6. Обязанности инженера направленного бурения Вес КНБК
Обязанности инженера направленного бурения
Вес КНБК
До завершения конструирования КНБК необходимо сделать оценку максимальной требуемой нагрузки на долото. Это будет зависеть от специфики долота и породы. На забое, реально величина прилагаемой нагрузки также зависит и от особенностей КНБК с точки зрения ее способности к выдерживанию какого — либо заданного направления.
КНБК должна обеспечивать необходимую нагрузку на долото для соответствующей ситуации. Число УБТ необходимо свести к минимуму и необходимый вес обеспечить за счет применения толстостенных бурильных труб (хевивейт — труб).
Нейтральной точкой N буровой колонны называется место, где меняется напряжение сжатия на напряжение растяжения. Все, что ниже точки N, находится в сжатом состоянии, а все, что выше — в растянутом. На рис. 6.1 показана ситуация, где N находится на УБТ.
Рис. 6.1 Рис. 6.2
Вес одного фута длины каждого размера УБТ и хевивейт труб известен. Следовательно, вес КНБК, находящейся в воздухе можно легко вычислить. Однако, в дальнейшем, нам нужно будет скорректировать этот вес в соответствии с условиями в стволе.
В любой скважине необходимо учитывать эффект плавучести колонны в буровом растворе (BF). Чем выше вес бурового раствора, тем ниже величина BF и меньше вес, доходящий на долото. Плавучесть может существенно повлиять на вычисление нагрузки на долото. Для бурового раствора с 14 фунт/галлон, 21% веса, измеренного на воздухе, » теряется » из-за эффекта плавучести.
На рис. 6.2 показан объект, имеющий вес W, лежащий в плоскости рисунка с наклоном под углом а. W можно разложить на две составляющие: одна из них — перпендикулярна плоскости, другая — параллельна плоскости. Перпендикулярная компонента Р давит на плоскость и создает силу трения. Параллельная компонента L — заставляет объект скатываться вниз по плоскости и является оставшейся частью силы, которую можно использовать как нагрузку. Таким образом, компонента W, которую можно использовать как вес (нагрузку) на долото определяется как:
Для отклоняемых скважин, максимальный наклон должен определяться вычислениями веса на долото, который можно приложить.
Вес, который можно приложить к долоту = (Вес КНБК с учетом плавучести)* cos угла наклона.
Таким образом, в стволе с наклоном в 45~, эффективный вес КНБК на долото составляет лишь 71% веса, который был бы в вертикальном участке скважины.
На негоризонтальных участках ствола бурильные трубы не должны работать с нагрузкой сжатия. Для обеспечения постоянной нагрузки растяжения бурильных труб, нейтральная точка должна быть либо на хевивейт-трубах, либо — на УБТ. Очевидно, чем меньше нагрузка на долото, тем ниже располагается точка N. Поэтому, конструкция КНБК должна быть такова, чтобы обеспечивать работу в самом худшем случае, при максимально прилагаемом весе на долото.
В вычислениях необходимой нагрузки на долото, применяется фактор безопасности. Её величина обычно составляет 10%-25%.
Рассмотрим ствол с наклоном .
Вес КНБК в воздухе = (необходимая нагрузка на долото + фактор безопасности)/(фактор плавучести Ч ).
Может применяться и комбинированная буровая колонна. Обычно она включает в себя два (или более) различных размера УБТ, находящихся ниже хевивейт-труб. Эффективная нагрузка на долото рассчитывается как и в вышеприведенном примере, но с учетом различного веса этих УБТ.
В заключение, необходимо рассмотреть положение бурильного ясса. Механизм ясса должен находиться под напряжением растяжения в 5000фунт во избежание нахождения в нейтральной точке. Для оптимальной его работы в направлении » вниз», ясс необходимо разместить так, чтобы по крайней мере 5000фунт. веса КНБК находились бы над ним. Натяг в 20000фунт. достаточен для обеспечения 8″ свободного хода подвижного механизма яса. Ясс может работать в режиме растяжения или сжатия. Если яссы 6 1/4″ или 6 1/2″ работают при сжатии, то их часто размещают близко к основанию начала 5″ хевивейт-труб. Яссы, размером 7 3/4″ и выше, должны размещаться на УБТ.
Пример
Скважина 12 1/4″, Зенитный угол 30~, Азимут N25~W, плотность раствора = 12фунт/галлон.
Предложите комбинированную компоновку КНБК для выдерживания направления.
Ясс 6 1/2″ будет работать под натяжением. Нам потребуется лишь 1х30′ немагнитной УБТ выше MWD. Максимальный требуемый вес на долото — 45000фнт. Используйте 10% -и фактор безопасности.
Замечание: Нижняя часть КНБК (которая определяет способность КНБК к выдерживанию заданного направления) выбирается на основе полученного опыта бурения в данном районе.
Вес КНБК ниже ясса = (необходимый вес на долото + фактор безопасности) / (фактор плавучести Ч cos наклона) =(45000+4,500)/(0,817 Ч cos30~) = 69,960фунт.
Замечание: При первичном выполнении вычислений нагрузки на долото полезно знать:
Вес одной хевивейт-трубы 5″ х 3″ приблизительно равен весу одной 8″ х 2 13/16″ УБТ.
Нижние 120 футов КНБК будут определять ее свойство выдерживать направление. Существует несколько возможностей обеспечения полного необходимого веса КНБК.
Замечание: Немагнитные УБТ и УБТ для MWD рассматриваются как часть 8″ УБТ.
Типичная КНБК могла бы быть:
12 1/4″ долото + 12 1/4 стабилизатор + 8″ спиральная УБТ + 12 1/8″ стабилизатор + MWD + перепускной клапан + 12 1/4″ стабилизатор + 1х8″ немагнитная УБТ + 6х8″УБТ + Х/0 + 6х6 1/2″УБТ + Х/0 +11х5″ хевивейт-трубы + гибкий замок + 6 1/2″ясс +9х5″хевивейт трубы.
Замечание: С точки зрения выбора положения ясса, необходимо учитывать следующее:
При растягивающей нагрузке: Наихудшая ситуация возникает при максимальной нагрузке на долото. Поэтому, ясс должен быть удален от долота как можно дальше, чтобы на нем поддерживалась нагрузка минимум — 5000 фнт. При уменьшении нагрузки на долото, ясс — тем более будет находиться под нагрузкой растяжения.
При нагрузке сжатия: Наихудшая ситуация возникает при максимальной нагрузке на долото из-за того, что натяжение на механизме ясса — уменьшается. Ясс должен быть, поэтому, расположен достаточно далеко от долота. По мере возрастания нагрузки на долото, подвижный механизм ясса все ближе «приближается» к минимальной нагрузке растяжения в 5000фнт.
При выборе КНБК, ясс должен располагаться так, чтобы даже в наихудшем случае обеспечивать работу. Однако, это не всегда удается осуществить на практике. Когда по условиям бурения необходимы большие вариации нагрузки на долото, механизм ясса может находиться близко к минимально допустимому растяжению в 5000 фнт. Длительность таких условий должна быть сведена к минимуму и, по возможности, устранена совсем.
На практике, хорошим компромиссом является расположение ясса у самого основания свечи из хевивейт-труб. Даже если яссы сжаты в КНБК, то маловероятно, что их механизмы будут иметь нагрузку растяжения в 5000 фнт. при бурении.
В заключение, относительно расположения яссов в КНБК, существует только два ограничения:
1. Механизмы яссов должны всегда быть под растягивающим напряжением в 5000фнт. при бурении. Яссы могут работать «при сжатии» с точки зрения прилагаемого веса на долото. Однако, из-за эффекта плавучести, наклона ствола, натяжение выше ясса при бурении должно быть по крайней мере на 5000фнт. меньше, чем растягивающая сила давления внутри механизма ясса.
2. Над яссами необходимо иметь 5000фнт. веса КНБК для того, чтобы иметь некоторую массу для воздействия ясса. Эти 5000 фнт. вместе с 20000 фнт. бурильных труб выше КНБК дают минимальное значение установки ВНИЗ ясса. В главе 6 об этом написано более подробно.
