Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Искусственное искривление скважин приме­няется чаще всего для радикальной коррекции трасс скважин с целью исправления технологического брака (грубых иска­жений разведочной сети), обхода мест аварий и отбурки до­полнительных стволов с целью локальных сгущений разве­дочной сети.

Все технические средства для искусственного искривления делятся на следующие основные типы:

одно- и двухшарнирные компоновки (рис. 21.8, 1, 2);

I

клиновые отклонители стационарные (неизвлекаемые) от­крытого типа (рис. 21.8, 3, 4);

клиновые извлекаемые закрытые отклонители однократно­го действия (рис. 21.8, 5-5);

клиновые извлекаемые отклонители однократного дейст­вия для отбурки стволов меньшего диаметра (рис. 21.8, 9);

бесклиновые скользящие отклонители непрерывного дей­ствия (рис. 21.8, 10, 11, 12, 13-18У,

конусно-клиновые извлекаемые отклонители многократно­го действия, обеспечивающие сохранение диаметра скважи­ны при искривлении (рис. 21.8, 1, 19, 20);

бесклиновые скользящие забойно-приводные отклонители непрерывного действия (рис. 21.8, 21-24).

Отклоняющие клинья открытого типа обеспечивают ис­кривление скважины без потери диаметра. Клинья закрытого типа требуют обязательного перехода на следующий мень­ший диаметр. Конструкция отклоняющего клина проста. Он состоит из клиновидного желоба, изготавливаемого из труб или профильного железа и распорного узла. Угол скоса клина обычно составляет 2-3°. В клиньях закрытого типа отклони­тель крепится в корпусе, изготавливаемом из обсадны* или колонковых труб.

Неизвлекаемые клинья, как правило, опираются в скважи­не на устройство, именуемое пробка — искусственный забой и устанавливаемое в любой точке пробуренной скважины при отбуривании дополнительных стволов. Стационарные от­клонители открытого типа КОС-44, КОС-57 и КОС-77 (рис. 21.9, а) имеют в составе конструкции клин I и распорное уст­ройство II. Отклонитель опускается в скважину на бурильных трубах, присоединенных к клину через установочный патру­бок III двумя заклепками. При постановке клина на пробку- забой (рис. 21.9, б) срезается винт-шпилька в распорном уст­ройстве и клин раскрепляется в скважине. Предварительно с помощью специального ориентатора желоб клина поворачи­вается в нужное направление — ориентируется.

Далее осевая нагрузка увеличивается до срезания двух за­клепок в установочном патрубке, после чего бурильные трубы извлекаются из скважины. Пробка-забой включает корпус 1 с тремя продольными прорезями-окнами, распорный конус 4 с конусными плашками 3 и переходника 5 с направляющим стержнем 2 и гидропривод. В корпусе 6 гидропривода разме­щены поршень 7, шариковый клапан 8, шток 9 и втулка 10. В окна корпуса введены плашки, опирающиеся на конус. Вы­движение плашек и фиксация пробки-забоя в скважине про-

исходит при перемещении поршня и штока гидропривода под давлением промывочной жидкости, закачиваемой в колонну бурильных труб, на которой устройство опускается в скважи­ну. Шток гидропривода воздействует на конус 4, который пе­ремещается вниз, выталкивая плашки 3 наружу. Дополнитель­ное усилие раскрепления обеспечивается осевой нагрузкой.

В мировой практике наибольшее распространение получил стационарный клин марки «Холл-Роу» (США). На рис. 21.10 представлено шесть модификаций этого клина, в том числе с подачей на забой цементного раствора (/) и различных мо­дификаций механического распорного узла для применения в породах различной крепости и в скважинах различного диа­метра. Для отбуривания от клина «Холл-Роу» применяется компоновка с алмазным долотом «бычий нос» и установлен­ным выше него конусным алмазным расширителем.

Извлекаемые отклонители однократного действия разно­образны по конструкции. Классическим техническим реше­нием съемного отклонителя в России является отклонитель типа СО (77/46 и 57/36), много лет успешно применяющийся в различных геолого-технических условиях. Кинематическая схема его представлена на рис. 21.8, 7.

В развитие данной технической идеи в последние годы создано много устройств, обеспечивающих направленное бу­рение скважин в различных условиях.

