автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.14, диссертация на тему:Разработка методики проектирования профилейгоризонтальных скважин и выбор компоновокниза бурильных колонн для их реализации

Московская Государственная Геологоразведочная Академия имени Серго Орджоникидзе

р . | цл На правах рукописи

с п Г'лТ

Ли Линь

Разработка методики проектирования профиилей горизонтальных скважин и выбор компоновок низа бурильных колонн для их реализации

Специальность 05.15.14. -Технологиия и техника геологоразведочных работ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Московской Государственной Геологоразведочной Академии имени Серго Орджиникидзе.

Научный руководитель---доктор технических наук,

член-корреспондент Академии естественных наук РФ,

заслуженный деятель науки и техники РФ профессор Калинин А.Г.

Научный консультант---кандидат техничесческих наук,

ведующей сотрудник ВНИИВТ, Солодкий K.M.

Официальные оппоненты—доктор технических наук,

профессор Лачинян JI.A. —кандидат технических наук, Володченко В.К.

Ведущее предприятие----ПГО"Центргеологияп

Защита состоится"1995г.в (часов, в аудитории №415а на заседании диссертационного совета Д.063.55.01 в Московской государстванной геологоразведочной академии имени Серго Орджоникидзе(117485,г.Москва,ул.Миклухо-маклая. д.23).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГА.

Автореферат

Учёный секретарь диссертационного Совета доктор технических наук профессор

с.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.Одним из путей интенсификации добычи нефти и газа, как известно, является увеличение поверхности вскрытия пласта и расширение зоны дренирования скважин путём какого-либо воздействия на призабойную зону.При этом в мировой практике бурения наблюдается тенденция к резкому увеличению доли горизон тальных скважин(ГС) в общем объёме бурения на нефть и газ.

Бурение ГС является развитием технологии бурения наклонно направленных скважин. Наличие горизонтального участка является принцпиаольным отличием профиля ГС от профилей других скважин. По сравнению с обычным бурением наклонно направленных скважин к проводке ГС предъявляют более жёсткие требования в связи с резким возрастанием интенсивности искривления и величины отклонений скважин.Однако,технико-экономические показатели бурения ГС в одинаковых горно-геологических и технологических условиях всё ещё ниже наклонно направленных скважин.К основным причинам такого положения можно отнести комплекс дополнительных затрат по управлению процессом искривления скважин,а также в значительной степени несовершенство техники и технологии их проводки, а также конструктивное несовершенство компоновок низа бурильных колонн(КНБК).

В связи с вышеизложенным,актуальным явля-

ется совершенствование технологии бурения ГС Важнейшими элементами технологии строительства любой направленной скважны являются выбор и проектирование её профиля и разработка оптимальных КНБК для его реализации.

Цель работы. Создание методики проектирования оптимальных профилей ГС и исследование влияния конструктивных параметров КНБК на па-казатели процесса бурения ГС с последующей разработкой оптимальных КНБК для реализации профилей ГС.

Основные задачи работы. Для достижения поставленной цели были сформулированны следующие задачи:

-Разработка методики расчёта проектирования профилей ГС;

-исследование оценки максимально допути-мых отклонений забоев;

-разработка методики расчёта параметров не ориентируемых КНБК с центраторами;

-исследование влияния параметров неориен-тируемых КНБК на их работу;

-Разработка оптимальных КНБК с центраторами для проводки ГС.

Методика исследований. Поставленные задачи решались путём анализа и обобщения опублико ванных исследований,проведением теоретических иследований с использованием методов геометрии, сопротивления материалов,теории упругости

Указанные расчёты реализуются в виде численных алгоритмов и программ для ЭВМ.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

-установлено,что нагрузки на крюке при подъёме колонны из ствола ГС линейно увелича-ются с увеличением величины коэффициента трения и с уменьшением радиуса кривизны;

-установлена зависимость коэффициента отклонения от радиуса кривизны: при аз>1и ( длина горизонтального участка аз больше,чем глубина вертикального участка Иг)величина коэффициента отклонения уменьшается с увеличением радиуса кривизны;и наборот,при аз<1п,-увеличается;

-установлены зависимости величины отклоняющей силы на долоте от места установки центраторов и величины радиального зазора со стенками скважины и доказано,что работу КНБК по формированию ствола скважаны определяет её направляющая секция;

-предложено при проводке участка увеличения зенитного угла с постояной кривизной использовать оптимальную КНБК с двумя центраторами, параметры которой одинаковы для различных углов скважины.