Работа с буровым оборудованием.
Инженер направленного бурения должен находиться на буровой площадке во время поднятия с пола или укладки на него КНБК. При этом необходимо руководствоваться нижеприведенными правилами и строго соблюдать правила безопасности.
1. Описание последующей КНБК должно быть передано буровому мастеру и его помощнику заранее. Инструменты, предназначенные к поднятию, должны быть промаркированы и идентифицированы помощником бурового мастера (или, если это возможно, оператором крана). Ни в коем случае не должно возникать ситуации, когда не понятно, что именно поднимается/опускается.
2. При перемещении забойных двигателей, УБТ, стабилизаторов и т. п. необходимо пользоваться краном. Во избежание возможного повреждения оборудования, необходимо применять соответствующую подъемную технику.
3. Проверьте наличие протекторов резьбы на всем оборудовании, предназначенном для направленного бурения, особенно при укладке его на пол и поднятии.
4. Не загораживайте поле зрения бурильщика, при проведении рабочих операций с КНБК. Никогда не становитесь между бурильщиком и роторным столом.
5. Будьте внимательны, находясь на буровой во время проведения там любых работ. Оденьтесь в соответствующую рабочую одежду и наденьте защитный шлем.
6. Планируйте (консультируясь с буровым мастером) наиболее эффективный и безопасный способ подъёма и спуска КНБК.
7. Перед началом подъемной операции убедитесь, что буровой мастер знает используемую КНБК и при подъеме не возникнет ситуации непонимания.
8. Проверьте поверхность каждого элемента КНБК до развинчивания соединений. Небольшие повреждения торцов можно устранить на месте. Проверьте также резьбовые соединения. Помните, что резьбовые соединения УБТ подвержены повреждениям размывания.
9. Убедитесь в том, что имеется соответствующая смазка замков компонент КНБК и, что щетка для очистки резьбы и контейнер со смазкой поддерживаются в чистом состоянии насколько это позволяют условия буровой.
10. Проверяйте величину крутящего момента при каждом соединении. Длина плеча момента должна быть известна. Если датчик крутящего момента неисправен, буровой мастер может использовать «EZY-TORQ» (если он имеется в наличии). В любом случае, прежде чем продолжать работу, необходимо предпринять все действия для точного определения закручивающего момента. Иногда это может вызвать дополнительные затраты времени на ремонт или замену датчиков.
11. При замене втулок стабилизатора иногда приходится применять молоток. Убедитесь, что рабочий, выполняющий эту операцию, пользуется защитными очками, а лица, не имеющие отношения к выполнению этой работы, находились бы на безопасном расстоянии.
12. Буровой мастер не должен использовать вес УБТ для проталкивания перепускного клапана (размещенного в верхней части долота) в наддолотный стабилизатор. Этот метод может привести к заталкиванию резинового уплотнителя перепускного клапана в область резьбового соединения долота и стабилизатора.
13. Не находитесь рядом с роторным столом во время открытия противовыбросового превентора.
14. Обычно, инженер MWD следит за подъемом/спуском УБТ для MWD. Если по какой-либо причине он не может этого делать — инженер по направленному бурению должен проследить за осторожностью при выполнении этих операций.
15. С особой осторожностью следует обращаться с забойным двигателем. Нельзя использовать подъемный переводник двигателя для подъема других элементов.
16. Будьте аккуратны при обращении со щитками — турбулизаторами КНБК.
17. Иногда представитель компании может спросить мнение инженера по направленному бурению о состоянии долота при его подъеме. Правильная оценка его состояния инженером повысит мнение о нем со стороны руководства.
18. Хорошее взаимопонимание между инженером направленного бурения и буровым мастером имеет жизненно важное значение для успешной работы. Инженер должен работать с буровым мастером вместе, а не как надзиратель. Кооперация ведет к успеху.
Изменение направления ствола
Технология отклонения ствола применяется на платформах для бурения новой скважины вблизи других с минимальным риском столкновения. Обычно начальный участок ствола бурится с небольшим набором угла (примерно 1/100′) в выбранном направлении. Из-за магнитной интерференции от соседних обсадных колонн, ориентацию выполняют по результатам гироизмерений.
Другими случаями изменения направленности ствола являются:
1. Бурение скважины, начало ствола которой — на одной стороне платформы, а конечная цель — на другой, когда между начальным и конечным направлениями ствола находятся другие скважины.
2. Продолжить горизонтальный участок ствола настолько, насколько это возможно.
3. В случаях, когда отход от вертикали — большой по сравнению с истинной суммарной вертикальной глубиной.
Технология зарезки
* В мягких породах, когда объем информации о соседних стволах недостаточен, самым безопасным методом является струйный. Применение забойного двигателя — менее предпочтительно из-за возможного столкновения с соседними скважинами.
* Самым распространенным методом является применение забойного двигателя. Существуют два способа:
1. Применение долота 17 1/2″ и забойного двигателя 9 5/8″ с кривым переводником с углом установки 1-1/2~ . Эта комбинация даст небольшое закривление. Ствол расширяют до нужного размера после работы двигателя.
2. Применение долота 26″ и забойного двигателя 9 5/8″. В этом случае требуется больший угол установки на кривом переводнике (2~). В мягкой породе в стволе большого диаметра трудно набрать угол. Эта техника, также приводит к необычно высокому износу двигателя.
Ориентация
Рис. 6.3
Забойный двигатель/кривой переводник КНБК можно использовать для зарезки скважин, коррекции ствола или для отхода от вертикали. Типичная КНБК для этих целей представляет собой:
Долото + забойный двигатель + кривой переводник + перепускной клапан + ориентирующий переводник (UBHO) + немагнитные УБТ + стальные УБТ + хевивейт-трубы + бурильные трубы.
Конец корректировки направленности ствола может быть завершен только правильной ориентацией двигателя. Направление, в котором должен остаться инструмент после ориентации можно найти с помощью OUIJA BOARD.B этом методе используют векторные диаграммы. Применение OUIJA BOARD будет объяснено в другом месте этого раздела.
Оно может быть найдено также и математически. Для того, чтобы действительно знать как расположена ось кривого переводника, могут быть использованы различные методы. Замеры должны дать нам наклон, направление и угол поворота относительно оси. Во всех случаях ось кривого переводника должна оставаться опорной для определения угла поворота относительно оси. До недавнего времени, пока не появились надежные системы MWD, обычно ориентировались с помощью магнитного метода ориентации или с помощью метода пера. Магнитный метод ориентации редко применяют сегодня. Там, где приходится обходиться без MWD, применяют метод «пера».
На рис. 6.3 приводится иллюстрация применения этого метода. Наклон ствола, направление и ориентация относительно оси считываются с измерительного диска. Наклон относительно оси — показатель отклонения оси кривого переводника.
Реактивный момент
Реактивный момент создается потоком бурового раствора, действующего на статор. При бурении с забойным двигателем, по мере возрастания нагрузки на долото, крутящий момент, подаваемый на долото — увеличивается. При этом имеется соответствующий крутящий момент, действующий на корпус мотора и направленный против часовой стрелки. Он стремится повернуть ось мотора и, следовательно, целиком КНБК против часовой стрелки. Это меняет ориентацию кривого переводника. Основным недостатком метода отклонения с применением забойного двигателя вместе с кривым переводником является трудность выдерживания нужного направления из-за действия реактивного момента. При ориентировании с ориентирующим переводником, инженер обязан оценить насколько повернется КНБК при начале бурения из-за действия реактивного момента. Это — одна из областей, где требуется проявить «искусство».
Параметры на забое, особенно давление, должны поддерживаться постоянными при работе с забойным двигателем. Это должно обеспечить постоянство реактивного момента и, следовательно, поворота КНБК (при условии равномерности породы).