Одной из таких разработок является отклонитель СНБ-АС, созданный в Казахстане (рис. 21.11). Он состоит из корпуса 8. К корпусу присоединена эксцентричная втулка 2, в которой срезным винтом 3 закреплен ниппель 1. Со стороны скошен­ной части с башмаком 12 корпус имеет вырез. В нем разме­щена труба 10 с алмазной коронкой 11 и шарниром 9 отбу — рочного инструмента. В верхней части корпуса 8 также име­ется вырез, в котором закреплена гибкая стальная полоса с приваренной к ней внутренней стороны клиновидной плаш­кой 6. Отбурочный инструмент состоит из ниппеля 1 с закре­пленным на нем винтом 4 полуцилиндрическим распорным конусом 5, промежуточного вала 7, шарнира 9, колонковой трубы 10, алмазной коронки 11.

Рис. 21.9. Стационарный клин типа КОС (а) и пробка-забой (б) конструк­ции ВИТР:

а: 1 — бурильные трубы; 2 — заклепки; 3 — клин; 4 — удлинитель; 5, 10 — рас­крепляющие плашки; 6, 12 — верхний и нижний раскрепляющие конусы; 7 — винт-шпилька; 8, 11 — верхний и нижний патрубки; 9 — шток; I — клин; II — распорное устройство; III — установочный патрубок; б 1 — корпус пробки; 2 — цилиндрический направляющий стержень; 3 — конусные плашки; 4 — ко­нус; 5 — переходник; 6 — корпус гидропривода; 7 — поршень; 8 — шариковый клапан; 9 — шток; 10 — втулка; I — пробка; II — гидропривод

1Г"П

Рис. 21.10. Модификации стационарного клина «Холл-Роу»

ЮС

Є 4 5 Рис. 21.12. Компоновка для проработки интервалов искривления КПИИ конструкции ВИТР: 1 — алмазная коронка; 2 — колонковая труба; 3 — бурильная труба длиной не менее 1,5 м; 4 — алмазные калибраторы (фрезеры); 5 — патрубок; 6 — буриль­ные трубы

Отклонитель после ориентации без вращения устанавлива­ется на забой, под действием осевой нагрузки срезается винт 3, и отбурочный снаряд опускается до тех пор, пока полуци — линдрический распорный конус 5 не расклинит клиновидную плашку 6 до полного упора о стенку скважины, а конус за­клинится о внутреннюю стенку корпуса 8, который опирается на противоположную стенку скважины по отношению к плашке 6. После этого срезается отбурочный винт 4 и отбу­рочный снаряд освобождается от закрепления и устанавлива­ется коронкой непосредственно на забой скважины. Откло­нение отбурочного инструмента от оси корпуса снаряда про­исходит в результате того, что колонковая труба опирается на скос башмака 12, а шарнир 9 изгибается при его перемеще­нии непосредственно в вырезе корпуса 8.

Поскольку диаметр пилот-скважины значительно меньше диаметра основного ствола требуется дополнительная прора­ботка участка искривления специальными компоновками. Пример таких компоновок представлен на рис. 21.12.

В настоящее время наиболее перспективными для геолого­разведочного бурения представляются отклонители непре­рывно-периодического действия, которые обеспечивают ис­кривление скважин с естественного забоя с постоянной ин­тенсивностью и без уменьшения диаметра. Наибольшее рас­пространение получил снаряд ТЗ-З (Табарган забайкальский — условное наименование, обозначающее землеройного зверька типа суслика, который водится в забайкальских степях Рос­сии).

Принципиальная схема снаряда ТЗ-З представлена на рис. 21.13, а. Он состоит из ротора /, соединенного с долотом 1, и

Рис. 21.13. Снаряд ТЗ-З:

а — в процессе ориентирования до раскрепле­ния; б — в фиксированном положении при бу­рении; 1 — долото; 2, 11 — нижний и верхний опорные узлы соответственно; 3, 6 — нижний и верхний полуклинья; 4 — ползун; 5 — роли­ки; 7 — вал; 8 — муфта; 9 — корпус; 10 — пру­жина; I — ротор; II — статор

статора II. Ротор содержит два опор­ных узла: нижний 2 и верхний II, связанные с валом 7 и компенси­рующей муфтой 8. Статор оснащен нижним 3 и верхним 6 полуклинья — ми, ползуном 4 с опорными каретка­ми, корпусом 9 и пружиной 10. При подаче осевой нагрузки на снаряд вал 7, сдвигаясь вниз, через муфту 8 воздействует на ползун 4, прижимая его к стенке скважины (рис. 21.13,6).

