Бурильный инструмент

Бурильный инструмент

Бурильный инструмент

Здесь кратко обсуждается основной бурильный инструмент, который, по-видимому, должен применяться при решении вопросов направленного бурения. Для более детальной информации о конкретном оборудовании, необходимо ознакомиться с "Composite Catalog" или с перечнем выпускаемого заводами-изготовителями бурильного инструмента.

Утяжеленные бурильные трубы (УБТ)

УБТ - тяжелые, сделанные из прочной стали трубы. Они устанавливаются в нижней части КНБК и нужны для увеличения нагрузки на долото и придания КНБК необходимой жесткости. Применяются как гладкие, так и спиральные УБТ. В направленном бурении применение спиральных труб более предпочтительно, (см. рис.21).

Спиральные выемки на трубах уменьшают площадь контакта между поверхностью трубы и стенкой скважины на 40%, уменьшая при этом вес самой трубы лишь на 4%. Вероятность дифференциального прихвата существенно уменьшается.

Укороченные УБТ (УУБТ)

Их часто называют патрубки и просто являются укороченной версией обычных УБТ. Укороченные УБТ могут быть изготовлены на заводе с самого начала или из обычной УБТ можно (разрезав ее) получить их две или более. В направленном бурении УУБТ и немагнитные укороченные УБТ (НУУБТ) нашли широкое распространение в компоновке КНБК. Обычно, компании, занимающиеся направленным бурением, применяют УУБТ различной длины
(1,5 м; 3 м; 4,5 м).

Немагнитные УБТ (НУБТ)

Немагнитные УБТ обычно бывают гладкие (без спиральной нарезки). Они изготовляются из высококачественной, нержавеющей стали. Измеряющее магнитное поле оборудование, необходимо разместить в немагнитной трубе такой длины, чтобы на результаты измерения магнитного поля земли не оказывали влияния помехи. Измерительный инструмент изолируется от вредного влияния стальных компонентов КНБК и бурильных труб. Анадриловское оборудование Ml, MWD и их вспомогательные элементы располагаются внутри своей собственной специальной немагнитной УБТ. SLIM-1 помещается во внутрь стандартной немагнитной УБТ.

Короткие немагнитные УБТ (немагнитные патрубки)

Немагнитные патрубки - это короткая модификация НУБТ. Они часто изготавливаются из обычных НУБТ укорачиванием. Немагнитный патрубок может устанавливаться между двигателем и MWD, для устранения магнитных помех от двигателя. Он часто устанавливается в КНБК, предназначенных для бурения горизонтальных скважин.

Перепускной переводник

Это переводник "ниппель-муфта" с установленным внутри перепускным клапаном. Его часто устанавливают выше забойного двигателя. В обычных вращающихся КНБК перепускной клапан вставляется или в переводник долота, или в отверстие около стабилизатора долота.

Наддолотный переводник

Это переводник "муфта-муфта", устанавливаемый прямо над долотом, если не используется наддолотный стабилизатор долота. Внутрь его устанавливается перепускной клапан. Размеры бывают самые разнообразные.

Шламометаллоуловитель (ШМУ)

ШМУ представляет собой стальной, скошенный к низу переводник с "юбкой ", надетой на нижнюю, скошенную часть. Все это образует корзину для сбора шлама. Тяжелые частицы, которые не могут быть удалены при циркуляции, оседают в корзине.

Переводник - удлинитель

Это короткий переводник (обычно "муфта-ниппель"), который применяется для точной регулировки КНБК. Перепускной переводник можно использовать как переводник - удлинитель.

Толстостенные бурильные трубы (хевивейт)

Это трубы промежуточного веса с размерами бурильной трубы для более легкого обращения с ними. Их соединения имеют большую длину, что обеспечивает более надежное соединение и предотвращает абразивный износ наружной поверхности труб. Поверхность труб так же защищается против абразивного износа и центральными подушками. Соединения и противоизносные подушки - лучше противостоят изгибу, чем основное тело трубы. Некоторые такие трубы имеют две подушки. Эти трубы - менее жесткие, чем УБТ и имеют меньший контакт со стенками. Вероятность дифференциального прихвата уменьшается. Их свойство контактировать со стенками в трех точках позволяет решить две серьезные проблемы направленного бурения. Они позволяют выполнять бурение с высокими скоростями вращения с меньшим крутящим моментом.