Уменьшение скорости потока бурового раствора приводит к уменьшению реактивного момента. Уменьшение нагрузки на долото приводит к уменьшению реактивного момента. И, наконец, применение менее агрессивного долота приводит к уменьшению реактивного момента.
При струйном методе отклонения реактивный момент — отсутствует. Однако, все же имеется тенденция долота к повороту вправо при работе сопла. Обычно величина отклонения не превышает 20~ и она может быть легко компенсирована при установке инструмента.
Магнитный и гравитационный способы ориентации относительно оси
От вертикали до приблизительно 5~ наклона ствола, гравитационные силы минимальные. Ствол не имеет четко определенную верхнюю (нижнюю) стенку. До этого момента, ориентация устанавливается относительно Севера.
Рис. 6.4 Рис. 6.6
Этот способ называется магнитной установкой ориентации. При наклонах, больших чем 5~ ориентация устанавливается по высокой (потолочной) стороне ствола как опорной. Этот метод называется ориентацией по высокой стороне или гравитационным. Это относится ко всем способам измерения координат.
Рис. 6.5
Если в ствол опустить отвес, то гравитационная сила будет стремиться прижимать его к нижней стенке. Высокая сторона ствола расположена под углом в 180~ от нижней стенки.
Гравитационный способ ориентации представлен на рис. 6.4. На рис. 6.5 показаны различные положения ориентации относительно верхней стенки ствола. Если гравитационный датчик показывает точно 0~, то при бурении забойным двигателем не произойдет изменения в направлении ствола. Вся отклоняющая способность кривого переводника или кривизны корпуса будет направлена на набор угла ствола. Наоборот, при показаниях в 180~ будет теряться угол. На рис. 6.5 представлена идеализированная ситуация. Необходимо придерживаться следующих правил:
а) При наклонах ствола больших, чем 30~, когда показания гравитационного датчика составляют 60~, при бурении забойным двигателем с использованием кривого переводника, происходит потеря угла ствола одновременно с поворотом. При больших наклонах, эффект даже более очевиден.
б) При повороте налево, — эффект более выражен, поскольку реактивный момент действует в том же направлении, что и вес КНБК, долото начинает «рыскать» (рис. 6.6). Таким образом, при коррекции влево, необходимо быть очень внимательным при установке ориентации относительно оси. Рысканье долота приводит к образованию участков различной кривизны при потере угла вместе с поворотом налево.
Чем больше наклон ствола, тем большие разрушения стенок могут произойти. Необходимо иметь в виду и то, что в рыхлых породах из-за гидравлической эрозии так же происходит потеря угла.
с) «Правильно» выполненной коррекцией может считаться та коррекция, при которой наклон ствола при подъеме оборудования остался таким же, как при спуске. Вся отклоняющая «мощь» кривого переводника была направлена на поворот ствола. В этом случае получаемая кривизна — минимальна при использовании комбинации долото/забойный двигатель/кривой переводник. На практике, поскольку идеальный случай редко достигается, необходимо стараться как можно меньше менять наклон ствола при выполнении корректировки. Следует помнить, что корректировку безопаснее проводить с небольшим набором угла, чем с его потерей.
Угол можно потерять потом (если потребуется) с использованием роторной КНБК.
д) На основе вышесказанного, понятно, что необходимо заранее предвидеть некоторое падение угла при установке осевой ориентации больше чем 60~ по отношению к высокой стенке. В табл. 6.1 представлены значения ожидаемого реактивного момента для различных глубин, для большей части двигателей различных заводов — изготовителей. При выполнении коррекции влево, имейте в виду, что величина момента будет больше, чем вычисленная на основе руководства по применению забойных двигателей. Если определенная осевая ориентировка при бурении приводит к увеличению наклона при повороте влево (т.е. реактивный момент оказывается меньшим, чем требуется), необходимо при следующей установке долота сместить его дальше влево.
При выполнении коррекции вправо, помните, что реактивный момент будет меньше вычисленного на основе руководства по применению забойных двигателей. Если эта установка приводит к увеличению наклона при повороте направо (т.е. момент оказывается большим, чем требуется), то при следующей установке нужно сориентировать долото еще правее.
Из вышеприведенного видно, почему коррекция в право считается более легко выполнимой, чем влево.
В обоих случаях, основная цель состоит в том, чтобы правильно начать коррекцию. Если с самого начала бурение начнется правильно и продолжится на расстоянии до прохода первого замка, то кривой переводник «ляжет» в эту выемку и будет стремиться остаться там. Тогда можно будет легко сделать небольшую поправку. Ствол будет поворачиваться плавно. Из табл. 6.1 видно, что, по мере увеличения наклона ствола, правильная установка угла относительно оси становится более важной.
Зарезка /корректировка /направленный отход
По-видимому, это самая трудная и ответственная часть работы инженера направленного бурения. Здесь мы будем иметь дело с магнитной (не гироскопической) ситуацией.
При ориентации с помощью метода «пера», на его магнитном координатном диске имеются пять компонент, определяющие направленность и ориентацию относительно оси (рис. 6.3).
a) Опорная линия на кривом переводнике.
b) Шпонка втулки UВНО, (выставленная точно по опорной линии).
c) Хвостовик «пера» на основании измерительной передачи. Выемка на «пере» расположена на шпонке (b).
d) Положение Т-головки снеббера на вершине измерительной передачи. При сборке измерительной передачи, она должна быть точно выставлена по центру выемки «пера».
e) Указатель на приборе измерения угла по компасу (для инструментов Sperry-Sun) или для других приборов, где индикатором является стрелка или короткая жирная линия, должен быть направлен под углом 180~ по отношению
к d.
Таблица 6.1
Оценочные значения реактивного момента для забойного двигателя 1:2
Оценочные значения левого момента при зарезке в вертикальном стволе.
|
Глубина зарезки (фт) |
Оценочные значения момента |
|
0-500 500-1000 1000-1500 1500-5000 5000- конечная глубина |
20~ левый момент 25~ левый момент 35~ левый момент 50~ левый момент 10~/1000′ |
Таблица 6.2
Оценка изменения направления момента при установке отклонителя 95~ при максимальном повороте
|
|
Осевая ориентация относительно высокой стенки ствола | ||
|
Глубина
|
угол ухода ствола
|
для левого поворота |
для правого поворота |
|
от поверхности до 1000′
|
2-5~ 5-10~ 10-15~ 15-20~ 20 -25~ 25 -30~ 30 -35~ больше 35~ |
40~ влево 30~ влево 15~ влево 10~влево 5~ влево 0~ 5~ вправо 5 вправо~ |
140~ вправо 135~ вправо 130~вправо 125~ вправо 120~вправо 115~ вправо 110~ вправо 105~ вправо |
|
от 1000до2000фт
|
2-5″ 5-10~ 10-15~ 15-20~ 20 — 25~ 25 -30~ 30 -35~ больше 35~ |
30″влево 20~ влево 10~ влево 5~ влево 0~ 5~ вправо 5~ 10~ вправо
|
155~вправо 140~ вправо 135~вправо 130~вправо 125~ вправо 120~ вправо 115~ вправо 110~вправо |
|
от 2000 до Т. D
|
2-5″ 5-10~ 10-15~ 15-20~ 20 -25~ 25 -30~’ |
25~влево 15~ влево 5~ влево 0~ 5~ вправо 10~ вправо |
180~вправо 170~ вправо 165~вправо 145~вправо 125~ вправо 115~ вправо |
Управляемый инструмент
Применяется однопроводниковая линия (на поверхностное оборудование непрерывно подаются параметры ориентации относительно оси). Применима как аналоговая, так и цифровая система передачи информации.
* Применяется точно такая же система установки, что и в вышеприведенном случае, (выемка «пера» сидит на шпонке хвостовика втулки внутри специального полнопроточного переводника UBHO)
* Реактивный момент хорошо виден на аналоговом дисплее.
* Можно применять или циркуляционную головку или переводник с боковым проходом с центровкой по вкладышам рабочей трубы.
* Можно применять только в ориентированном (не роторном) бурении.
