще и двухцентраторная схема в частности являются: существенное повышение показателя надёжности работы КНБК и получение минимальных отрицательных значений показателей устойчивости КНБК к дестабилизирующим факторам, основными из которых являются гидроэрозия ствола скважины, износ и внедрение опорных элементов центратора в стенку скважины. Для решения некоторых технологических задач возможно получение положительных значений показателей устойчивости.

Использование в многоцентраторных КНБК более гибких турбобуров, чем турбобур типа 3ТСШ-195, позволит реализовать все потенциальные возможности двухцентраторной схемы компонования низа бурильной колонны при решении технологических задач.

В табл. 7.13 представлены размеры оптимальных КНБК с двумя центраторами на базе турбобура 3ТСШ-172 с долотом диаметром 215.9 мм, предназначенные для стабилизации зенитного угла 20°

Таблица 7.13

Оптимальные размеры КНБК с двумя центраторами

на основе турбобура 3ТСШ-172 с долотом диаметром 215.9 мм

№ варианта	Длина направляющей секции, м	Диаметр нижнего центратора, мм	Длина верхней секции, м	Диаметр верхнего центратора, мм
1	2.5	213.0	4	203.3
2	2.5	213.9	6	201.8
3	2.5	213.9	8	202.8
4	2.5	213.9	10	211.1

Для каждого из указанных в табл. 7.13 вариантов КНБК рассчитаны показатели надёжности и устойчивости. Результаты расчетов представлены в табл. 7.14

Таблица 7.14

Показатели надёжности и устойчивости стабилизирующей КНБК с двумя

центратором на основе турбобура 3ТСШ-172

с долотом диаметром 215.9 мм

Номер варианта КНБК	Показатель надёжности стабилизации зенитного угла, кг/град.	Показатель устойчивости к увеличению диаметра скважины, кг/мм	Показатель устойчивости к уменьшению диаметра центраторов, кг/мм	Минималь-ный диаметр нижнего центратора, мм
1	+2.43	-22	-21	210
2	+1.27	-16	-14	207
3	-0.53	-12	-11	201
4	-3.03	-9.5	-7	195

Показатель устойчивости к уменьшению диаметра центратора рассчитан при условии равномерного изнашивания нижнего и верхнего центраторов. Анализ опорных реакций на центраторах при различной величине их изнашивания показывает, что величина опорной реакции на нижнем центраторе в 2-2.5 раза меньше, чем на верхнем центраторе. Поэтому можно предположить, что при одинаковой конструкции центраторов темп изнашивания верхнего центратора будет выше в два раза. В соответствии с поставленным условием был рассчитаны показатели надёжности и устойчивости для каждого из вариантов КНБК (табл. 7.15).

Таблица 7.15

Показатели надёжности и устойчивости стабилизирующей КНБК с двумя

центратором на основе турбобура 3ТСШ-172 с долотом диаметром 215.9 мм

Номер варианта КНБК	Показатель надёжности стабилизации зенитного угла, кг/град.	Показатель устойчивости к увеличению диаметра скважины, кг/мм	Показатель устойчивости к уменьшению диаметра центраторов, кг/мм
1	+2.36	-22	-1
2	+1.2	-17	-2
3	-0.57	-14	-3
4	-3.07	-11	-2

Сравнение соответствующих параметров табл. 7.14 и 7.15 позволяет установить важное преимущество КНБК с двумя центраторами, заключающееся в существенном повышении показателя устойчивости при изнашивании нижнего центратора в случае повышенного темпа износа верхнего центратора. При этом показатели надёжности и устойчивости для двух анализируемых вариантов существенно не отличаются.

На рис. 7.27 представлена зависимость показателя надёжности СЗУ от длины верхней секции КНБК. График построен на основании данных табл. 7.15. При длине верхней секции равной 7.5 м показатель надёжности СЗУ равен нулю. Это означает, что КНБК с длиной верхней секции 7.5 м и имеющая длину направляющей секции 2.5 м может быть использована для любого зенитного угла ствола скважины в диапазоне исследования от 10° до 40°, поскольку при изменении зенитного угла на долоте сохраняется принятый критерий оптимизации. Целесообразно для стабилизации расчетного угла наклона ствола скважины (20°) использовать КНБК с длиной менее 7.5 м, но больше чем 4 м, так как при такой длине небольшой допуск на износ нижнего центратора – 3 мм по диаметру и высокие показатели устойчивости.

Рис. 7.27 Зависимость показателя надёжности СЗУ от длины верхней секции КНБК на основе турбобура 3ТСШ-172 с долотом диаметром 215.9 мм. Длина направляющей секции равна 2.5 м. Расчетный угол стабилизации ствола скважины 20°. Осевая нагрузка на долото 12 тонн.

Нежелательно применение рассматриваемой КНБК с длиной верхней секции более 12 м, поскольку сочетание диаметров нижнего и верхнего центраторов для выполнения условий оптимизации на долоте трудно реализовать для условий турбинного способа бурения. При длине верхней секции, превышающей 13 м, оптимальных решений для длины направляющей секции 2.5 м не существует. Заметим, что для КНБК на основе турбобура 3ТСШ-195 с длиной также равной 2.5 м область поиска оптимальных решений ограничена длиной верхней секции равной 11 м.