Рис. 2.2

Им легче пройти в закривленный участок ствола, у них меньшая площадь касания со стенками. Современная тенденция в конструкции КНБК такова, что количество УБТ стремятся уменьшить и за счет толстостенных бурильных труб получить необходимую нагрузку на долото.

Стабилизаторы

Стабилизаторы являются неотъемлемой частью большинства КНБК в направленном бурении . Стабилизаторы, устанавливаемые над долотом, имеют соединения "муфта-муфта". В них обычно устанавливается перепускной клапан. У стабилизаторов колонны - соединения типа "муфта-ниппель". У большинства стабилизаторов правая винтообразная конфигурация вращения лопастей. Лопасти стабилизаторов покрыты различными твердосплавными материалами, (см. рис. 2.3). Возможны различные конструктивные особенности стабилизаторов. Стабилизаторы применяются для:

° Ликвидация желобов и искривлений ствола

° Контроля отклонения ствола

° Уменьшения риска дифференциального прихвата

Имеется множество конструкций стабилизаторов. Самыми часто используемыми являются:

Твердосплавное покрытие лопастей стабилизаторов

Рис. 2.3

Стабилизаторы с приваренными лопастями

Лопасти стабилизатора привариваются к корпусу после предварительного нагрева всех компонентов и после сварки охлаждаются в течение длительного времени. Этот процесс обеспечивает целостность стабилизатора и сводит к минимуму поломки лопастей. Форма лопастей может быть прямая, прямонаклонная или винтообразная (спиралевидная), (рис. 2.4). Стабилизаторы с приваренными лопастями не рекомендуется применять в твердых формациях
из-за возможности поломки лопастей. Лучше всего они подходят для ствола большого диаметра в мягких формациях т.к. они позволяют использовать максимальные скорости потока жидкости. Относительная стоимость их - не высокая. При выработке, лопасти могут быть восстановлены.

Цельноточенные (интегральные) стабилизаторы

Интегральные стабилизаторы изготавливаются из одного цельного куска металла. Они - более дорогие, чем стабилизаторы с наваренными лопастями. Спереди они могут быть скошены для обеспечения большего контакта со стенками скважины и уменьшения разрушения поверхности ствола скважины . Они могут иметь или три, или четыре лопасти. Интегральные стабилизаторы обычно имеют твердосплавные накладки из карбида вольфрама и применять их рекомендуется в абразивных формациях.

Втулочные стабилизаторы

Существуют две основные конструктивные особенности стабилизаторов втулочного типа. (см. рис. 2.6).

Стабилизатор, состоящий из двух частей (сердечник и втулка)

Втулка наворачивается на сердечник с известным крутящим моментом. Момент этот - не большой. Эту втулку легко менять и стабилизаторы такой конструкции выпускаются многими компаниями. Стабилизаторы такого типа широко используются в настоящее время.

Стабилизатор, состоящий из трех частей

(сердечник, втулка и переводник)

Сначала втулка наворачивается на сердечник. Затем на сердечник наворачивается переводник и это соединение затягивается крутящим моментом, величина которого рекомендована для соединения такого размера согласно API, поскольку это соединение должно обеспечить достаточное уплотнение, чтобы не было протекания раствора. Необходимость тщательного ухода за поверхностью торцов и резьбы требует значительных затрат времени на замену втулки и поэтому в настоящее время такого типа стабилизаторы применяются не так часто, как несколько лет тому назад.

Стабилизатор-хомут

Пример такого типа стабилизаторов показан на рис. 2.7. Эти стабилизаторы обеспечивают больший простор в конструкции КНБК, поскольку могут быть установлены в любом ее месте и обеспечить необходимые требования к контролю за направлением.

Некоторые работопроизводители настроены весьма скептически относительно возможности их применения, поскольку считают, что этот тип стабилизаторов может быть поврежден при спускоподъемных операциях.

Рис. 2.4 Рис. 2.5

Другими стабилизаторами для направленного бурения являются:

Стабилизатор с не вращающейся резиновой втулкой

Этот тип стабилизаторов может устанавливаться в любом месте выше самого верхнего обычного в КНБК, особенно при проходке в абразивных формациях. Резиновая втулка не вращается во время бурения и, таким образом, износ лопастей и повреждения стенок ствола - минимальны. Втулка из специального эластомера может использоваться при температурах до 177~ С.

Рис. 2.7 Рис. 2.6

Стабилизатор с заменяемой (после износа) подушкой.