* Имеет свойство фиксировать на пленку измерения показаний магнитного диска в стволе до подъема на поверхность. Это — хорошее средство двойной проверки предыдущих измерений.
Применение оборудования MWD вместе с КНБК, с забойными двигателями
а) В этом случае работа по направленному бурению становится намного легче. Однако, в этом случае, угол установки (отсчитываемый по часовой стрелке, если смотреть вниз по стволу) от базовой ориентации MWD относительно оси по отношению к опорной линии кривого переводника должен быть точно измерен. Этот перекос затем нужно ввести в компьютер, расположенный на поверхности. Данные, считываемые на поверхности, будут означать положение опорной линии кривого переводника как результат или магнитного способа ориентации относительно оси, или гравитационного (при угле наклона ствола больше 5, когда четко определяются нижняя и верхняя стенки ствола).
б) Иногда, сразу же над MWD, устанавливается переводник UBHO. Это оказывается полезным в случае отказа MWD, если необходимо провести измерения координатных параметров.
* Шпонка втулки UBHO выставляется точно по опорной линии кривого переводника (после выполнения всех соединений).
*. Координатный диск будет давать ту же информацию, что и в случае ориентировки без MWD с той лишь разницей, что в этом случае мы будем находиться дальше от долота.
Замечание:
Во всех случаях, опорная линия кривого переводника будет основной для определения ориентации относительно оси. Именно она определяет будет ли набор/потеря угла, поворот ствола вправо/влево.
Замечание:
Из-за большого значения крутящего момента забойного двигателя, обычно считается невозможным на практике сориентироваться при помощи UBHO. Всегда, когда это возможно, используйте MWD.
Ориентация с помощью гироскопа
а) Применяются тот же самый переводник UBHO как и при магнитной ориентировке.
б). Применяется хвостовик «пера» на основании измерительного механизма (точно такой же как и при магнитном методе)
с) Остальная часть гиро — измерительного механизма отличается (но эквивалентна) магнитной системе.
д) Обычно эту систему применяют только на небольших глубинах, когда рядом расположены другие скважины. Как только магнитная интерференция упадет до приемлемого уровня, то сразу переходят на магнитный метод или (если это возможно) используют MWD.
Процедура зарезки
1. Соберите КНБК для зарезки (см. раздел 7). Опустите ее в скважину.
2. При достижении забоя, — пустите кратковременную циркуляцию. Разгрузите колонну от напряжения момента кручения.
3. Зафиксируйте ее клиньями для захвата труб.
4. Мелом нанесите метку на бурильной трубе в клиньях (со стороны видимости ее буровым мастером) и продолжите ее вдоль корпуса роторного стола. Положение метки можно будет в дальнейшем изменить по желанию. Эта фиксированная отметка будет в дальнейшем нашей опорной точкой на поверхности.
5. Выполните измерения ориентировки.
6. Снимите показания измерений. Что действительно важно в этом случае, так это ориентация относительно оси, поскольку наклон ствола будет незначительным. Аккуратно снимите показания ориентировки относительно оси. Т.к. пока еще нет высокой/нижней стенок ствола — ориентировка относительно оси определяется направлением, например S50~W. Снимите и зарегистрируйте показания направления, наклона и магнитной ориентировки относительно оси.
7. Делая поправку на свойства породы и реактивный крутящий момент от двигателя, вычислите какой должна быть установка ориентации относительно оси, чтобы бурение происходило бы в нужном направлении. Например, направление цели -N30~W, вычисленный крутящий реактивный момент
двигателя — 40, направляющий угол равен 8~ влево.
Желаемое направление ствола N38~W. Требуемая установка ориентации относительно оси N2~E.
8. Поверните буровую колонну на величину угла, необходимую для устp align=centerановки ориентации относительно оси в нужном направлении. В вышеприведенном случае поверните колонну на 130~ вправо. Сотрите первоначальную метку на трубе. Замените ее новой с фиксированной опорной линией.
9. Работайте колонной с помощью застопоренных элеваторов.
10. Проведите проверочное измерение координат.
11. Снимите показания. Ориентация относительно оси должна быть близка к желаемой установке.
12. Подсоедините квадратную штангу. Перенесите метку с бурильной трубы на один из зажимов квадрата. Застопорьте роторный стол, убедившись, что подвижная и неподвижная метки располагаются на одной прямой.
13. Пробурите на величину одного соединения. Соблюдайте обычные предосторожности при работе с забойным двигателем. Старайтесь поддерживать давление в забое постоянным для обеспечения постоянства реактивного момента кручения.
14. Аккуратно наверните следующую трубу. Старайтесь не вращать колонну. Аккуратно перенесите подвижную метку на новый замок бурильной трубы. Кривой переводник должен находиться в том же самом положении, что и при предыдущем этапе бурения.
15. Проведите измерения координат (наклон, направление, ориентация относительно оси).
16. При необходимости — измените ориентацию относительно оси. Действительная величина реактивного крутящего момента может отличаться от ожидаемой.
17. Если в ориентировке относительно оси были сделаны лишь небольшие изменения, то, в этом случае, нет необходимости производить дополнительное проверочное измерение. При застопоренном роторном столе, бурите до следующего соединения.
18. Повторите шаги 13 — 17. Между двумя последующими измерениями должно быть пробурено расстояние не более двух замков.
19. При достижении наклона около 5~ , для определения ориентации относительно оси используйте гравитационный метод. Будьте внимательны при снятии показаний с измерительного диска. На инструментах Eastman и Sperry Sun направления восток и запад изменены на противоположные.
Замечание: Важно помнить, что координаты определяются приблизительно на расстоянии 45-50 футов позади долота.
20. При наборе угла приблизительно 15~ в мягких породах (8~ в твердых породах) в нужном направлении, КНБК поднимают.
Замечание: Из-за того, что координаты определяются на расстоянии 50 футов позади долота, единственным способом проверить, что направление ствола в районе долота совпадает с тем, что мы определили по диску, — это пробурить еще длину двух соединений с ориентацией относительно оси по высокой стороне стенки. Если эта ориентация не является близкой к высокой стороне, то при бурении следующего участка на длину двух замков может возникнуть существенная разница от действительного направления ствола и тем, что мы измерили при предыдущем замере до подъема КНБК. Таким образом, до окончания зарезки, необходимо предпринять все усилия, чтобы убедиться в правильности направления ствола даже если для этого потребуется набрать угол в 20~ или больше (при условии разумной потери времени), иначе, ситуация может оказаться еще хуже.
21. В дальнейшем, набирайте угол роторной КНБК. Наберите максимальный угол.
Замечание: Если нет гироинструментов для измерений координат, то можно использовать известное направление, ориентируясь по характерным объектам, расположенным на поверхности в районе буровой. После сборки КНБК, предназначенной для зарезки, опорная линия кривого переводника маркируется и выравнивается в соответствии с выбранным известным направлением. По мере спуска колонны в забой, метка тщательно переносится от одного соединения к другому. При неглубоко залегающей точке зарезки, коммулятивная ошибка не должна превышать 20~. После бурения интервала равного нескольким соединениям, можно переходить на магнитный способ ориентации.
Корректировка ствола
Принятие решения о необходимости проведения коррекции является одной из наиболее важных обязанностей инженера направленного бурения. То, что коррекция необходима, когда становится ясно, что возникает ситуация непопадания в цель — достаточно очевидно. Но решение о том, когда начать коррекцию принять не так просто. В этой ситуации существенную роль начинает играть опыт. Ниже приводятся основные правила:
1. Не начинайте коррекцию слишком рано. Уход ствола в сторону может продолжаться после подъема забойного двигателя. Поэтому в дальнейшем может понадобиться вторая коррекция. Это приводит к слишком большому числу спускоподъемных операций. В определенной точке уход ствола может прекратиться (или даже начаться в противоположном направлении). Поэтому, дайте возможность породе проявить все свои особенности прежде, чем начать работу двигателем.