Катки (ролики) 5 внедряются в по­роду и при перемещении ползуна 4 удерживают снаряд в за­данной плоскости.

Работа такого отклонителя подобна действию одношарнир­ного отклонителя в фиксированной плоскости. Длина цикла непрерывна. Искривление снарядом ТЗ-З составляет от 3 до 15 м. Набор кривизны колеблется в пределах 1° на 1 м. Буре­ние снарядом ТЗ-З проводится с промывкой водой или глини­стым раствором.

Техническая идея снаряда ТЗ-З развита во многих конст­рукциях типа БСНБ-АС-73, СИБ-ИМР и др.

Эффективность применения отклонителей любого типа во многом определяется правильной установкой их в скважине по отношению к необходимому направлению искривления скважины — ориентацией отклонителей, выполняемой с по­мощью специальных приборов-ориентаторов, спускаемых внутрь колонны бурильных труб.

Конструкции ориентаторов весьма разнообразны. Наи­более совершенны среди них, как показывает практика, приборы типа «Курс», «Луч» и ОБ-13 конструкции ВИТР и прибор ОЭ-15 конструкции объединения «Уралгеоло — гия». Они спускаются внутрь бурильной колонны на од­ножильном проводе только на момент ориентации отклони­теля.

Рис. 21.14. Принципиальная электрическая схема пульта управления и скважинного ориентатора прибора «Луч»

Прибор «Луч» представляет собой прибор индикаторного типа и обеспечивает поиск апсидальной плоскости скважины по принципу «да-нет» с применением скважинного датчика диаметром 13 мм.

Устройство скважинного датчика показано на принципи­альной электрической схеме (рис. 21.14). В пульте управления размещены понижающий трансформатор 1У1, контрольная лампа НИ, резисторы нагрузки Я1, Я2, ЯЗ, диоды Т)1, У02, сглаживающий фильтр, состоящий из конденсаторов С1, С2 и дросселя Ь1, который выделят постоянную составляющую из пульсирующего тока. Отклонение стрелки прибора РА реги­стрирует переменный резистор Я4.

В датчике ориентатора размещены диоды У04, УШ, пере­ключатель 5А1 с подвижным контактом 3, представляющим собой отвес (размещается в агатовых подпятниках), ось кото­рого расположена вдоль оси прибора, но смещена относи­тельно центральной части. Его конструкция позволяет пооче­редно замыкать его собственный контакт с одним из двух па­раллельных контактов корпуса, имеющих электрическую связь с диодами У04, УБЗ. Замыкания контакта отвеса с тем или другим диодом приводит к отклонению стрелки миллиам­перметра РА пульта в правую или левую сторону от нулевой позиции следующим образом. Переключатель 5А/ имеет вид маятника, который может коммутировать цепь отвеса 3. Дио­ды УЛ4 и УШ меняют направление протекания тока через нагрузку Я1 и Я2 в зависимости от замыкания контактов пе­реключателей 5А/.

Отклонитель на колонне бурильных труб спускается в скважину на заданную глубину. Пульт управления подключа­ется к сети переменного тока напряжением 220 В, которое понижается трансформатором до 6 В и подается по проводу на ориентатор.

Ориентатор (скважинный датчик) под действием силы тя­жести «садится» фигурным вырезом своего ловителя на шпонку в специальном переходнике, положение которой от­носительно желоба (плоскости искривления) устанавливается на поверхности в соответствии с так называемым углом уста­новки отклонителя, определяемым по специальной методике (см. следующий раздел). После этого бурильная колонна мед­ленно вращается по часовой стрелке с некоторым продоль­ным расхаживанием, позволяющим снять закручивание ко­лонны.

При поворачивании колонны вокруг ее оси в зависимости от расположения отвеса и маятника ориентатора относитель­но апсидальной плоскости скважины могут быть четыре по­ложения стрелки микроамперметра на пульте прибора:

а) отвес 3 замыкает правый контакт и стрелка откло­няется вправо;

б) отвес 3 переходит на левый контакт БА1 — стрелка нахо­дится в нулевом положении (такое положение сохраняется в пределах поворота на 180° — «длинный нуль»);

в) отвес 3 продолжает замыкать левый контакт, а маятник 5А1 — цепь отвеса при этом стрелка прибора отклоняет влево;

г) отвес 3 находится между правым и левым контактами маятникового размыкателя, при этом стрелка индикатора на­ходится в нулевой позиции, сохраняющейся в пределах пово­рота колонны на 5-10°. Это положение именуется «коротким нулем»; оно соответствует установке отклонителя в заданное положение.

