5. Роторные КНБК
Бурильный инструмент
Роторные КНБК
До появления систем MWD и искривлённых двигателей, существовали «классические» методы работы в направленном бурении (т.е. зарезка в стволе 17 1/2″) и это делалось следующим образом:
1. Одну или более КНБК (размером 36″ и 26″) использовали для бурения верхней секции ствола. Затем роторной КНБК (17-1/2″) бурили от башмака обсадной колонны 20″ до точки зарезки. скважина планировалась таким образом, чтобы от обсадной колонны 20″ до точки зарезки ствол оставался открытым для устранения возможных магнитных помех от обсадной колонны на результаты измерений в точке зарезки.
2. В скважину опускалось долото (размером 17 1/2″ или меньшим), забойный двигатель и кривой переводник. На коротком участке производились магнитные или (при необходимости) гироскопические измерения координат. Скважину закривляли до 8~ в твердых формациях и до +/-15~ в мягких. Выйдя на требуемый азимутальный угол, КНБК поднимали.
3. Опускалась роторная КНБК. Угол набирался до требуемого в соответствии с планом скважины. Контролируя параметры бурения (в частности нагрузку на долото и скорость проходки), старались выдержать направление по азимуту. Затем эта КНБК поднималась.
4. Затем опускалась стабилизирующая КНБК. На прямонаклонном участке ствола обычно ставится цель — выдержать данное направление до следующей точки обсадки. При этом допускаются незначительные отклонения от заданного курса. И снова, параметры бурения меняют при необходимости. Из-за того, что эта КНБК — «жесткая», теория дает наилучшую возможность выдерживания азимута в пределах допустимых значений. Из вышеприведенного ясно, что требуется провести несколько спускоподъемных операций для изменения КНБК (даже в предположении, что ствол » ведет себя хорошо» с точки зрения направленного бурения). При возникновении проблем с выдерживанием направления (непредсказуемое поведение КНБК) часто теряется много дней. Иногда случается еще хуже, скважина получается «извилистой».
Появление MWD (система измерения во время бурения) дало возможность большего контроля и стало возможным производить ориентировку в каждой стадии зарезки и набора/потери угла. В мягких формациях стало возможным набирать/терять максимальный требуемый уровень (даже до +/-50~) при комбинации: долото/ забойный двигатель/кривой переводник/MWD при условии, что силы трения не становятся чрезмерно большими. Это позволило сэкономить на одной спускоподъемной операции.
С появлением искривлённых двигателей стало возможным выполнить полный цикл с одной только КНБК, в состав которой входят: долото/искривлённый двигатель/стабилизатор/MWD. КНБК этого типа рассматриваются в главе 11. Значительно большая цена с лихвой компенсировалась на экономии времени при спускоподъёмных операциях, удобством в работе и уменьшением износа буровой колонны.
Однако, на многих месторождениях работа «по старинке» оказывается дешевле. В дополнение, необходимо отметить, что условия в скважине становятся лучше (уменьшаются силы трения) если производится более одной спускоподъемной операции. Были проведены серьезные исследования в рамках проекта DSE по сравнительному анализу применения обычных роторных и искривлённых КНБК. Вышеприведенные аргументы во многом базируются на этих результатах.
Какой из этих двух вариантов можно рекомендовать клиенту? Часто бывает необходимым провести анализ расходы/выгода. Для Анадрилла более предпочтительным является использование искривлённого двигателя, чем применение прямого двигателя/кривого переводника. Однако, снижение расходов для клиента — определяющий фактор. И наконец, обычной практикой является — иметь на буровой, в запасе, обычный прямой двигатель с кривым переводником, когда применяется искривлённый двигатель. Арендная стоимость его достаточно низка.
Появление забойных двигателей с устанавливаемым на буровой углом и с установкой угла в забое сделало искривлённые двигатели еще более привлекательными. Буровой мастер больше не паникует, когда желаемая кривизна ствола не получается с определенной установкой угла. Однако, все же имеется еще достаточно широкая область, где следует отдать предпочтение обычным, прямокорпусным моторам с кривым переводником по соображениям более низкой стоимости бурения без достаточно точного выдерживания запланированного профиля ствола скважины.
Рис. 5.1 Рис. 5.2
РОТОРНЫЕ КНБК
После зарезки с нужным направлением и наклоном с КНБК в состав которой входили: долото / забойный двигатель / кривой переводник, оставшаяся часть ствола может быть пробурена с использованием обычной роторной технологии.