Замечание: Иногда заказчик может предпочесть выполнение коррекции до установки обсадной колонны. Каждая такая ситуация должна определяться требованиями заказчика. Между инженером направленного бурения и заказчиком не должно существовать отсутствие взаимопонимания.
2. Не откладывайте коррекцию на слишком позднее время. Чем ближе мы находимся к цели, тем более сильное изменение направления необходимо выполнить, чтобы попасть в нужную точку.
3. Типичная корректировка должна быть в пределах 5~ — 12~ изменения направления. Обычно это означает, что корректировка двигателем продолжается на длине, равной 5-12 длинам труб.
4. Старайтесь выполнить корректировку до того момента, когда порода станет слишком твердой. Чем тверже порода, тем ниже скорость проходки.
5. Правильно подбирайте кривой переводник. Изготовители забойных двигателей представляют данные по достижимой кривизне с различными комбинациями «долото/двигатель/кривой переводник». Не пользуйтесь большим, чем требуется кривым переводником.
Пример: Ствол 12-1/4″. Наклон ствола = 35~. Нам нужно изменить направление ствола на 8~, выдерживая набранный угол.
Применение забойного двигателя 7-3/4″ в стволе 12-1/4″ может привести к ожидаемой кривизне, равной 2,5~ на 100 футов, (табл. 6.2). Используем уравнение API для уравнения кривизны:
где: = наклон ствола в начале интервала
= наклон ствола в конце интервала
А = изменение направления ствола на протяжении интервала
L = курсовая длина.
Таблица 6.3
При наклоне в 35~, оценка скорости поворота равна 4,4~ на 100 футов. Таким образом, следует ожидать, что 8-ми градусная коррекция произойдет на длине в 200 футов (т.е. около 7 соединений).
6. Для размеров стволов, больших чем 8-1/2″, для корректировки применяйте кривые переводники с углом 1-1/2~ или 2~. Бывает, что в стволах большого размера (например 17-1/2″) в очень мягких породах для получения достаточной кривизны может понадобиться кривой переводник с углом 2-1/2~ .
7. Чем больше наклон ствола, тем меньше скорость поворота для данной кривизны. Это видно из вышеприведенного уравнения. При более высоких углах наклона обычно при )40~ необходимо применять кривой переводник с углом в 2~. В противном случае, коррекция займет много времени.
8. Если мы знаем, на какую величину нужно изменить направление и знаем величину ожидаемого закривления, то мы сможем оценить сколько соединений необходимо выполнить для завершения коррекции.
9. Выбор долота — важен. Оцените, как много соединений необходимо сделать для выполнения коррекции. Хорошо бы на основе этой информации оценить необходимое количество часов работы забойного двигателя. Применяйте те долота, которые способны выполнить необходимый для коррекции объем работы без замены.
10. Старайтесь не терять угол при выполнении коррекции. Применяйте кривой переводник для плавного поворота ствола. (Очевидно, что это проще делать при наличии MWD). Наклон ствола можно уменьшить в дальнейшем при работе с роторной КНБК.
Ойия-доска
Вычисления с помощью ойия-доски.
Предсказание последствия движения забойного двигателя является существенным при планировании коррекции курса. При использовании забойного двигателя, точка, в которой осуществляется замеры координатных параметров, обычно находится на расстоянии 45-60 футов позади него и необходимо вычислять скорость набора угла и поворота ниже этой точки.
Рис. 6.7
Средство, которое можно использовать для определения поведения двигателя называется диаграммой Рэгланда, или в форме логарифмической линейки — доска ойия. Любой программируемый калькулятор можно легко запрограммировать для выдачи той же самой информации, что и доска ойия.
Метод доски ойия основан на простой векторной диаграмме, показанной на рис. 6.7. Всякий вектор имеет абсолютную величину и направление. Вектор наклона имеет величину, равную наклону ствола и направление соответствует направлению ствола. Из векторной диаграммы можно сделать следующие выводы:
1. Для данной кривизны ствола, изменение направления, которое можно получить, уменьшается по мере увеличения наклона.
2. Когда между точками замера изменения направления отсутствуют, то кривизну определяет наклон.
На ойия-доске имеется 5 шкал (рис. 6.8). Это:
1. Предыдущий угол отклонения. Обычно — это 2 шкалы (0-30 и 20-60)
2. Кривизна (полуокружность)
3. Изменение направления. Это наружная шкала.
4. Новый угол отклонения. Это вращающаяся шкала.
5. Вращение инструмента. Радиальные линии, берущие свое начало из центра полуокружностей кривизны показывают установки ориентации инструмента относительно оси (0~ -180~ относительно высокой стороны стенки).
Нужно знать 3 из этих 5 величин. С помощью ойия-доски мы сможем затем найти оставшиеся 2.
Замечание: Полуокружности являются полуокружностями кривизны. Однако, только в случае, если курсовая длина равна 100 футам, они прямо выражают кривизну ствола. Во всех остальных случаях они дают кривизну в градусах для данного рассматриваемого интервала.
Кривизна (~ /100′) = (изменение угла Ч 100) Ч (курсовая длина) -1
При использовании КНБК с (забойный двигатель/кривой переводник), мы имеем хорошие оценки для ожидаемой кривизны или из документации по забойным двигателям, или по предшествующему опыту работы в данной местности. Мы можем преобразовать кривизну в изменение угла на рассматриваемом интервале с помощью ойия доски. По мере продвижения бурения, действительное значение достигаемой кривизны может меняться из-за наклона ствола и/или изменения свойств породы. В соответствии с этим мы можем скорректировать исходные данные для работы с ойия-доской.
Ей пользуются в зависимости от многих возможных комбинаций известных величин и от того, что нам необходимо вычислить. Однако, в каждом случае последовательность действий следующая:
1. Установите предыдущее изменения угла (в окне) для известной величины.
2. Расположите две другие, известные величины на доске.
3. Снимите показания двух других неизвестных величин с доски.
Замечание: Очевидно, что с помощью доски невозможно определить величину реактивного крутящего момента. Действительная ориентация относительно оси отклоняющего инструмента для достижения определенной цели будет отклонена в право на величину большую, чем на ойия-доске. Эту разницу определяет реактивный момент, действующий на отклоняющий инструмент.
Замечание: Доска применяется только в случаях с наклоном ствола ) чем 5~, т.е., когда определена высокая стенка ствола.
Типичные методы работы с ойия-доской.
Оценка изменения направления и кривизны.
В этом случае нам нужны надежные результаты измерений измеренной глубины ствола, наклона и направления. Курсовая длина легко вычисляется.
1. Установите величину наклона в первой точке измерения на шкале «Предыдущий угол изменения»
2. Установите вращающуюся шкалу для соответствующего деления «Результирующее изменение направления» на внешней шкале.
3. Установите величину наклона во второй точке измерения на линейке «Новый угол изменения».
4. Снимите показания изменения угла с того места, где второй наклон пересекает полуокружность изменения угла.
Замечание: Действительное изменение угла может попасть между двумя полуокружностями . В этом случае, мы оцениваем эту величину.
5. Для нахождения кривизны — нормализуйте изменение угла к 100 футам курсовой длины.
Найдите установку ориентации относительно оси для необходимого поворота при наборе/потере угла.
В этом случае, мы знаем предыдущее изменение угла и желаемое изменение направления. С помощью соответствующей величины кривизны, мы, таким образом, сможем найти необходимое изменение угла. Имея 3 входных параметра, с помощью доски мы находим новое изменение угла (наклон) и ориентацию относительно оси.
Как пользоваться ойия-доской.
Рис. 6.8 Ойия — доска. (А) — шкала текущего наклона, (В) — скользящая шкала, (С) — Вращающаяся шкала, (D) -шкала изменения угла, (Е) — Шкала ориентировки относительно оси, (F) — шкала изменения направления.
Получение желаемого угла набора /потери при повороте ствола.
В этом случае, мы знаем кривизну, курсовую длину, изменение угла при предыдущем измерении и желаемое изменение угла при следующем. Мы вычисляем изменение угла. По доске мы находим оценку изменения направления и ориентацию относительно оси.