Практичская ценность работы. Методику расчёта профилей рекомендуется использовать при проектировании ГС с большим смещением.

Предложенную методику оценки максимального отклонения забоя цельсооброзно использовать

для выбора рационального радиуса кривизны и других параметров профиля ГС с большим смещением.

Проведенные исследования и полученные результаты позволили рекомендовать применять на практике оптимальные неориентируемые КНБК с центраторами для стабилизации зенитного угла, а также для набора кривизны с постоянной интенсивностью.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследования докладывались на научных семинарах кафедры"Разведочного бурения"МГРИ(1993-1994гг.),а также на научных конференциях профессорско-преподавательского состава,научных сотрудников,аспирантов и студентов в МГГА(1994-1995гг.}.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликована одна статья в Изв.ВУЗ(Геология и разведка),№3,19У5г..

Объём и структура диссертации. Работа содержит юо страниц мащинописного текста,за рисунков, таблиц,список использованной литературы из57наименования;она состоит из введения, трёх глав и общих выводов.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации,определены цель и задачи исследования, дана краткая характеристика выполненной работы и полученных результатов.

В первой главе проведен анализ современного состояния бурения ГС,дан краткий обзор

литературы по исследованию проектирования профилей ГС и работы КНБК.Определены цель и основные задачи исследований диссертационной работы.

Вторая глава посвящена разработке методики проектирования профилей ГС с большими смещениями, дана методика оценки максимального отклонения забоя, предложены критерии оптимизации профилей ГС.

В третьей главе приведены теоретические исследования неориентируемых КНБК с центраторами. Представлена методика расчёта оптимальных неориентируемых КНБК с центраторами для реализации профилей ГС.Рассмотрено также влияние различных факторов на параметры КНБК.

В заключении сформулированы основные выводы по работе.

Автор выражает глубокую благодорность и искреннюю признательность научному руководителю, д. т.н. , профессору А.Г.Калинину и научному консультанту,к.т.н.,К.М.Солодкому за руководство научными исследовадиями и научно-методическую помощь при выполнении диссертационной работы.

В процессе работы над диссертацией и в период написания автор пользовался ценными советами и методической помощью д.т.н.,профессора Д.Н.Башкатова,профессора В.П.Зиненко и инженера А.С.Повалихина,а также сотрудников кафедры "Разведочного бурения" МГГА и лаборатории

"Направленого бурения" ВНИИБТ,за что выражает им сердечную благодарность.

САДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Теории и практике определения и разработки техники и технологии наклонно направленного бурения посвящено большое количество работ. Наибольший вклад в изучение и развитие техники и технологии наклонно направленого бурения внесли:М.М.Александров;Г.X.Агаев; A.C.Бронзов; Ю.С.Васильев; Ю.Ш.Гайдаев; А.М.Григорян; М.П. Гулизаде;П.В. Емельянов;В.П.Зиненко;А.Г.Калинин; J1. Я. Кауфман; Е. J]. Лиманов; Ю. Т. Морозов ; С. А. Оганов; К.М.Солодкий; С.С.Сулакшин; Л.Я.Сушон; Р.Хоч; А.Лубинский;Г.Вудс. и др..

Горизонтальное бурение,как развитие технологии наклонно ноправленого бурения,имеет свои особенности.Основной целью бурения ГС является пересечение продуктивного пласта в продольном направлении. Наличие горизонтального участка является принципиальным отличием профиля ГС от профиля наклонно направленной скважины, определяющим методику его расчёта и технологию проводки скважины в целом.

В отличие от наклонно направленных скважин ГС обычно различаются по трём типам радиусов искривления при переходе от вертикального (или наклонного)участка ствола к горизонтальному:

-с большим радиусом кривизны(0.7°-2°/10м) ;

-со средним радиусом кривизны (2°-7°/10м) ;

-с малым радиусом кривизны (4°-10°/м) .