Принцип работы роторной КНБК
Конструктивные особенности КНБК определяют траекторию ствола скважины. Конструкция КНБК может изменяться от очень простой (долото/УБТ/ бурильные трубы), до сложной (долото / амортизатор / шарошечный расширитель / стабилизаторы / немагнитные УБТ / стальные УБТ / перепускной переводник / удлинительный переводник / ясс / тяжелые бурильные трубы и обычные бурильные трубы). На рис. 5.1 показаны эти два крайних случая.
Боковая сила
При любых КНБК на долото действует боковая сила (рис. 5.2), которая приводит к возрастанию угла (сила, направленная в положительную сторону — эффект шарнира), не меняет наклон (результирующая сила равна нулю — стабилизированная КНБК) или уменьшает наклон (эффект маятника). Кроме того, изменения направления ствола (уход долота) может быть или сведен к минимуму, или увеличен путем изменения специфики вращения КНБК или буровых параметров.
Жёсткость
Рис. 5.3
Большинство буровых элементов, составляющих КНБК, можно рассматривать как полые цилиндры, (рис. 5.3).Их упругость можно легко вычислить.
Коэффициент упругости = Е * I, где:
Е = модуль Юнга (фунт/дюйм2)
I = момент инерции (дюйм4)
I = p (OD4 — ID4) / 64, где
OD = наружный диаметр
ID = внутренний диаметр
Коэффициент упругости является мерой жесткости. В табл. 5.1 приводятся значения модуля Юнга для различных материалов. Обратите внимание на сколько алюминий мягче, а вольфрам тверже стали. Упругость стальных бурильных труб можно вычислить следующим образом :
a) Дано: OD = 8″, ID = 2-13/16″
Решение: Е * I = 30,0 * 106 * p * (8,04 — 2,81254) / 64 = 5,9397 * 109
b) Дано: OD = 7″, ID =2-13/16″
Решение: Е * I = 30,0 * 106 * p * (7,04 — 2.81254) / 64 = 3,444 * 109
В этом случае уменьшение наружного диаметра на 12,5% (при том же самом внутреннем диаметре трубы) приводит к уменьшению упругости на 42%!
При конструировании КНБК важным является учет упругости УБТ. При близком расположении MWD к долоту, совершенно необходимо знать упругость УБТ с MWD. В противном случае, полученная кривизна ствола скважины будет отличаться от ожидаемой.
Таблица 5.1
|
Материал |
Используемый в |
Фунт/дюйм2 |
|
сталь |
бурильные трубы |
30.0х10й |
|
|
УБТ |
30.0х106 |
|
алюминий |
бурильные трубы |
10,5х106 |
|
|
УБТ |
10,5х106 |
|
немагнитный сплав |
немагнитные УБТ |
26,0х106 |
|
нержавеющая сталь |
немагнитные УБТ |
28,0х106 |
|
карбид вольфрама |
вставки долот |
87,0х106 |
|
вольфрам |
УБТ |
51,5х106 |
Рис. 5.4
Гладкая (прямая) компоновка.
Эта простейшая КНБК (долото, УБТ, бурильные трубы), представлена на рис. 5.4. При отсутствии нагрузки на долото, действует только отрицательная (сила эффекта маятника) боковая сила. Максимальная маятниковая сила, действующая на долото определяется уравнением :
где: L — длина касательной
ВС — выталкивающая сила
Wс — вес УБТ в воздухе (фунт/фут)
— наклон
Чем больше наклон ствола, тем сильнее действие маятниковой силы. Если мы прикладываем аксиальную нагрузку (на долото), то этим самым вводится положительная (изгибающая) сила. Точка касания сдвигается ближе к долоту и этим самым уменьшается маятниковая сила. В некоторой точке достигается нулевая результирующая боковая сила.
Применение более жестких УБТ приводит к возрастанию маятниковой силы. Для условия баланса необходимо приложить больший вес на долото. Иногда это бывает невозможным.
Очевидным является то, что эта неопределенность при использовании прямой (гладкой) компоновки приводит к непредсказуемым результатам. Поэтому этот тип КНБК не применяется в ответвленных участках ствола.
Рис. 5.5 Рис. 5.6
КНБК с одним стабилизатором
Одним из путей контроля точки касания является установка стабилизатора в КНБК (рис. 5.5).
Если стабилизатор установлен достаточно далеко от долота, то он не оказывает влияния на его поведение. Однако если стабилизатор приблизить к долоту, то точка касания изменится. УБТ между долотом и стабилизатором изгибаются, если прилагается достаточно большая нагрузка. Точка касания возникает в том месте, где концентрируются максимальные отрицательные боковые (маятниковые) силы. Передвижение стабилизатора вниз приводит к появлению положительной боковой силы. УБТ, расположенная прямо над стабилизатором изгибается при возникновении нагрузки. Стабилизатор стремится сдвинуть долото в сторону более высокой стенки ствола. Это называется шарнирным эффектом. Увеличение нагрузки на долото приводит к увеличению скорости набора угла.