Вычислите курсовую длину, необходимую для получения требуемых результатов измерения. В этом случае, мы знаем желаемые величины наклона и направления в конце курсовой длины неизвестной величины. Мы знаем угол отхода в настоящий момент, новый угол отхода и изменение направления. С помощью этих величин мы находим кривизну по ойия-доске. Зная кривизну (из предыдущих измерений), мы можем вычислить требуемую курсовую длину. На доске так же определена и ориентация относительно оси.
Вычислите новые ожидаемые величины наклона и направления при данной ориентации относительно оси и кривизне ствола.
Зная ориентацию и курсовую длину, можно вычислить изменение направления. Таким образом, мы знаем предыдущее изменение угла, ориентацию относительно оси и изменение направления. Новое изменение угла и изменение направления определяются по доске. Зная изменение направления, легко найти ожидаемое направление ствола.
Вычисления отклонения инструмента.
Основные формулы, на которых основан метод ойия-доски перечислены ниже. Все они могут быть выведены из векторной диаграммы, представленной на рис. 6.7, с помощью простых тригонометрических функций.
Рис. 6.9
Установка ориентации относительно оси.
1. Если b)а, т. е угол теряется вдоль курсовой длины, то
TF = 180~ — tg-1 asinc(b — acosc)-1
2. Если b(а, т.е. угол набирается вдоль курсовой длины, то
TF= tg-1 asinc (acosc — b)-1
Ожидаемое изменение направления ствола.
с = tg-1Ч(изменение направления Ч sin (ориентация отн. оси) (b + (изменение направления) Ч cos(opиeнтaция относительно оси)))-1
Максимально возможное изменение направления.
Cmax = sin-1 (изменение направления) (изменение угла)-1
Рэгланд-диаграмма
Результат различной установки ориентации инструмента относительно оси можно визуально проследить, нанося на бумагу с полярными координатами результаты измерений в каждой точке наклона и направления. Этот метод известен как Рэгланд-диаграмма (рис. 6.9). Концентрические окружности, разделенные равными промежутками, представляют собой изолинии равного наклона. Длина линии, соединяющей две точки измерения на диаграмме, является изменением направления между двумя этими точками. С помощью этой диаграммы можно наглядно проследить за способностью к отклонению от направления инструмента в зависимости от ориентации относительно оси. И наоборот, поскольку диаграмма имеет шкалу, мы можем предсказать результат отклонения направления в зависимости от ориентации инструмента при заданной кривизне (при условии, что величина реактивного момента нам известна).
Постоянная скорость поворота к цели.
Применение комбинации забойный двигатель/кривой переводник или забойного двигателя с изменяемой кривизной корпуса для коррекции позволяет обычно быстро выполнить эту операцию. Поворот происходит на достаточно коротком участке. При принятии решения о необходимости коррекции курса, нам нужно определить среднюю скорость поворота по всей длине дуги от начального положения до цели. Похожа ли эта постоянная скорость поворота на «естественный» уход долота и / или на влияние свойств породы?
Если да, то мы можем отложить на некоторое время выполнение корректировки. Если нет, то мы можем задействовать забойный двигатель или мы можем подождать и «дать возможность скважине самой по себе скорректироваться». Каждый случай должен быть хорошо обдуман инженером направленного бурения.
В любом случае, в каждой точке замера координат, мы должны быть готовы к необходимости вычисления скорости поворота влево, вправо для попадания в левую, правую или центральную часть цели в горизонтальной плоскости. Мы предполагаем, что поворот ствола будет происходить с постоянной скоростью от последней точки замера координат до цели. Нам необходимо знать три величины, определяющие скорость поворота ствола, для того, чтобы определить попадем ли мы в цель при выполнении корректировки.
Рис. 6.10 Рис. 6.11
Общий поворот, необходимый для попадания в цель
Предположим, что мы провели измерения координат и это позволило нам определить местонахождение некоторой точки S в прямоугольных координатах на плоскости (рис. 6.10). Азимут ствола по отношению к северу равен а. Цель расположена в точке Т. Направление от точки S к точке Т равно b. Значит, для того, чтобы непрерывным образом попасть в нужную нам точку, азимут должен измениться на величину с = (b-а).
Если предполагается, что ствол поворачивается с одинаковой скоростью от S до Т, то мы можем начертить дугу, противолежащей углу d. Радиус кривизны дуги (Rc) = OS = ОТ. Угол d лежит между ними. Линия ХУ = касательной в точке S. Она представляет собой азимут, при последнем измерении координат.
OS перпендикулярна XY. Следовательно, угол OSY=90~. Taкже, угол OSY=(e+c). Поэтому, угол OSТ=(90~-с). Линии OS и ОТ — одной и той же длины. Поэтому треугольник OST -равнобедренный. Следовательно, угол OST= углу OTS =е. Сумма углов = 180~= (e+e+d) = (2е+d1). Поэтому, е = (180~-d)/2 = (90~-d/2)/ C другой стороны, мы имеем е = (90~-с). Поэтому, (90~ — d/2) = (90~-с). Таким образом, d=2c
Следовательно, если поворот происходит с постоянной скоростью, то полная величина поворота, необходимого для попадания в цель, равна удвоенной величине угла от точки последнего замера координат до цели. Это должно быть основным правилом при практической работе. Конечный азимут в цели будет (a+d)=(a+2c).
Скорость поворота, необходимая для попадания в цель
Пользуясь чертежом горизонтальной проекции ствола, мы можем вычислить скорость изменения направления курсового отклонения на 100 футов длины. Назовем ее г. Для вычисления скорости поворота на 100 футов измеренной глубины, мы должны учесть наклон ствола. Назовем эту скорость поворота rt. Пусть I=среднему наклону ствола, который удовлетворяет условию попадания в цель. rt=rsinI
Радиус кривизны (Rc)=180~ / rЧp. Поэтому, r=180~ /Rc. Нам необходимо вычислить Rc. Проведем ОР перпендикулярно ST. OS=OT=Rc. SP=(OS2 — ОР2)1/2. PT = (OS2 — OP2)1/2 Поэтому, SP=PT. Следовательно SP=ST/2. Угол SOP = (180~ -90~ -e)=90~ — e = с. Rc дуги ST = OS = SP/sinc. Ho, SP=ST/2. Поэтому, Rс = OS = ST/2sinc. Теперь можно вычислить длину дуги ST. ST = 2TCЧRcЧd/360~. Rc = OS = ST/2sinc и d = 2с. Поэтому длина дуги
ST = 2pЧ2с /360~ 2sinc = pЧSTЧc/180~ sinc.
Скорость поворота в горизонтальной плоскости, необходимая для попадания в цель = [(полный поворот)Ч100/(длина дуги)]0 / 100 футов= 2cЧ100Ч180Чsinc/pЧSTЧcЧ(36000Чsinc/pЧST)~ /100′ курсового отклонения.
Поскольку необходимо учитывать наклон ствола по отношению к цели (I), скорость поворота на 100 футов измеренной глубины дается выражением:
ROT = [(36000ЧsincЧsinI)/ (*ST)]~ /100′ курсового отклонения.
Практически, это очень точный и быстрый способ измерения скорости поворота, необходимого для попадания в цель с левой стороны, с правой стороны или в центр. Следует иметь в виду, однако, что этот метод предполагает постоянство скорости поворота на протяжении всего пути от точки последнего замера координат до цели. Этот метод лучше всего подходит для участков с постоянным наклоном. Очевидно, что вычисления на участках набора/потери угла более сложны.
Процедура
1. Вычислите координаты по результатам последнего замера. Нанесите координатные данные как на вертикальный, так и на горизонтальный разрезы ствола.
2. На горизонтальной проекции чертежа измерьте транспортиром направление ствола от последней точки замера координат до левой, правой и центральной части цели. Независимо от этого, вычислите эти величины, используя разницу координат.
3. Разница между азимутом ствола при последнем замере и вышеперечисленными азимутами дадут величину мгновенного поворота (влево или вправо), необходимого для попадания в левую, правую или центральную части цели.