Особенностью ориентатора электрического ОЭ-15 (рис. 21.15) является то, что чувствительный элемент выполнен в виде шарнира, сблокированного с отвесом и подвижным кон­тактным кольцом. Сигнал от чувствительного элемента воз­действует на электромагнитный вибратор, что повышает точ­ность ориентации и обеспечивает плавность перемещения контакта.

В бесконтактном ориентаторе ОБ-13 использован опто­электрический сигнал. Принцип его действия пояснен схема­ми, пред. на рис. 21.16 и 21.17. Между источником света (световод) и приемником света (фотосопротивление, фотоди­од или фототриод) располагается элемент с переменной опти­ческой чувствительностью. При изменении измеряемого уг­ла (при перемещении относительно апсидальной плоскости наклонной скважины во время поворота прибора вокруг оси

2 3

V

Рис. 21.15. Ориентатор электрический ОЭ-15 опытно-ме­тодической партии иовой техники ПГО «Уралгеология»: 1 — переводник с кабельным вводом; 2 — корпус; 3 — шарнир; 4 — отвес; 5 — подвижное контактное кольцо

Рис. 21.16. Принцип действия оптоэлектронного преоб­разователя в проходящем (а) и отраженном (б) свете: 1 — источник света; 2 — оптический элемент (маска, пу­зырек); 3 — приемник света; 4 — отражатель

&

скважины) меняется световой поток от источника к приемни­ку и соответственно меняется ток, протекающий через при­емник света, что фиксируется поверхностным пультом. В ка­честве чувствительного элемента может быть использована вращающаяся на оси непрозрачная механическая эксцентри­ческая маска со щелью (рис. 21.16, а) либо пузырек воздуха в непрозрачной жидкости (рис. 21.16, б).

Ориентаторы, как технические средства обеспечения пра­вильной установки отклонителей, используют в качестве ра­бочего параметра угол установки отклонителя ср.

Наиболее удобным и универсальным методом определения угла установки отклонителя является графоаналитический метод (рис. 21.18), который заключается в следующем.

Сначала, с целью определения полного угла на интервале искусственного искривления 8, на прямой ВА (рис. 21.18, а) от точки В откладывается в принятом масштабе (например, 1° в 1 см) начальный зенитный угол 0 (отрезок ВО). Затем из точ­ки В откладывается проектное приращение азимута (а„ — а0) и проводится прямая, на которой в том же масштабе откла-

Рис. 21.17. Чувствительный элемент оптоэлектронного ориентатора:

а — в виде механической маски: 1 — источник света; 2 — лучи света; 3 — опти­ческая маска; 4 — приемник света; 5 — подпятники; 6 — ось маски; б — в виде пузырьковой камеры с жидкостью: 1 — источник света (например, светоди­од); 2 — приемник света; 3 — пузырек воздуха в жидкости; 4 — непрозрачная жидкость; 5 — камера; 6 — лучи света

дывается проектный зенитный угол 0„. Линия ОС отображает полный или общий угол искривления, который должен быть получен для приведения скважины в проектное положение. Исходя из возможностей технических средств определяют количество необходимых циклов для набора полного угла ис­кривления. Далее определяется угол установки отклонителя — угол поворота шпонки ориентирующего переходника относи­тельно плоскости симметрии желоба или другого отклоняю­щего элемента устройства.

На графике к линии N8 (рис. 21.18, б) под углом «х^ рав­ным фактическому азимуту скважины, проводят линию ОА, длина которой соответствует фактическому зенитному углу Э].

Рис. 21.18. Схемы графоаналитических методов определения параметров искусственного искривления скважины

Под углом а2, равным проектному азимуту, проводится ли­ния ОВ в том же масштабе, соответствующая проектному углу 02. В этом случае отрезок АВ будет равен полному уг­лу искривления 5, а угол установки отклонителя ф опреде­лится как угол между лучом ОА и линией АВ (знак « + » — справа от ОА, знак «-» — слева от ОА при уменьшении ази­мута).

Комментарии запрещены.