Чем гибче УБТ прямо над наддолотным стабилизатором, тем больше скорость набора угла. Чем меньше наружный диаметр УБТ, расположенного сразу за долотом, тем ближе к долоту сдвигается точка контакта. И, таким образом, возникает большая положительная боковая сила. Обычно КНБК с одним стабилизатором не применяется для набора угла.
КНБК с двумя стабилизаторами,
Простейшая КНБК с двумя стабилизаторами содержит наддолотный стабилизатор (расположенный на расстоянии 3′-6’от долота) и второй, удаленный на некоторое расстояние от него (рис. 5.6). Для каждой определенной нагрузки на долото, расстояние от долота до первого стабилизатора (L1) и расстояние между стабилизаторами (L2) определяют точку касания. Если точка касания находится между стабилизатором долота и долотом, то тогда возникает отрицательная боковая сила (рис. 5.7).
Рис. 5.7 Рис. 5.8
Сравнение величин боковых маятниковых сил, действующих на КНБК с одним стабилизатором по сравнению с КНБК, в которую входят два стабилизатора, показано на рис. 5.8. Второй стабилизатор увеличивает отрицательную боковую силу, уменьшая тем самым эффект положительной, способствующей набору угла боковой силы.
На рис.5.9 показаны КНБК с расстоянием между ними в 90′ и точкой касания, находящейся между ними. Показаны различные размеры долот и УБТ с нагрузкой на долото, равной 30000фунт.
На рис.5.10 показано влияние увеличения веса на долото. На практике, нагрузка на долото является наиболее важным параметром контроля скорости набора угла. Расширение ствола в мягких породах (и скорость потока жидкости) имеет существенное значение.
Рис. 5..9 Рис. 5.10
КНБК с несколькими стабилизаторами.
Установка третьего стабилизатора на 30 футов выше второго верхнего оказывает заметный эффект на отклоняемость КНБК. На рис. 5.11 представлен график зависимости наклона от действия боковой силы для трех КНБК с двумя стабилизаторами. Рис. 5.12 показывает как применение третьего стабилизатора увеличивает боковую силу.
В структуре КНБК, предназначенной для выдерживания заданного направления, применение третьего стабилизатора является существенным. Иначе, её поведение становится непредсказуемым.
Однако, на участке уменьшения наклона (выполаживания), два стабилизатора на КНБК — вполне достаточно. В большинстве случаев третий стабилизатор будет оказывать незначительное влияние. В любой КНБК желательно ограничить число стабилизаторов тремя единицами если не возникнет настоятельная необходимость (например проблемы с дифференциальными прихватами).
Это помогает поддерживать крутящий момент в разумных пределах и уменьшает механические нарушения целостности поверхности ствола. На большинстве месторождений во всем мире руководствуются именно этими соображениями.
Неполноразмерный наддолотный стабилизатор
Если диаметр стабилизатора, устанавливаемого около долота меньше чем калибр, то это приводит к уменьшению боковой силы, действующей на долото. С КНБК, предназначенной для набора угла, скорость набора угла уменьшается. С КНБК для выдерживания заданного направления, возрастает потеря угла.
Чем меньше диаметр стабилизатора, тем больше эффект. Стабилизатор с уменьшенным диаметром рекомендуется устанавливать в КНБК в начале участков уменьшения наклона ствола в «S»- образных скважинах.
Рис. 5.11 Рис. 5.12
Уменьшение диаметра второго стабилизатора
При уменьшенном диаметре второго стабилизатора (рис. 5.14), точке касания становится легче сместиться ниже его и облегчится набор угла. Чем меньше диаметр, тем больше эффект.
В структуру КНБК, предназначенных для выдерживания заданного направления, умышленно устанавливается второй стабилизатор уменьшенного диаметра. При этом преследуется цель создать условия, при которых результирующая боковая сила, действующая на долото, равнялась бы нулю.
Размывание стенок ствола
В мягких породах из-за высоких затрубных скоростей потока происходит эрозия стенок ствола (см. рис. 5.15). Выдержать направление или набрать угол становится более трудным делом (невозможно поддерживать достаточную нагрузку на долото). В очень мягких формациях может возникнуть необходимость использовать более низкую скорость потока при бурении, но при каждой остановке делать промывку с максимальной скоростью раствора. Если это не решает проблему, то можно попробовать применить менее жесткую наддолотную УБТ. Если это не приемлемо, то может потребоваться продолжать проходку только за счет забойного двигателя. Для бурового мастера важно осознать, что в таких ситуациях он не сильно отстает от программы, т.к. форсирование может привести к уходу от заданного направления и еще большими потерям времени на корректировку.