Четыре длинные лопасти "разнесенные" под 90~ образуют заменяемую подушку с вставками из карбида вольфрама. Он - хорош для контроля направления в абразивных породах, но создает излишне высокое сопротивление крутящему моменту.

Стабилизатор с изменяемой геометрией

Этот стабилизатор можно "раскрыть" внутри ствола на том месте, где он должен работать, (см. рис. 2.8). Он имеет два положения - открытое (максимальный диаметр) и закрытое (минимальный диаметр). Он раскрывается внутри ствола, воспринимая нагрузку на долото и затем срабатывает гидравлический затвор, который и удерживает его в открытом положении. Для его закрытия необходимо до подъема колонны уменьшить давление раствора и, после начала подъема (механическое давление устраняется), срабатывает механический затвор, удерживающий его в закрытом положении.

Расширитель с цилиндрическими шарошками.

Этот тип расширителя служит для поддержания диаметра ствола, уменьшения сопротивления крутящему моменту и стабилизации буровой колонны. Он может быть трех и шести элементный (см. рис. 2.9). Расширитель может устанавливаться как возле долота, так и на колонне. Его полезно применять в абразивных формациях. Возле долота он устанавливается вместо стабилизатора. Иногда один или несколько расширителей устанавливают на КНБК. Их применяют для ликвидации желобов, искривлений и уступов стенок.

Рис. 2.8 Рис. 2.9 Рис. 2.10

Раздвижной расширитель (ствола скважины )

Его обычно применяют для очистки ствола от мостов и уступов, проработки перед обсадной колонной ниже превентора. Инструмент открывается гидравлически. Он поддерживается в открытом положении при наличии гидравлического давления. При отсутствии давления, режущий инструмент складывается во внутрь корпуса. Применяются различные типы режущих элементов в зависимости от свойств породы. Режущие элементы могут быть заменены на буровой.

Расширитель насадки

Он предназначен для ликвидации любого выступа в стволе, через который проходит колонна. Соединения обычно такие же, как и у бурильной трубы. Лопасти навариваются на корпус (рис. 2.10). Грани лопастей - покрыты твердым сплавом. Лопасти могут быть или прямыми, или наклонными. Наружный диаметр лопастей может быть любым, но не более диаметра долота.

Самая дорогая конструкция - изготовление из цельного куска стали с вырезанными лопастями и нанесенным твердым покрытием.

Этот расширитель размещают в том месте колонны, где, по мере продвижения свечи к забою, расширитель достигает место неровности ствола и, при дальнейшей проходке, сглаживает поверхность. Расширители с большим наружным диаметром могут работать вместе с УБТ. В этом случае они имеют соединения, аналогичные УБТ.

Вайпер для удаления неровностей стенок в скважине

В скважинах, где неровности стенок ствола являются проблемой, можно применить вайпер, который устанавливается между самой верхней УБТ и самым нижним соединением толстостенных бурильных труб (рис. 2.11). При подъеме, втулка (диаметр которой обычно на 1/4" больше УБТ) первой наталкивается на неровности стенок и заклинивается на уступе. При вращении колонны, втулка входит в зацепление с корпусом и начинает работать как расширитель ствола. Она расширяет ствол и создает условия для более легкого прохода УБТ через этот участок. Втулка имеет спиралеобразные лопасти с твердым покрытием для более быстрого расширения ствола.

Турбина

Этот инструмент использует принцип центробежного течения потока жидкости, который полностью отличается от принципа, применяемого в ВЗД. Лопасти статора, расположенные под углом к потоку жидкости, отклоняют его на расположенные так же под углом лопасти ротора, создавая этим самым силу вращения. Каждая такая комбинация ротор/статор называется ступенью. Для нужд направленного бурения применяют многоступенчатые турбины. Турбины (часто называемые турбобурами) в настоящее время широко не применяются.

Рис. 2.11 Рис. 2.12

Отклоняющий переводник

Отклоняющий переводник (рис. 2.12) обычно изготавливается с соединениям типа "ниппель - муфта". Ниппель переводника должен быть совместимым с муфтой двигателя и иметь тот же самый наружный диаметр. Ниппель изготавливается таким образом, что он имеет некоторый угол относительно корпуса переводника. Обычно величина этого угла находится в пределах 1 - 3 град. с промежутками в 1/2 град. Обычно отклоняющий переводник устанавливается прямо над двигателем. Он заставляет долото следовать по дуге определенной кривизны во время бурения.