В зависимости от целевого назначения скважины и конкретных геолого-технических условий бурения профили ГС могут иметь различные типы.С точки зрения экономии земли и интенсификации добычи нефти определенное внимание должна привлечь технология реализации профиля ГС с большими смещением забоя(коэффициент отклонения более 0,б).Серьёзной проблемой при проводке ГС с большим смещением является увеличение сил сопротивления движению колонны труб при больших значениях зенитных углов. Поэтому при выборе и проектировании профиля ГС с большим смещением, а также при оценке максимально возможного отклонения необходимо учитывать ряд ограничивающих факторов,к которым относятся вращающий момент,сопротивление продольным перемещениям колонны,геометрические параметры ствола, трение колонны о стенке ствола скважины и прочность бурильных труб.

КНБК является ключом к реализации проектного профиля скважины. Решение этой задачи в значительной мере зависит от правильного выбора типов и параметров КНБК.В проектном профиле ГС с большим смещением забоя,как правило,после интервала начала набора зенитного угла (больше 10-15°)отклоняющими КНБК,следует участки постоянного увеличения зенитиного угла или стабилизации параметров искривления.Проводка данных

участков реализуется неориентируемыми КНБК с центраторами.Поэтому исследования поведения и создание методики расчёта оптимальных КНБК с центраторами имеют теоретическое и практическое значения для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин.

Проведенные исследования, выполненные автором, позволили сформулировать следующие защищаемые положения.

1.Объективным критерием оптимизации профиля ГС с большим смщением является минимум силы сопротивления при подъёме бурильной колонны.

К проектному профилю скважины предъявляют как экономические, так и технические требования. Профиль скважины должен максимально способствовать её безаварийной проводке,быть реализуемым имеющимися техническими средствами и обеспечивать надёжную эксплуатацию подземного оборудования для добычи нефти.

С точки зрения экономики критерием оптимизации профиля скважины может быть минимум затрат на бурение скважины. Однако,в отлинии от обычных направленных скважин, экономическая эффективность вскрытия и эксплуатации продуктивного пласта горизонтальной скважиной определяется повышением её дебита по сравнению с другими скважинами.При этом стоимость строительства ГС обычно выше вертикальной и наклонно направленной скважины.Поэтому затраты на бурение ГС не является единственным критерием

оптимизации проектного профиля ГС.

Движению бурильной колонны в скважине препятствуют возникамые при этом силы сопротивления, влияние которых особенно заметно при подъёме бурильной колонны из ГС с большим смещением. Поэтому при выборе типа и параметров профиля ГС с большим смещением необходимо обеспечить минимальные силы сопротивления при подъёме бурильной колонны,т.е.нагрузка на крюке талевого блока должна быть минимальной.Эта нагрузка зависит от веса бурильной колонны, коэффициента трения, геометрии самой скважины.

Таким образом,с точки зрения техники и технологии бурения скважин объективным критерием оптимизации профиля ГС с большим смещением ЗЗбоя является минимум силы сопротивления при подъёме бурильной колонны.

Алгоритм поиска оптимального профиля скважины заключается в следующем.

Для всех возможных вариантов проектного профиля ГС рассчитывается нагрузка на крюке, сначала определяется тип, потом вид,а затем и геометрические параметры профиля.Профиль, для которого величина этой нагрузки минимальна, является оптимальным.

В работе проанализована математическая зависимость нагрузки на крюке от вида и геометрических параметров профиля(табл.1),а также от типа профиля^(дуго)-образного и тангенциального) с использованием ЭВМ и установлено,чтс

профиль Л(дуго)-образного типа позволяет свести к минимуму силы сопротивления при подъёме бурильной колонны по сравнению с другими типами профиля.

табл.1

Вид профля Нагрузка на крюке при подъёме колонны

Горизоктальной участок Рн=Рк+|К}Ьг

Участок увеличения зенитного угла Рн=Рке¥я1Цз1п (ф+2у) еТ 1 -Б1п2у)]

Наклонно прямолинейный участок Рн=Рк+дЬн (созб+^БЛ-пб)

Вертикальный участок Рн=Рк+дЬв

В табл.1

Рн-растягивающая сила,приложенная к верхнему

концу участка колонны труб,Кн; Рк-растягивающая сила,приложенная к нижнему

концу участка колонны труб,Кн; у=аг^дц-угол трения; Ф=0к-0н-угол охвата;

9к,9н-зенитные углы нижнего и верхнего конца

расчётного участка ствола скважины соответственно, радиан; 0-зенитныый угол наклонно прямолинейного участка, радиан; И-радиус кривизны учстка профиля скважины,м; Ьг-длина горизонтального участка,м; Ьн-длина наклонно прямолинейного участка,м; Ьв-длина вертикального участка,м;

В работе нами установлено,что для профиля

ГС нагрузка на крюке при подъёме бурильной колонны уменьшается с уменьшением коэффициента трения р. и с увеличением величны радиуса кривизны И.

