Геометрические размеры отклоняющих компоновок

Геометрические размеры отклоняющих компоновок рассчитывают в зависимости от заданной интенсивности искривления скважины. Последняя не должна превышать возможной интенсивности искривления ствола, которая может быть достигнута данной системой долото - забойный двигатель.

При бурении турбинным отклонителем геометрические размеры компоновки по данному радиусу искривления ствола R могут быть определены по формуле, которая не учитывает деформацию плеч отклонителя:

                  (13.26)

где L₁ - длина нижнего плеча отклонителя (от торца долота до места искривления переводника отклонителя), м; L₂ - длина верхнего плеча отклонителя (от места искривления переводника отклонителя до верхнего торца переводника с ножками), м; δ - угол перекоса валов турбинного отклонителя, градус; β - угол наклона нижнего плеча отклонителя к оси скважины, градус.

Угол  определяется по формуле

                 (13.27)

где D, d- диаметры соответственно долота и отклонителя, м.

Радиус искривления R и интенсивность искривления ствола на 10 м проходки i₁₀ связаны зависимостью

i₁₀ = 10180/Rπ              (13.28)

Тогда формула для определения геометрических параметров турбинного отклонителя через величины интенсивности искривления ствола на 10 м проходки примет вид

             (13.29)

Определение геометрических размеров турбинного отклонителя по заданному значению радиуса искривления R или интенсивности искривления ствола на 10 м проходки i₁₀ может быть осуществлено по трем вариантам: по углу δ и длине L₁ рассчитывают необходимую длину L₁, по углу δ и длине L₂ - необходимую длину L₁ по длинам L₁ и L₂ - необходимый угол δ.

На рис. 13.3. представлена номограмма для определения параметров турбинного отклонителя.

При бурении отклоняющей компоновкой с кривым переводником над забойным двигателем ее геометрические размеры по заданному значению R или i10 могут быть определены по формуле без учета деформации системы:              (13.30) или                  (13.31) где Lт - длина забойного двигателя с долотом, м; Ly - длина установленных над кривым переводником УБТ, м; β1 - угол наклона УБТ к оси скважины, градус. В данном случае углы β и β1 определяют по формулам              (13.32)                         (13.33) где dy - диаметр УБТ, м.

Рис. 13.3. Номограмма для определения параметров турбинного отклонителя:

Номер кривой на рисунке	1	2	3
D, мм.	295,3	215,9	190,5
dт, мм	240	195	172

Геометрические размеры отклоняющих компоновок с кривым переводником по заданному R или i₁₀ определяют по двум вариантам: по длине L_т и углу δ рассчитывают необходимую длину L_у; по длинам L_т и L_у -необходимый угол δ. При этом предварительно устанавливают возможность достижения заданной интенсивности искривления ствола при данной длине L_т и диаметре долота D. Если требуемая интенсивность искривления ствола не обеспечивается, то, решая как обратную задачу, по указанным формулам определяют необходимую длину L_т.

При искривлении ствола отклонителем Р-1 геометрические размеры отклоняющей компоновки рассчитывают по формуле

            (13.34)

или

                     (13.35)

где δ - угол перекоса нижней резьбы отклонителя, градус; β_д - угловая деформация удлинителя, градус; β₁ - угол перекоса удлинителя, градус.

Угловая деформация удлинителя от действия изгибающего момента М, равномерно распределенной нагрузки q₀ sinα и сжимающего усилия N определяется из выражения

           (13.36)

где

         (13.37)

              (13.38)

                 (13.39)

где ƒ₁ - стрела прогиба удлинителя, м; EI - жесткость на изгиб удлинителя, Н·м2; q₀ - вес 1 м удлинителя в буровом растворе, Н/м; α - зенитный угол ствола, градус; Q_т - вес забойного двигателя с долотом. Н; Р_от - отклоняющая сила на долоте, Н.

При бурении искривленного ствола с использованием эксцентричного ниппеля или отклонителя с накладкой геометрические размеры компоновки рассчитывают по формуле

         (13.40)

или

           (13.41)

где

где h - высота накладки, м; D,d - диаметры соответственно долота и турбобура, м; L₁ - расстояние от торца долота до наибольшего сечения накладки, м; L₂ - расстояние от накладки до верхнего переводника турбобура, м.

Интенсивность искривления ствола указанными отклонителями находится в зависимости от толщины накладки h. Ее максимально допустимое значение hmax ограничивается условием беспрепятственного прохождения компоновки по скважине:                   (13.42) где Dc - диаметр скважины, м. На рис. 13.4 представлена номограмма для определения высоты накладки. Рис.13.4. Номограмма для определения высоты накладки При необходимости увеличения интенсивности искривления ствола толщину накладки можно увеличить по сравнению с вычисленной по формуле (13.42), но при этом необходимо предварительно расширить ствол скважины или перейти на бурение долотом меньшего диаметра.

Методика определения толщины эксцентричного ниппеля применима также для определения толщины центраторов (планок) безориентируемых компоновок с целью малоинтенсивного набора зенитного угла.

Эксцентричный ниппель, отклонитель с накладной и безориентируемая компоновка с центраторами для малоинтенсивного увеличения угла искривления ствола работают более стабильно при больших зенитных углах ствола. При малых зенитных углах и в твердых породах фактическая интенсивность искривления ствола может быть меньше расчетной. Это объясняется тем, что отклоняющая сила на долоте, обусловленная действием нормальной составляющей веса части турбобура выше эксцентричного ниппеля, накладки или центратора или веса установленных над турбобуром бурильных труб (до точки касания их с нижней стенкой ствола), сравнительно невелика. При этом верхнее плечо турбобура может не касаться нижней стенки ствола, что приведет к снижению не только отклоняющей силы на долоте, но и угла перекоса турбобура (долота).

Снижение отклоняющей силы на долоте уменьшает темп фрезерования стенки ствола, а уменьшение угла перекоса турбобура снижает неравномерное разрушение забоя вследствие наклона оси долота к оси скважины.

Расчет отклонителя (рис. 13.5) ведется следующим образом. Выбирается максимальная длина каждой секции по жесткостным свойствам:

L₁ <133k;
L₂<2.83k.                    (13.43)

где

         (13.44)

k, d, EI, q, D - масштаб длины (м), диаметр (м), жесткость (кНм2) и поперечная составляющая веса (кН/м) единицы длины секции с учетом плотности промывочной жидкости и диаметр долота (м) соответственно.

Затем проверяют вписываемость каждой секции отклонителя в искривленный по радиусу R ствола скважины:

L₁≤2,4√R(D-d).
L₂≤2,82√R(D-d).                         (13.45)

Рис. 13.5. Схема к расчету отклонителя

Далее определяется угол перекоса искривленного переводника отклонителя (градус)

          (13.46)