Иногда может возникнуть необходимость пробурить пилотный ствол и затем пройти по нему с расширителем.
Рассмотрим типичные КНБК для набора, потери угла и удержания направления. Важно помнить, что здесь приводится только лишь минимально необходимые сведения. Опыт, приобретенный при работе на конкретном месторождении, поможет более точной «настройке» КНБК.
Рис. 5.13 Рис. 5.14
КНБК для увеличения угла
На рис. 5.16 изображена обычно применяемая КНБК для увеличения наклона. Скорости набора угла порядка 5~/100фт. и выше возможны с использованием КНБК №9, в зависимости от геологических условий, наклона, диаметра ствола, диаметра УБТ и параметров бурения.
Рис. 5.15
КНБК №3 применяется в качестве средства набора малых и средних углов, и это ее свойство зависит от того, на сколько уменьшен диаметр среднего стабилизатора и на сколько «чувствительна» КНБК к нагрузке на долото. В КНБК для любых наборов угла, диаметр наддолотного стабилизатора должен максимально соответствовать калибру. Чем меньше диаметр ствола, тем более строгим становится это требование.
Интенсивность набора угла — очень важный параметр. Максимально безопасной интенсивностью набора угла следует считать величину порядка 5~/100фт.
Если скорость изменения кривизны ствола — достаточно высока и это происходит на небольшой глубине, то на стенках ствола могут образовываться уступы (желоба) по мере продолжения проходки. Обсадка этого кривого участка может быть в дальнейшем невозможна. Многие заказчики устанавливают максимально допустимую кривизну в 3~/100фт. (или еще меньшую).
Очень важным является нахождение в пределах кривизны, установленной заказчиком. Эффективная жесткость колонны увеличивается при увеличении скорости ее вращения. Это приводит к уменьшению скорости набора угла. По мере увеличения наклона, становится легче набирать угол. Поэтому, если применение MWD возможно, то желательно производить замеры координат как можно чаще во время набора. Это позволить избежать лишних и нежелательных локальных искривлений ствола. Может возникнуть необходимость уменьшения нагрузки на долото.
Обычной практикой является применение минимального числа УБТ в КНБК. Чаще всего устанавливают лишь две. Недостающий вес на долото получают за счет применения утолщённых бурильных труб. Вычисления необходимого веса следует делать с учетом выталкивающей силы, наклона ствола, положения бурильного ясса и соображений безопасности т.е. факторов, обычно не принимаемых в расчет при бурении обычных скважин.
Рис. 5.16 Рис. 5.17
КНБК для сохранения заданного наклона
Для поддержания наклона ствола в малых пределах, необходимо стремиться свести к нулю боковые силы, действующие на долото. КНБК этого типа должны быть жесткими. Жесткость КНБК помогает контролировать «уход» долота.
На практике часто возникают незначительные изменения наклона ствола даже при хорошем выборе КНБК. Однако основная цель состоит в полной проходке долота без возникновения необходимости подъема колонны для замены КНБК. Опыт, приобретенный на данном месторождении, поможет в точной регулировке параметров КНБК.
На рис. 5.17 показаны типичные КНБК, предназначенные для этих целей. КНБК для выдержки наклона при 30~ для диаметра ствола 12-1/4″ показана на рис. 5.18. Если понадобится незначительно увеличить угол, то это можно сделать уменьшением среднего стабилизатора до 12″.
При бурении направленных скважин, необходимо позаботиться о постоянном нахождении на буровой комплекта стабилизаторов с размерами от 11-1/2″ до 12-1/8″ с «шагом» 1/8″.
Рис. 5.18
На рис. 5.17 показана КНБК №1, которая может иметь тенденцию как к набору угла, так и к его потере. Применение в этой КНБК УБТ 8″ для ствола 17-1/2″ в мягких породах позволяет выдерживать направление. Однако, та же самая КНБК с теми же УБТ в стволе диаметром 12-1/4″ имеет тенденцию к набору угла (0,5-1.0~/100фт.). Особенности поведения КНБК этого типа определяют следующие факторы:
1. Диаметр ствола
2. Расстояние между над долотным стабилизатором и нижним стабилизатором колонны.
3. Жесткость расположенных после долота УБТ.
4. Размер стабилизаторов.
5. Влияние свойств пород.
6. Параметры режима бурения.
КНБК для выдерживания направления выполняют наибольшую часть работы бурения ответвленных скважин. Поэтому точный выбор КНБК имеет жизненно важное значение в сокращении числа спускоподъемных операций.