Таким образом, нами по данному защищаемому положению выполнено следующее:

-предложен объективный критерий оптимизации профиля ГС с большим смещением забоя,которым является минимум силы сопротивления при подъёме бурильной колонны;

-устанавлена математическая зависимость нагрузки на крюке от вида и параметров профиля ГС.

2 .При оценке максимально возможного отклонения забоя от проекции устья на пласт коэффициент отклонения А. имеет тесную связь с параметрами профиля ГС,особено с величиной радиуса кривизны.

Величина максимального отклонения забоя от проекции устья на пласт зависит от ряда факторов,основными из которых являются профиль ГС, физико-технические свойства проходимых горных пород,весовая характеристика и конструкция бурильной колонны,состояние стенок скважины, величина коэффициента трения металла о породу.

Максимальное отклонение может быть опре-ледено по И.П.Кулиеву как

А=ХН (1)

где А-горизонтальное смещение забоя,м;

Н-глубина скважины, м;

А.-коэффициент отклонения.

Для конкретного типа профиля ГС, например, ¿Г-образного коэффициент отклонения X определяется следующиим образом:

А Иг (соз0н-соз0к)+аз Ы^г+аз

Х=—=------------------—=------- (2)

Н 111+1*1 (э:1п0к-з1п0н) Ьг+ШЬ.

где Ш-радиус кривизны,М;

А:1=з±п6к-з1п0н ; Ъ=созОн-соз0к. при 0н=0°, 0к=9О° кг=к1=1

Кх+аз

Я.=--------------------(3)

1п+111

При аз>1и, (т.е.длина горизонтального участка аз больше,чем глубина вертикального участка 1п) , величина коэффициента отклонения X уменьшается с увеличением величины радиуса кривизны И1,и наоборот, при аз<1и-увеличается; при аз=1и,Л. независит от И и равна 1.

При 0„^О°,0к^9О°

И1+аз/А:2 кг Ш+аз/кг

Х=--------х----=-----------хК (4)

1и/А:1+Н1 кг Ы/к1+К1

где К=кг/кх

В этом случае величина коэффициента отклонения X не только зависит от величины радиуса кривизны III,но и от кг и кг.При аз/£2>1и//С1, X уменьшается с увеличением 111; при аг/кг=Ь1/кх, X независит от Я1,и равна кг/к\.

Результаты исследований паказали,что выбор профиля ГС,особенно выбор радиуса кривизны, является сложной проблемой, к которой следу-

ет предъявлять довольно строгие меры как экономического, так и технического плана.

Таким образом,новым по данному защищаемому положению является то,что нами впервые предложен коэффициент отклонения X для оценки максимального отклонения профиля ГС с большим смещением забоя с получением математической зависимости коэффициента отклонения А. от виличины радиуса кривизны И.

3.Предложена методика расчёта параметров проектных профилей ГС с большим смещением забоя

Учитывая особенности бурения ГС с большим смешением и возможности использования традици-оной технологии бурения наклонно направленных скважин,было предложено применение Л^дуго)-образного и тангенциального (наклонно прямолинейного) типов профиля.

Наиболее перспективным профилем является ¿-образный тип с постоянным ростом интенсивности искривления после начального набора зенитного угла. Такой профиль позволяет свести к минимуму силы сопротивления при движении колонны в стволе скважины по сравнению с другими типами профилей, так как его геометрия близка к цепной линии, т.е.кривая с возрастающей кривизной по мере увеличения зенитного угла с глубинной ствола скважины.Однако,из-за медленного набора кривизны для перехода от вериткали к горизонтальному положению требуется пройти

большой участок увеличения зенитного угла,а это равносильно увеличнию стоимости скважины.

Тангенциальный участок включается в тех случаях,когда требуется обеспечить конечное отклонение направляющего участка профиля от вертикали на проектной глубине, превыщающее радиус кривизны участка увеличения зенитного угла,а также для проектирования ГС на месторождениях, где не отработана технология ориентированного бурения и поэтому велика вероятность отклонения фактического профиля от проектного.Кроме того, при наличии тангенциального участка,можно регулировать протяженность вскрытия продуктивного пласта увеличив или сократив длину этого участка .