4. Из вышеприведенного мы знаем, что полный поворот, необходимый для того, чтобы попасть в любую часть цели (при повороте с постоянной скоростью) должен быть в два раза больше величины «мгновенного» поворота. Таким образом мы сможем вычислить величину суммарного поворота, необходимого для попадания в левую, правую или центральную части цели.
5. Из чертежа вертикальной проекции мы можем оценить измеренную глубину (MD), остающуюся от нашей точки последнего измерения координат до цели. (Мы используем оставшуюся TVD и предполагаем, что наклон ствола будет выдерживаться от точки последнего замера до цели). В подавляющем большинстве случаев эти величины очень близки к величинам, определяемым программой направленного бурения.
4. Скорость поворота вправо/влево необходимая /допустимая в каждом из этих трех случаев определяется следующим образом:
ROT = [(суммарный поворот) Ч 100/(MD)]~ /100′
Постоянная скорость набора/падения угла на пути к цели
Скорость набора / падения угла определяется аналогичным образом, (рис. 6/11). Пусть I1 будет углом в точке последнего замера координат (S).
I — «мгновенное» изменение угла, необходимого для попадания в центр цели.
I является средней величиной наклона ствола, измеренного от S до цели Т. В этом случае нам необходимо потерять угол, если мы хотим попасть в цель.
Процедура
1. На чертеже вертикального разреза измерьте наклон от точки последнего замера координат до (например) центра цели.
2. С помощью наклона, вычисленного по результатам измерений, можно быстро вы-числить «мгновенную» величину изменения наклона (в рассматриваемом случае — по-терю угла), которая требуется для попадания в центр цели.
3. В предположении того, что скорость потери угла будет постоянной в течение всего пути до центра цели, легко получаем:
2 Ч (мнгновенное изменение наклона) = 2DI
4. С другой стороны: I = ctg(DSEC/DTVD)
5. Допустимая/необходимая скорость потери угла:
КОВ=(полная потеря)Ч100/DМР = [ 2DIЧ100/DМВ]~/100′
Это — очень точная и легко применимая на практике формула.
5. Конечный наклон у цели будет: (I+/-2DI).
Замечание: Скорость набора или потери угла мы определили одинаковым образом. Единственная разница состоит в том, что конечный наклон у цели будет меньше, чем у исходной точки замера координат на величину полной потери угла. Мы выделяем три основные части цели: нижнюю часть, центральную часть и верхнюю. Это определяет три различные скорости потери угла. На этой основе принимается решение о том когда и нужно ли вообще изменять КНБК.
Замечание: С помощью MacDD можно провести линию к цели для любого профиля ствола. Это особенно легко сделать для S- образных профилей в фазе потери угла. Мы можем определить необходимую скорость потери угла от нашего настоящего местонахождения до цели.
Зарезка в открытом участке ствола.
Существуют два основных типа зарезки в открытом стволе:
1. «Слепая» зарезка. Слепая зарезка — зарезка в вертикальном участке ствола, выполняемый обычно для того, чтобы обойти препятствия на дне забоя (оставленный инструмент и т. п.). На вершине участка устанавливается цементный мост и ствол закривляется от этого моста при помощи КНБК, в состав которой входят долото/забойный двигатель/кривой переводник. Некоторый наклон (и следовательно отход) производится в произвольном направлении. Затем эта КНБК поднимается и ее заменяют на маятниковую, с помощью которой ствол опять отклоняют к вертикали. Обычно считается, что зарезка выполнена удачно, когда участок ствола с оставленным инструментом — обойден.
2. Ориентированная зарезка. Зарезка этого типа выполняется для попадания в определенную цель. Она может быть вызвана результатом безуспешных ловильных работ в отклоненном стволе и требованиями сохранения необходимой точности выдерживания координатных параметров ствола для попадания в цель. Иногда, по достижении некоторой измеренной глубины (длина ствола), измерения координат в открытом стволе могут оказаться не внушающими доверия. Заказчик может захотеть установить цементный мост на много выше забоя и с этого места начать зарезку. Изменение направления на 60~ и более градусов — обычное дело. Ориентированная зарезка применяется и в горизонтальном бурении. Заказчик может пробурить пилотный ствол с определенным уклоном. При данной измеренной глубине проводятся замеры координат. Уточняется точное значение истинной глубины (TVD) зоны цели. В пилотный ствол после этого устанавливается мост и с этого места производится зарезка так, чтобы ствол был горизонтальным. Если цементный мост — жестче чем порода, то зарезка должна быть совершенно прямой. Однако, даже в этой ситуации необходимо принять все соответствующие меры, чтобы зарезка получилась удачной. При выполнении зарезки, необходимо руководствоваться тремя основными правилами:
1. Хороший цементный мост имеет жизненно важное значение. Единственный путь для определения твердости моста состоит в том, чтобы чуть-чуть его подбурить. Попытка определить его крепость путем приложения к нему веса ничего не говорит. Иногда на вершине моста имеется тонкая » корочка «. Она способна выдержать значительный вес (равный нагрузке на долото) если нет вращения долота. Однако, пробурив несколько футов, можно обнаружить мягкую грязеподобную «сердцевину «.
2. Инженер не должен торопить события и изо всех сил стремиться ускорить работу, чтобы не уменьшать шансов успешного выполнения зарезки. Очень важным следует признать необходимость того, чтобы инженер направленного бурения лично убедился в твердости моста.
3. Соответствующее долото, применяемое во время зарезки, увеличивает его успех на 50% в любых породах. Чем жестче порода, тем важнее выбор долота.
Тампонаж
1. Исследования геометрических характеристик полости позволяют определить необходимый объем цемента и выбрать точку зарезки. Кроме этого, зарезку легче выполнить на участке ствола, размер которого соответствует заданному калибру.
2. Чтобы уменьшить загрязнение цемента жидкой глиной, участок предварительно обрабатывается соляным раствором равного объема.
3. Цементный раствор закачивается через бурильную трубу с открытым концом. Однако, если диаметр ствола — 8 1/2″, то рекомендуется установить хвостовую трубу с длиной, равной высоте цементного столба. Это уменьшит образование каналов.
4. Не рекомендуется добавлять в цемент песок, поскольку он уменьшает прочность на сжатие.
5. Необходимо применять цементный раствор с плотностью 16 фунт/галлон или выше. В участках ствола большой глубины, где температуры достигают 300 F, в цемент добавляется кремневая пудра.
6. Когда необходимо «обойти» оставленный инструмент, высота цементной колонны должна быть 150-200 футов.
Процедура зарезки в открытом стволе
1. Установите цементный мост.
2. Соберите КНБК для того, чтобы подбурить цементный мост. Используйте долото с зубцами.
В вертикальной скважине обычно применяется скользящая компоновка. В ответвленном участке ствола КНБК обычно содержит стабилизаторы. Точная компоновка КНБК зависит от профиля ствола.
3. Подождите, пока схватится цемент (минимум 12 часов).
4. Подбурите цементный мост. Это означает, что нужно пробурить несколько футов со средними параметрами. Скорость проходки сравнивается со скоростью проходки породы в этом месте.
Как правило, максимальная скорость проходки при подбурке цементного моста равна 60 фут/час. Очевидно, что в твердой породе зарезку сделать труднее.
5. Если твердость цемента недостаточна, то необходимо сделать выбор между подъемом колонны и обсаживанием этого участка и разбуриванием полностью этого моста и повторным цементированием. В настоящее время принято считать, что если в течение 24 часов твердость цемента не достаточная, то дольше ждать не имеет смысла.
6. Соберите КНБК для выполнения зарезки. Обычно она состоит:
Долото + забойный двигатель + кривой переводник + перепускной переводник + ориентирующий переводник (UBHO) + немагнитная УБТ + УБТ.
Некоторые из других типов КНБК перечислены в таблице 6.4.
Выбор долота для зарезки.