КНБК для потери угла
Рис. 5.19
На рис. 5.19 показаны основные КНБК, применяемые для потери угла. КНБК №5 (60фт. маятниковая) — наиболее распространенная, когда требуется высокая скорость потери угла (1,5-4~/100фт.) в направленных «S»- образных скважинах. Однако, «S»-образные скважины обычно планируются со скоростью потери угла 5-2~/100фт. Это диктуется необходимостью предотвращения образования уступов на стенках ствола и чрезмерного износа труб. Таким образом, обычно практикуют начало выполнения падения угла раньше чем это предусмотрено программой с менее агрессивной КНБК, включающей в себя уменьшенный наддолотный стабилизатор (модификация КНБК №1). Скорость потери угла порядка 1-1,5~ часто бывает достижима с такой КНБК. После набора наклона примерно 15~ (при которой точка гравитационной силы намного меньше) производится подъем и затем используют КНБК №5 для продолжения бурения до проектной глубины. Однако, этот план обсуждается с заказчиком, поскольку возникает необходимость дополнительной спускоподъемной операции.
Скорость потери угла обычно существенно замедляется при наклонах менее 8-10~. При наклонах, менее 2~ скважина считается вертикальной. Однако необходимо проследить за продолжением потери угла с тем, чтобы убедиться, что угол не увеличивается.
При использовании маятниковой КНБК контроль направления ствола очень не большой. Иногда ствол чрезмерно отклоняется с потерей угла при бурении трехконическим долотом. Необходимо иметь некоторый допустимый диапазон отклонений при начале потери угла. Скорость вращения должна поддерживаться достаточно высокой.
КНБК для выдерживания направления с уменьшенным наддолотным стабилизатором часто применяют на наклонных участках, когда ствол находится чуть выше проектного и возникает необходимость опуститься с малой интенсивностью потери угла (обычно 0,1-0,5~/100фт.). Скорость потери угла определяется степенью уменьшения диаметра наддолотного стабилизатора. Подобрать необходимый размер этого стабилизатора — искусство. Опыт бурения соседних скважин трудно переоценить при решении этой задачи.
Специальные КНБК
Установка стабилизатора непосредственно над наддолотным (стабилизатор-тандем) — обычное дело в направленном бурении. Альтернативой этому может быть установка наддолотного стабилизатора с более длинной частью касания со стенкой (больший контакт со стенкой ствола). Это может привести к высокому крутящему моменту в обоих случаях.
Вследствие возросшей жесткости тандема стабилизаторов, расстояние между ним и следующим обычно увеличивают по сравнению со случаем установки стандартного.
Расширитель с цилиндрическими шарошками
В породах средней твердости, где крутящий момент велик, может возникнуть необходимость замены какого-либо (или всех) стабилизаторов в КНБК. Хорошей альтернативой стабилизаторам может стать расширитель с цилиндрическими шарошками. Однако, несмотря на то, что вращение станет относительно легким, с точки зрения направленного бурения, их поведение отличается от стабилизаторов. Как правило, их установка приводит к появлению тенденции потери угла. Поэтому, расстояние между наддолотным расширителем/стабилизатором и последующим расширителем/стабилизатором должно быть больше по сравнению с обычной компоновкой только со стабилизаторами. Точное расстояние определяется из опыта работы на конкретном месторождении.
Другой альтернативой является комбинация тандема наддолотного расширителя/стабилизатора колонны. После каждого подъема важно проверить состояние расширителя и при необходимости заменить изношенные части.
Струйные КНБК
В очень мягких породах одним из самых простых и дешевых способов зарезки является применение сильной струи. Струйный способ хорошо совместим с MWD. Несмотря на то, что требуется некоторая «работа» колонной, шоковые нагрузки на телесистему не выше предельных (порода мягкая).
Струйный метод имеет то преимущество, что зарезка в нужном направлении с требуемым максимальным набором угла может быть проделана без дополнительных спускоподъемных операций.
Рис. 5.20
Другим случаем применения зарезки струйным методом является «втискивание» еще одной скважины в имеющийся куст, пробуренный с платформы, когда нет достаточно надежных данных координатных исследований. Струйный метод более безопасен с точки зрения возможности «столкновения» с другим стволом, чем в случае применения забойного двигателя.
Рис. 5.21
На рис.5.21 показана типичная струйная КНБК, обычно применяемая для зарезки скважины с размером ствола 17-1/2″ на небольших глубинах (порядка 500фт.).
Необходимые меры предосторожности с работой струйной КНБК:
1. Планируйте работу! Включите в КНБК достаточное количество УБТ (глубина небольшая) для возможности получение достаточной нагрузки на долото. Желательно иметь УБТ 12х8″ и утолщённые бурильные трубы 30х5″ в колонне при выполнении струйной работы. В расчетах нагрузки на долото, учитывайте наклон.