Для профиля типа 1 (СГ-образного) исходными данными являются следующие параметры:Н,А, ьи.бн, 9к.В этом случае определяется величина вертикального участка по формуле:

111=11-111 (ЗЛ-Пвк-БД-ПОн) (5)

Если исходными данными являются следующие параметры:Н, А, 1и, аз,то определяется величина радиуса кривизны И1 по формуле:

(Н-1и)г+ (А-аз)г К1=--------------------- (б)

2 (А-аз)

Вертикальные и горизонтальные проекции профиля 1 типа рассчитывают по формулам,приве-деным в табл.2.

Табл.2.

Участок профиля Длина ствола,м Горизонталь-на ч проекция м Вертикальная проекция,м

Вертикаль-ний 1Л=1"11 Ь1=Н-И1* (з1п0к-з1пОн)

Набора зенитного угла Ь2=0.01745 (0к-0н) а2=Я1(СОБби -СОЭ0к) 112=1*1(31-П0к -Б1П0н)

Горизонталь ний Ьз=аз аз=А-аг

Сумарная длина Ь=2Ы А=Еп1 Н=ЕЬ1

При расчёте профидя 2 типа (тангенциального) в первую очередь,необходимо определить величину зенитного угла тонгенциального участка 0.Исходными данными являются следующие параметры: Н, А, 1и, аь, И1, Иг, определяют 0 из совместного решения ряда уравнений.

Ио (Но-Иг) + (Ао-Яг) V (Но-Иг/ч- (Ао-К^+Ыо

э1п9=------------------г-------!---------- (7)

(Но-Яг) + (Ао-Ги)

где Ко=К2-К1;Ао=А-а5;Но=Н-Ь1;

1Ъ-радиус кривизны 1-го набора,м;

Яг-радиус кривизны 2-го набора,м;

аэ-длина горизонтального участка,М;

По определеной величине зенитного угла"0" и по формулам, приведенным в табл.3 определяют

величины вертикальных и горизонтальных проекций отдельных участков и общую длину ствола скважины.Данная задача реализована программой для ЭВМ.

Табл.3.

Участок профиля Длина ствола,м Горизонтальная проекция м Вертикальная проекция,!^

Вертикальны? Ь1=Ь1 Ь1

Первого набора зенит ного угла Ьг=0.01745х Ы10 аг=К1(1-соз9; Ь2=Н131П0

Тангенциальный Ьз=ЬзАде аз=11:]±д0 Ьз=Н-1и-Ь2 -Ь4

Второго набора зени1 ного угла 1/4=0 .01745х И2(9О°-0) а4=Кгсоз6 114=1*2 (1--з1п9:

Горизонтальный Ь5=а5 Э5

Суммарная длина Д=Еа1

Таким образом,по данному защищаемому положению новым является то,что предложена методика расчёта параметров проектных профилей ГС с большим смещением забоя Л-образного и тан-

генциального типов,позволяющая решать практические задачи в бурении.

4. Место установки нижнего центратора и величина радиального зазора между ним и стенками скважины оказывают значительное влияние на работу КНБК при стабилизации зенитного угла скважины.

Стабилизация зенитного угла скважины является одной из актуальных задач при бурении ГС.Проводка данного участка профиля ГС можно осуществлять неориентируемыми КНБК с центраторами, что существенно упращает технологию бурения ГС и сокрошает время на проведение инк-линометрических работ.Решение этой задачи в значительной степени зависит от правильного выбора параметров КНБК, особенно места установки центратора и величины радиального зазора между стенками скважины и центратором.

Анализ показывает,что стабилизация зенитного угла скважины осуществляется при отсуст-вии фрезерования нижней стенки скважины долотом, для этого необходимо препятствовать действию отклоняющей силы на долоте и чтобы направление оси долота совпадало с осью скважины.Поэтому, одновремено равенство нулю поперечной силы на долоте и угла поворота долота относительно оси скважины является обязательными условиями стабилизации направления наклонно прямолинейного участка ствола скважины.

В работе была рассмотрена работа стабилизирующих КНБК с одним и двумя центраторами на базе трубобура ЗТСШ-195 с долотом диаметром 215.9 мм.Данная задача была реализована программой для ЭВМ.