Ствол 17 1/2″. Обычно проблем не возникает. Зубцовое долото работает в течение 25 часов.
Ствол 12 1/4″. Трехшарошечное долото с уплотненными подшипниками должно работать по крайней мере 15 часов (даже в случае высокоскоростного забойного двигателя). Однако инженеру направленного бурения следует следить на поверхности за соответствующими параметрами, указывающими на повреждения долота (например, частая остановка двигателя, ненормально низкая скорость проходки).
Ствол 8 1/2″. Если порода — средней твердости, то для выполнения зарезки может понадобиться более одного долота. Поэтому может возникнуть необходимость в ориентировании двигателя даже при «слепой» зарезке для более эффективного набора угла. Для твердых пород необходимо применять специальное алмазное долото.
Замечание: Выбор кривого переводника или угла установки корпуса двигателя будет зависеть от твердости породы. Чем больше угол установки, тем больше будет боковая сила и тем сильнее будет интенсивность набора угла. Если точка зарезки располагается относительно неглубоко по сравнению с окончательной глубиной скважины, то интенсивность набора угла следует выбирать с учетом этого обстоятельства.
7. Опустите колонну на голову цементного моста. Работайте колонной. Сориентируйте колонну. Если это «слепая» зарезка, то установите колонну в произвольном направлении, но сделайте пометку на трубе и роторном столе. Застопорите роторный стол. Регистрируйте давление циркуляции у забоя,
8. Используйте забойный двигатель с малой мощностью для того, чтобы скорость проходки была малой. Первые 10 футов бурите с небольшой скоростью.
Скорость проходки поддерживайте на уровне 4 фут/час. Чем тверже порода, тем эта операция будет дольше.
9. Проверяйте образцы шлама. Если процентное отношение осколков породы возрастает плавно, то можно увеличить нагрузку на долото. Величина проходки с использованием забойного двигателя будет зависеть от размеров ствола, твердости породы и состояния долота. Если анализ шлама показывает, что содержание пробуренной породы составляет примерно 50%, то зарезка выполняется успешно. При слепой зарезке, которая выполняется для обхода оставленного инструмента в вертикальном стволе, необходимо убедиться, что наклон ствола возрос до 3~ (а в мягких породах и до 6~) прежде чем начать подъем колонны. Это обеспечит достаточный отход от вершины участка с оставленным инструментом.
10. Следующая конфигурация КНБК будет зависеть от конкретной ситуации. При слепой зарезке в вертикальном стволе это может быть 60 футовая маятниковая КНБК, конструкция которой обеспечивает потерю угла по вертикали.
Ниже приводятся некоторые полезные рекомендации:
* Компонуйте последующую КНБК настолько гибкой, насколько это возможно.
* Если КНБК окажется жесткой, то будьте аккуратны. Постарайтесь установить уменьшенный наддолотный стабилизатор, если это окажется практически возможным.
* Если порода — мягкая, будьте осторожны. При спуске вращение сделайте минимальным.
* Если порода — средней твердости, то расширьте при работе с двигателем ствол так, чтобы затяжка была нормальной.
Струйная КНБК для выполнения зарезки
Иногда в мягких породах применяется струйная КНБК для зарезки. В этом случае рекомендуется применять одно большое сопло с наглухо заглушенными остальными для минимизации размывания слишком большого участка моста.
Зарезка по нижней стороне
Иногда, в отклоненных участках ствола при углах наклона )10~, может возникнуть необходимость отхода при сохранении азимута. Для этих целей можно применить маятниковую КНБК и выполнить отход по низкой стороне ствола. Этот метод требует установку цементного моста (как и в вышеприведенных примерах). Для зарезки можно использовать 60 футовую маятниковую КНБК. В точке зарезки необходимо выдерживать низкую нагрузку на долото и высокие обороты ротора для того, чтобы дать возможность долоту «зарезаться» в нижней стенке ствола. Чем тверже порода, тем больше понадобится времени для выполнения этой операции.
При наклонах порядка 35~ желательно применять КНБК менее «склонную» к потере угла. 30 футовая КНБК — вполне подойдет. В противном случае гравитационные силы могут привести к чрезмерной потере угла.
Попытки выполнить зарезку по нижней стенке ствола при наклонах (10~ -трудны, особенно в твердых породах. Если нагрузка на долото очень малая, то скорость проходки будет очень низкой.
Забойный двигатель с изменяемой геометрией корпуса
Применение этого типа двигателя позволяет за одну спускоподъемную операцию выполнить зарезку если КНБК ведет себя так, как ожидалось (при условии работоспособности двигателя и долота).
Турбобур
Для выполнения зарезки в твердых (и возможно горячих) породах часто с успехом применяется алмазное долото, короткая турбина и кривой переводник. Маятниковая КНБК, включающая в себя турбобур для зарезки (без кривого переводника) также может успешно применяться для отхода по нижней стороне цементного моста.
Отклонитель в открытом стволе
Иногда возникают определенные ситуации, когда необходимо использовать отклонитель для зарезки в открытом стволе. В качестве хорошего примера может служить случай обхода оставленного инструмента в геотермальной скважине, где в рабочей области имеются высокие температуры. Устанавливается цементный мост и подбуривается так, как было описано выше. Ствол очищается циркуляцией. Собирается КНБК с отклонителем и спускается вниз. Ориентируется (если требуется) и пята клина хорошо устанавливается на мост. Остальная часть процедуры описана в разделе 5.
Зарезка в обсаженном участке ствола
Иногда, обычно по геологическим причинам, возникает ситуация в необходимости выполнения зарезки из обсаженного участка ствола. Существуют два способа:
1. Установка в колонне отклонителя.
В этом способе в колонне устанавливается отклонитель и прорезается окно. Требуется выполнить несколько спускоподъемных операций. Работа выполняется специалистами. В глубоких геотермальных скважинах этот метод постоянной установки отклонителя применяется для вырезания окна в колонне.
2. Фрезерование секции.
Секция колонны вырезается в нужном интервале глубины при помощи фрезера гидравлического действия. Основными типами этих фрезеров являются Tristate Metal Muncher и Servco K-Mill. Должно быть вырезано по крайней мере 50 футов или (лучше всего 75).
Лучше всего начинать прямо внизу обсадной колонны. Обычно для вырезания достаточно двух спускоподъемных операций.
Обычно с гидравлическими фрезерами работают специалисты. Однако, иногда инженера по направленному бурению могут самого попросить сделать это. Это относительно простое оборудование, И сама операция может быть выполнена достаточно легко при условии, что соблюдены соответствующие меры предосторожности. Те же самые процедуры применяются для установки цементного моста и его подбурки что и при отходе в открытом участке ствола. Цементный мост устанавливается приблизительно на расстоянии 100 футов под вырезаемой секцией и выше 50-100 футов вершины секции. И снова твердость цементного моста является определяющим параметром для успешного проведения этой операции. Мост должен не только «направлять» долото в сторону, но и выдерживать нагрузки, создаваемые вращением колонны. Цементный мост подбуривается на глубину примерно 4 футов от вершины вырезаемой секции. В этой точке ствол очищается циркуляцией до подъема колонны для установки КНБК предназначенной для зарезки (долото, кривой переводник и т. д. как и в предыдущих случаях).
Та же самая процедура применяется для «проходки» цементного моста. Когда долото входит в основание окна и на виброситах появляется существенный процент породы, то можно считать эту операцию успешной.
Опасайтесь магнитной интерференции, поскольку магнитные приборы (компас и инклинометр) проходят через окно.
Если наклон ствола ) 5~, (т.е. хорошо определены верхняя и нижняя стенки ствола) то можно ориентироваться по гравитационному методу ориентировки относительно оси для установки нужного направления отхода долота. Этот прибор не подвержен влиянию магнитного поля обсадной колонны. Если приборы, определяющие наклон и направление находятся достаточно далеко от колонны, то можно провести измерение координат с небольшими погрешностями по азимуту.
Таблица 6.4.
Зарезка (предполагается, что КНБК удовлетворяет условиям забоя)