2. Не включайте в струйную КНБК бурильный ясс.
3. Не делайте интервал размывания слишком длинным. Постоянно проверяйте кривизну. Удлиняйте/укорачивайте интервал размывания по мере надобности. Выправляйте излишнюю локальную кривизну расширителем и постоянно производите замеры. Хорошо бы первые 5 футов проходить промывкой, затем 2фута — бурением. Проверяйте результирующую кривизну.
КНБК для прямого ствола
Раньше для контроля отклонения ствола в вертикальных скважинах чаще всего применялись маятниковые 60 футовые КНБК. Этот способ и сейчас используется на некоторых месторождениях. Однако, при сильной нагрузке на долото, долото в такого типа КНБК подвержено «уходу» от заданного направления.
В настоящее время более предпочтительным оказывается применение жестких КНБК. Они дают большую возможность бурения почти вертикальных скважин. Если возник самопроизвольный отход от намеченного направления из-за неоднородности породы, то можно при помощи забойного двигателя или маятниковой КНБК скорректировать направление и затем опять возобновить проходку с той же самой КНБК.
КНБК «джиллигэн»
КНБК «джиллигэн»- гибкая КНБК для набора угла, предназначенная для выполнения специальных задач, где требуется высокая скорость набора угла. Например, в случае когда мы находимся значительно ниже расчетного уровня и с меньшим углом наклона, чем нужен в данной точке. В горизонтальном бурении, применение роторного набора угла — более легкий и быстрый способ проходки, чем с использованием забойного двигателя при условии, что потом мы сможем скорректировать направление искривленным двигателем.
В зависимости от гибкости трубных компонент, находящихся прямо над наддолотным стабилизатором (гибкости УБТ, утолщённых труб и даже бурильных труб), достижимы скорости набора угла порядка б-10~/100фт. Очень важным является сокращение интервалов замера координат и слежение за достигнутой скоростью набора угла. При увеличении угла, скорость набора угла возрастает.
В этих КНБК включают гибкое звено (утолщенные трубы) прямо над долотом. Из-за их недостаточно хорошей управляемости и слишком большого набора угла, в настоящее время, в связи с появлением искривлённых двигателе, КНБК этого типа применяют достаточно редко. Однако их все же применяют в некоторых случаях. Пример КНБК «джиллигэн» показан на рис. 5.22.
Проблемы, присущие всем КНБК
Влияние различных свойств пород
Часто на определенной глубине поведение КНБК существенно изменяется. Например, КНБК, которая до глубины 5000фт. «держала направление» вдруг начинает терять угол. Почему? Если допустить, что это не связано с выработкой стабилизаторов, то, скорее всего изменения в породах — наиболее вероятная причина тому. Очень важным является наличие хорошей базы данных о геологических условиях в данном месте и способность предвидения проблем.
В направленном бурении постоянными «поставщиками» проблем являются абразивные породы. Применяйте стабилизаторы с хорошим антиизносным покрытием или с впрессованными пластинами из карбида вольфрама. При подъеме проверяйте размер стабилизаторов. Следите за образованием борозд на теле стабилизаторов, это — хорошее указание на необходимость его замены.
В случае возникновения трудностей с потерей угла, в некоторых случаях применяются УБТ с большим наружным диаметром в качестве нижней части маятника. Другая возможность — применение коротких вольфрамовых УБТ. Концентрация того же самого веса на более короткой длине должно сильнее повлиять на возникновение боковой маятниковой (отклоняющей) силы.
Износ долота
В длиннопротяженной секции ствола скважины в мягкой породе с жесткими прослойками долото с длинными зубцами может выработаться. Резко падает скорость проходки. Результирующая боковая сила уменьшится из-за более сильного давления стабилизаторов на стенку ствола.
Таким образом, КНБК, которая держала направление до этого момента, начнет терять угол. Однако, вследствие расположения измерительной аппаратуры на существенном расстоянии от долота, это уменьшение угла не может быть замечено во время. Если изношенные зубья долота будут интерпретированы как образование глинистого сальника на нем, то, при продолжении проходки, в стволе могут возникнуть серьезные проблемы. Может случиться так, что возникнет потеря до 6~ при значительной кривизне ствола. Вдобавок, долото с изношенными зубьями имеет тенденцию к «уходу». В этой ситуации необходимо достать изношенное долото.