Для КНБК с одним центратором установлено, что с увеличением расстояния установки центратора от долота отклоняющая сила на долоте уве-личается.Длина Ь участка от долота до центратора, при которой Е=0,для трёх вариантов почти одинакова и равна 5м.Если длина Ь больше,чем 10м,то отклоняющая сила на долоте почти не изменяется с увеличением длины Ъ.Это объясняется результатом промежуточного контакта между КНБК и стенкой скважины ( точка касания о стенку скважины).

Для КНБК с двумя центраторами зависимость отклоняющей силы на долоте от места установки нижнего центратора аналогична.Длина Ь участка от долота до нижнего центратора,при которой Е=0,для трёх вариантов равна около 2м.Что касается зависимости отклоняющей силы от величины радиальных зазоров между центраторами и стенками скважины, то отклоняющая сила на долоте уменьшается с увеличением радиального зазора между первым центратором и стенками скважины. А также устанолено,что отклоняющая сила на долоте увеличается с увеличением радиального зазора между вторым центратором и стенками скважины.

Анализ и расчёты математической зависимости отклоняющей силы на долоте от параметров указанных КНБК доказали,что параметры направляющей секции КНБК(т.е.части от долота до нижнего центратора)очень сильно влияют на стабилизацию зенитного угла скважины.

Поэтому,при выборе оптимальных параметров КНБК с центраторами,в первую очередь,необходимо выбирать рациональные параметры-длину направляющей секции и нижным центратором по критерию оптимизации равенства нулю поперечной силы на долоте и угла поворота долота относительно оси скважины для конкретного проектного зенитного угла.

На КНБК действуют следующие внешние силы: осевая нагрузка на долото,продольная и поперечная саставляющие веса и опорная реакция на центраторе,а также внутренние силы—изгибоющий момент и перерезывающая сила,дейсивующие со стороны расположеной выше части КНБК.

При изменении зенитного угла будет изменяться и момент от поперечной составляющей веса направляющей секции КНБК (т.е.части от долота до нижнего центратора),а,следовательно, и отклоняющая сила на долоте.В целях компенсации момента от поперечной составляющей веса направляющей секции КНБК к верхнему концу направляющей секции следует приложить изгибающий момент, величина которого рассчитывается по следующей

формуле(без учёта момента от продольной составляющей её веса):

2

Р{0<1-0) -дЬэЛпЭ

М=Е1У"=----------------------------------------(8)

2

где -изгибающий момент,действующий со стороны верхней части оптимальной КНБК на направляющую секцию, кн.м;

2

Е1-жёсткость КНБК,кн.м;

Р-осевая нагрузка на долото,кн;

Ба,Э-диаметры долота и направляющей секции КНБК соответственно,м;

д-вес одного метра направляющей секции КНБК,Кн/м;

Ь-длина направляющей секции КНБК,м;

9-зенитный угол скважины,град.

Очевидно,что только в многоцентраторных КНБК изгибающий момент на нижнем ценираторе можно регулировать за счёт изменения диаметра верхних центраторов и длины секции.Это даёт возможность цельнаправленно изменять параметры направляющей секций оптимальной КНБК,или наоборот, изменять конструкцию и размеры верхней части КНБК при сохранении параметров её направляющей секции.

Таким образом,новым по данному защищаемому положению является то,что при выборе оптимальых параметров КНБК с центраторами, в первую очередь,необходимо выбирать рациональные параметры-длину направляющей секции и величину зазора между стенками скважины и ниж-

ным центратором по критерию оптимизации равенства нулю поперечной силы на долотеи угла поворота долота относительно оси скважины для конкретного проектного зенитного угла.

5.Все оптимальные стабилизирующие КНБК по устойчвости относительно изменения зенитного угла можно разделить на три группы:устойчивые, неустойчивые и пассивные.

На основе предложенной методики расчёта оптимальных КНБК по критерию оптимизации равенства нулю поперечной силы на долоте и угла поворота долота относительно оси скважины можно выбрать оптимальную КНБК для конкретного проектного значения угла.Однако,при бурении ствол скважины может отклониться от проектного направления по какой-либо причине.При этом изменится кривизна скважины и угол её наклона, что приведет к изменению геометрии упругой оси КНБК и опорных реакций,в том числе и на долоте.