Ориентируемый переводник

Эти переводники обычно называют Универсальными Переводниками Ориентации Забоя. Это - прямые переводники с соединениями "ниппель-муфта", совместимыми с отклоняющими переводниками и/или немагнитными УБТ. В нем выполнено отверстие под втулку. После всех соединений, шпонка втулки выставляется параллельно оси переводника. Эта шпонка является посадочным местом для измеряющего инструмента. Она позволяет установить ориентацию переводника. Втулка крепится двумя гексагональными винтами, которые заворачиваются в корпус переводника. На рис. 2.13 показана ситуация, когда стержень "мул-шу" упирается в шпонку втулки.

Рис. 2.13 Рис. 2.13

Кривой ориентирующий переводник

Этот переводник включает в себя свойства отклоняющего и ориентирующего переводников. Кривой ниппель совместим с забойными двигателями и внутри его есть отверстие для втулки.

Расширитель

Расширитель обычно сконструирован как инструмент фиксированного диаметра. На нем применяются различного типа, зависящие от свойств формации, режущие элементы. Эти элементы и насадки могут быть заменены на буровой. В направленном бурении настоятельно рекомендуется под расширителем устанавливать не долото, а стыковочный ниппель. Расширитель обычно изготавливается с ниппелем в верхней части.

Стыковочный ниппель

Стыковочный ниппель применяется как направляющий для расширителей. Он может быть полым или не иметь пустот; с насадками, или без них. Желательно, чтобы струя жидкости попадала прямо под расширитель. Струя направляется вверх и, таким образом, помогает удалять шлам от расширителя. Обычно он изготавливается с ниппелем в верхней части.

Режущий расширитель

Этот инструмент применяется для расширения участка обсаживания. Он работает аналогично расширителю и имеет шесть треугольных резцов покрытых карбидом вольфрама. При спуске до определенного участка, подается давление и три резца, открываясь, начинают резать. Когда они прорезают определенный задел, открывается вторая тройка резцов. Зависимость работы от подаваемого давления является положительным качеством этого инструмента с точки зрения контроля процесса с поверхности.

Уипсток

Этот инструмент применяется для направленного изменения направления ствола как на обсаженном участке, так и на .открытом.

Отклонитель на открытом участке является возвращаемым на поверхность. Отклонитель на обсаженном участке применяется для изменения направления ствола изнутри колонны. Его ориентируют, закрепляют внутри колонны для того, чтобы создать условия изменения направления и оставляют в этом положении в стволе. Для выполнения зарезки из обсаженного участка необходимо выполнить несколько спускоподъемных операций.

Ясс

Они конструируются таким образом, что позволяют осуществлять воздействие как с низу в верх, так и с верху в низ. Эти инструменты применяются в отклоняемых скважинах и с их помощью колонна может быть освобождена в случае ее заклинки в сужении ствола или в случае прихвата. Они могут быть гидравлические, механические или гидромеханические. Ясс (EQ) изготавливается фирмой Шлюмберже и подробнее о нем будет изложено в гл. 6.

Переводник - амортизатор ударных нагрузок

Эти инструменты применяются для решения проблемы вибрации колонны. Они уменьшают вибрацию, производимую долотом, (рис. 2.14). Поглотители вибрации, выпускаемые Анадриллом называются SHOCK GUARD. Пружина со специальными характеристиками, установленная внутри, хорошо демпфирует вибрацию при сжатии и растяжении.

Инструмент противодействия "ухода" долота от заданного направления

Этот инструмент корректирует отклонение долота от заданного направления. Он может уменьшить это отклонение или устранить его совсем. Применяются леволопастные или праволопастные модификации. Лопасти могут быть заменены на буровой. Наиболее удобным является применение его в однородных формациях. Его можно применять при наклонах скважины более 12~ и диаметрах ствола от 8 1/2" до 12 1/4". Леволопастной инструмент (длинная лопасть) показан на рис. 2.15. В настоящее время, после появления искривлённых двигателей, его применяют редко.

Искривлённый двигатель

В сравнении с другими буровыми инструментами направленного бурения его можно назвать " произведением искусства". Это забойный двигатель, который можно сориентировать и вращать как угодно. Искривлённый корпус позволяет сделать отклонение и работать в этом режиме. Можно делать любые небольшие корректировки ствола скважины . Более подробно об этом см. раздел 7.

Рис. 2.15