Непредвиденный уход
В мягких породах, когда сразу после зарезки с помощью забойного двигателя с кривым переводником (набор или потеря угла) опускают роторную КНБК с несколькими стабилизаторами, необходимо принять особые меры предосторожности. Циркуляцию необходимо прекратить сразу же перед точкой зарезки. КНБК должна быть втиснута при полной скорости потока. Буровой мастер в это время должен находиться на своем месте. Если вращение колонны — абсолютно необходимо, то делайте это с минимальной скоростью и сократите время вращения до минимума. Риск ухода от нужного направления — высок. Многие точки зарезки были потеряны в различных частях света из-за отсутствия необходимой тщательности исполнения этой операции.
Когда зарезка делается в пилотном стволе в мягкой породе, до установки обсадной колонны необходимо проработать расширителем.
Заклинка долота
В твердых породах проверять размер долота при каждом подъеме — особенно важно. При спуске нового долота и/или КНБК неизбежно долото начнет работать как расширитель и колонна будет зависать. Если продолжать попытки «вдавить» долото на забой, то оно будет заклинено.
Дифференциальный прихват
В местах, где возникновение дифференциальных прихватов — проблема, можно установить более трех стабилизаторов для уменьшения поверхности контакта УБТ со стволом. Однако, расстояние между этими дополнительными стабилизаторами должно быть таким, чтобы на поведение колонны это не отражалось, их наличие приводило бы лишь к возрастанию сопротивления крутящего момента.
В местах потенциально опасных для возникновения дифференциального прихвата, время на измерения координат необходимо свести к минимуму.
Параметры бурения
Высокая скорость вращения приводит к тому, что колонна «становится более жесткой». Поэтому, для выдерживания направления при использовании очень гибкой КНБК в фазе роторного набора угла, необходимо поддерживать скорость вращения настолько высокой, насколько это возможно.
Однако, в этом случае необходимо вместе с инженерами MWD установить приемлемый диапазон во избежание резонансных явлений.
Типичными величинами скоростей для долота режущего типа на участке набор угла/выдерживание направления в стволе, диаметром 17-1/2″, могут быть скорости порядка 160 — 170 об/мин. В стволе, размером 12-1/4″ скорости вращения обычно ниже (100 -140), по условиям продления жизни долоту и по ряду других причин.
Чтобы спровоцировать отход вправо, рекомендуется понизить скорость вращения и одновременно увеличивать нагрузку на долото, если наклон ствола это позволяет.
Долота режущего типа имеют тенденцию к уходу влево. Это можно учесть при планировании направляющего угла перед зарезкой. Для осуществления этого необходимо учитывать опыт работы в данном районе.
Для увеличения скорости набора угла — увеличьте нагрузку на долото. Это обычно практикуемый способ. Однако, при достижении веса на долото определенной величины, может возникнуть обратный изгиб при использовании гибкой колонны для набора угла. Предполагаемая максимальная величина этой нагрузки для ствола 17-1/2″ составляет 55000фунт. Если набор угла при этом значении нагрузки не увеличивается, то маловероятно, что дальнейшее увеличение веса улучшит ситуацию.
Очень важно тщательно следить за скоростью проходки. Параметры бурения обычно должны меняться очень часто. При наличии MWD, не существует извинений за слабый контроль скорости проходки. Уход от проектного направления ствола гораздо хуже, чем излишнее внимание к координатным параметрам.
Элементы КНБК
Что иметь постоянно на буровой для возможности сборки КНБК, которая может понадобиться в будущем (в пределах разумного) — решает руководитель направленного бурения. Все оборудование, которое прибывает на буровую, должно быть проверено и принято под отчет. Необходимый запас двигателей, кривых переводников и т.д. необходимо всегда иметь под рукой.
Для роторных КНБК предлагается иметь следующее:
1. Набор стабилизаторов (обычно втулочного и интегрального типов для размеров ствола 17-1/2″ и меньшего) с перекрытием стенок ствола на 360~.
2. Короткие УБТ — жизненно важны для КНБК заданного направления. По возможности, необходимо иметь комплект коротких УБТ с размерами 5, 10 и 15 фут. В дополнение там, где имеется магнитная интерференция от колонны и забойного двигателя и ожидаются проблемы при наборе угла, необходимо иметь немагнитные (а не стальные) короткие УБТ.
3. Следите за тем, чтобы на буровой имелось в достаточном количестве бурильных и утолщённых бурильных труб.
4. Следите за наличием необходимого количества и размера насадок для долот (включая и те, которые могут понадобиться при работе с забойным двигателем.).
5. Имейте, по крайней мере, одну запасную УБТ каждого размера.
6. Все типы переводников (перепускные, наддолотные и т. п.), которые могут понадобиться позже.
Смотрите вперед! В направленном бурении необходимо думать по крайней мере на одну КНБК дальше.
Краткое обобщение
1. При наборе угла всегда используйте полноразмерный наддолотный стабилизатор.