В новых условиях КНБК перестанет быть оптимальной, так как отклоняющая сила на долоте и угол перекоса его в скважине уже не будут равны нулю.В зависимости от направления и величины отклоняющей силы на долоте и угла перекоса последного в скважине произойдет или дальнейшее отклонение скважины от проектного профиля, или в процесе бурения восстановится расчётный зенитный угол.

В работе автором проанализовано влияние параметров оптимальных КНБК на устойчивость

изменения зенитного угла скважины и установлено, что все оптимадьныые КНБК можно разделить на три групны:устойчивые,неустойчивые и пассивные.

КНБК является устойчивой в работе, если при отклонении ствола скважины от проектной траектории долото разрушает горную породу в направлении восстановления угла стабилизации. КНБК является Неустойчивой в работе,если зенитный угол не равен расчётному углу стабилизации, то в этом случае прсизвойдет дальнейшее искривление скважины.Пассивная КНБК безразлична к изменению величины зенитного угла,т.е.у такой КНБК при изменении зенитного угла отклоняющая сила на долоте равна нулю.

При анализе устойчивости оптимальных КНБК установлено,что при отклонении текущего значения зенитного угла скважины от расчётного угла стабилизации,угол перекоса долота в скважине изменяется незначительно и не оказывает существенного влияния на работу КНБК,у которых при изменении зенитного угла отклоняющая сила на долоте равна нулю.

Поэтому при оптимизации КНБК для увеличения зенитного угла необходимо использовать два критерия,в соответствии с которыми угол перекоса долота и отклоняющая сила на долоте равны нулю в начальной точке бурения,а в следующем интервале бурения-только последнему из них.

На основе аналза и расчёта параметров искривляющей КНБК по указанным критериям оптимизации устнановлено существование КНБК,у которых при изменении зенитного угла отклоняющая сила на долоте равна нулю.Этот вывод имеет практическое значение для реализации профиля ГС с постояной кривизной,так как для конкретного значения радиуса кривизны нужно выбирать только оптимальную КНБК,имеющую одинаковые параметры при изменении зенитного угла.

Таким образом, новым по данному защищаемому положению является следующие:

-при выборе неориентируемых КНБК с центраторами предложено не только определять оптимальные параметры КНБК для проектного зенитного угла,но и учитывать устойчивость работы КНБК на проектной траектории;

-проводку участка постянной кривизны можно осуществлять оптимальной пассивной КНБК с центраторами^ которой параметры не зависят от величины зенитного угла.Следовательно,максимально упрощается выбор неориентируемых КНБК для проводки ГС с большим смещением забоя.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1.Разработанная методика проектирования оптимальных профилей ГС с большим смещением забоя может быть рекомендована для решения практических задач в буровых производственных организациях.

2.Объективным критерием оптимизации профиля ГС с большим смешением забоя является минимум силы сопротивления при подъёме бурильной колонны.

3.При проектировании профиля ГС с большим смещением забоя выбор величины радиуса кривизны играет не столь решающую роль и производится с учётом таких факторов,как коэффициента отклоенния ,положения начала отклонения ствола от вертикали,проектной длины горизонтального участка,длины забойного двигателя и др..

4.Предложнная методика расчёта оптимальных КНБК с центраторами применительна не только к стабилизации зенитного угла,но и к стабилизации кривизны.

5.Место установки нижнего центратора и величина радиального зазора между ним и стенками скважины оказывают довольно значительное влияние на работу КНБК с центраторами.

6.Все оптимальные КНБК можно разделить на три группы по устойчивости на проектной траектории: устойчивые, неустойчивые и пассивные.

-устойяивые КНБК стремятся восстановить расчётный угол стабилизации при искривлении скважины;

-Неустойчивые КНБК в стволе скважины,зенитный угол которого не равен расчётому углу стабилизации,производят дальнейшее искривление скважины;

-пассивные КНБК безразличны к изменению энитного угла,т.е.у таких КНБК при изменении энитного угла отклоняющая сила на долоте авна нулю.

7.При конкретной длине направляющей секта КНБК с двумя центраторами её устойчивость

искривлению скважины повышается при уменьше-1и длины верхней секции.

8.Проводку участка увеличения зенитного ?ла с постоянной интенсивностью следует осуще-гвлять оптимальной КНБК с двумя центраторами, фаметры которой одинаковы для различных зна-;ний занитного угла.

9.Экономическая эффективность ГС опреде-гется не денежными затратами на бурение сква-шы,а резким повышением её дебита.