2. Чем более гибкая наддолотная УБТ, тем больший угол можно набрать.
3. При наборе и потере (в S-образных скважинах) угла как можно более внимательно следите за результатами замеров координат, чтобы быстро принять необходимые решения.
4. При работе со струйными КНБК не удлиняйте слишком процесс размывания. Следите за нагрузкой на долото при работе струей и «проталкивании».
5. При потере угла, используйте либо наддолотные стабилизаторы уменьшенного размера (для плавной потери угла), либо не устанавливайте их совсем (маятниковая КНБК для резкой потери угла).
6. КНБК, которая удерживает заданное направление с уменьшенным стабилизатором, установленным выше короткой УБТ, начнет терять угол, если этот стабилизатор будет полноразмерным.
7. В скважинах S-образного типа, начинайте потерю угла раньше с помощью слабо теряющей наклон КНБК и при достижении наклона, скажем, 15~ — замените ее маятниковой.
8. Не старайтесь набрать угол, находясь в цели. Лучше входите в цель со слабой потерей угла.
9. Три стабилизатора — вполне достаточно для КНБК. В маятниковой КНБК достаточно установить два.
10. Уменьшайте количество УБТ настолько, насколько это возможно. Применяйте толстостенные трубы для создания необходимой нагрузки на долото.
11. Старайтесь использовать «стандартные» КНБК с предсказуемым поведением. Не применяйте КНБК с нестандартными изменениями на новом месторождении. Сначала получите необходимую информацию об особенностях данного района.
12. КНБК «джиллигэн» — не стандартная. Применяйте ее только в случае крайней необходимости.
13. Руководитель работы должен находиться на буровой во время захода роторной КНБК в точку зарезки, особенно в случае мягкой породы. Не допускайте «ухода» направления ствола.
14. После зарезки и корректировки направления в твердых породах, тщательно проведите расширение ствола с помощью забойного двигателя и КНБК, которая будет применяться в дальнейшем. Добейтесь устранения излишнего сопротивления движению колонны в этом месте.
15. В твердых и/или абразивных породах тщательно измеряйте размеры стабилизаторов при каждом подъеме. При необходимости — замените стабилизаторы. Проверьте долото. Если размеры его уменьшились — потребуется провести расширение ствола. Не пытайтесь насильно «заталкивать» долото в твердой породе.
16. Тщательно проверяйте все буровое оборудование до начала и после окончания работы. Хорошо бы завести журнал учета образования и развития раковин на поверхности оборудования. Внимательно следите за состоянием торцов соединений.
17. В районах с повышенной опасностью дифференциального прихвата, сводите к минимуму время замеров координат. Не оставляйте колонну долго в неподвижном состоянии.
18. Поведение какой-либо КНБК в одном месте может существенно отличаться от ее поведения в другом. Опыт работы в конкретном районе необходим для «точной настройки» КНБК.
19. Решение о подъеме колонны для замены КНБК — находится в компетенции руководителя работы. В идеале, этот подъем должен быть согласован с необходимостью замены долота.
20. На наклонном участке ствола скважины, изменение КНБК может быть сведено к замене втулки стабилизатора, находящегося прямо над короткой УБТ. Весь фокус состоит в определении того, на сколько нужно изменить ее размер. Иногда изменение размера лишь на 1/16″ приводит к существенному изменению поведения КНБК.
21. Высокие скорости вращения делают КНБК более жесткой и этот эффект помогает уменьшить «уход долота» в породах с такими свойствами.
22. Обычно, легче бывает набрать угол с меньшей скоростью вращения. Однако иногда желательно применять высокие скорости вращения на стадии набора угла в целях более надежного контроля направления. Нагрузка на долото — основной параметр бурения, влияющий на скорость набора угла.
23. Для помощи «ухода долота вправо» желательно применять более высокую нагрузку на долото и меньшую скорость вращения.
24. В мягких породах может возникнуть необходимость уменьшения скорости потока и увеличения нагрузки на долото для уменьшения размывания стенок ствола. Будьте аккуратны! При каждом наращивании (до его начала) — промывайте ствол полным потоком раствора.
25. Проработка ствола является эффективным методом контроля скорости набора угла в мягких породах. В более жестких породах, этот метод становится менее эффективным. Однако, даже в твердых породах, проработка ствола при каждом наращивании помогает уменьшить силы сопротивления.
26. Меньшая кривизна Ю более пологий ствол Ю малые силы тренияЮ меньший крутящий момент Ю меньше износ труб Ю меньше проблем с образованием уступов на стенках ствола Ю меньше проблем при спускоподъемных операциях. Все эти вещи облегчают жизнь. Однако, нам еще нужно попасть в цель!