Бурение наклонной скважины по заданному профилю возможно в том случае, когда отклонитель точно ориентируется в проектном азимуте. Ори­ентировать отклонитель можно в процессе спуска бурильной колонны пу­тем контроля за положением после навинчивания каждой свечи — ориен­тированный спуск (так называемый прямой метод) и после спуска буриль­ной колонны с использованием специальных приборов, фиксирующих по­ложение плоскости искривления отклонителя («лица») по отношению к плоскости искривления скважины (забойное ориентирование или косвен­ный метод). Следовательно, ориентированный спуск бурильной колонны можно применять при любом значении зенитного угла, а забойное ориен­тирование — в тех случаях, когда скважина имеет такой зенитный угол, при котором с достаточной точностью фиксируется положение плоскости скважины (обычно а (и) 5°). Забойное ориентирование осуществляется бы­стрее и проще, поэтому при a D 5° ориентированный спуск бурильной ко­лонны применять не следует.

Ориентированный спуск бурильной колонны осуществляется несколь­кими способами, из которых большое распространение вследствие просто­ты и достаточной для практической цели точности получил «метод меток».

Методика ориентированного спуска сводится к следующему. Перед началом спуска на каждую бурильную трубу наносят метки, располагая их по одной образующей. Для этого применяют специальные шаблоны.

На буровой нужно иметь столько труб с метками, сколько требуется их для спуска до глубины искривления, и дополнительно семь-восемь труб для наращивания в процессе работы.

До начала ориентированного спуска необходимо также двумя репера­ми (колышками) вне скважины отбить направление проектного азимута искривления ствола скважины.

Для удобства работы это направление следует зафиксировать на не­подвижной части ротора.

Собирают низ бурильной колонны: долото, турбобур и отклонитель. При турбобуре, установленном в клиньях или на элеваторе, плоскость дей­ствия отклонителя ориентируют по заданному азимуту, пользуясь зафикси­рованной меткой на роторе. Во время спуска колонны в скважину на ниж­нем замке бурильной трубы, навинченной на отклонитель и закрепленной машинными ключами, наносят крестовую метку точно против риски, имеющейся на поверхности отклонителя. При помощи угломера измеряют величину дуги между меткой, находящейся на замке бурильной трубы, и вновь намеченным крестом (в направлении от метки к кресту).

После спуска на верхнем замке бурильной трубы (свечи) от метки в ту же сторону откладывают замеренную величину дуги и наносят новый крест. Навинтив и закрепив машинными ключами следующую трубу (све­чу), на ее нижнем замке точно против креста на нижней трубе ставят крест и измеряют величину дуги между меткой и вновь нанесенным кре­стом. Эту величину переносят на верхний замок (свечи), снова ставят крест и ò.ä.

Крест на верхнем замке последней трубы (свечи) укажет направление отклонителя в скважине.

После навинчивания и закрепления машинными ключами ведущей бу­рильной трубы положение одного из ее углов сносят мелом на неподвиж-

ную часть стола ротора при помощи шаблона. Другим таким же шаблоном, не изменяя положения бурильной колонны, на неподвижную часть стола ротора сносят также положение креста с верхнего замка свечи. Затем стальной рулеткой измеряют расстояние между этими метками в направ­лении от первой ко второй. После этого метки стирают. Бурильную колон­ну спускают так, чтобы можно было заложить и закрыть малые вкладыши ротора. На неподвижную часть ротора вновь сносят положение того же утла ведущей бурильной трубы. От полученной метки откладывают ранее замеренное расстояние (в ту же сторону). Эту метку, указывающую поло­жение плоскости отклонителя, переносят на подвижную часть ротора. По­ворачивая ротор по ходу часовой стрелки, отклонитель устанавливают в требуемом положении и ротор запирают. Чтобы снять упругие деформации кручения в бурильных трубах, бурильную колонну несколько раз припод­нимают на 2 — 3 м и опускают.

Во время подъема бурильные свечи устанавливают за палец в той же последовательности, в какой они были в скважине.

При наращивании колонны в процессе бурения на вновь спускаемых трубах набивают кресты и отклонитель ориентируют так же, как указыва­лось выше.

В наклонную скважину, имеющую наклон более 5°, бурильную колон­ну можно спускать так же, как и в обычную вертикальную скважину. В этом случае отклонитель на забое ориентируют в нужном направлении по способам Шаньгина — Кулигина, Амбарцумова, Лошкарева — Мяникокса или при помощи инклинометра ЗИ-1 в сочетании с трубами, изготовлен­ными из материалов со слабо выраженными магнитными свойствами (их часто называют немагнитными трубами). Наиболее распространенными способами забойного ориентирования отклонителей являются способы Шаньгина — Кулигина и Амбарцумова. Сущность этих способов заключа­ется в сопоставлении данных искривления ствола скважины по показаниям инклинометра и показаниям специального аппарата.

Аппарат Шаньгина — Кулигина (рис. 10.21, а) состоит из двух основ­ных частей: желонки 2 и стального стакана 3, соединяемых при помощи резьбы. На желонке имеется дужка 1 для прикрепления аппарата к троси­ку. К стальному стакану крепится корпус 8, на нижнем торце которого имеется свинцовая печать 9. В цилиндрическую полость корпуса 8 встав­ляют стеклянный стаканчик 5 с налитым в него 50%-ным раствором плави­ковой кислоты. Стаканчик закрывают резиновой пробкой 4. Для более плотной посадки стаканчика в полость корпуса применяют резиновые прокладки б и 7. Для проверки отсутствия радиальных перемещений ста­канчика в процессе измерения на его стенке и торце корпуса наносят риски.

Ориентирование инструмента по способу Шаньгина — Кулигина за­ключается в определении положения отклонителя относительно плоскости кривизны скважины в нижней части ствола.

Для этого в отклонитель вваривают так называемые ножи — продол­говатые пластинки (рис. 10.21, б), с одной стороны имеющие зубья пилооб­разной формы. Два ножа устанавливают строго параллельно плоскости действия отклонителя, причем наклонная часть зубьев должна быть обраП

9        8 4   7   6    5   4      3         5      2

 

 

Рис. 10.21. Аппарат Шаньгина ~ Кулигина и приспособления для работы с ним:

а — аппарат; б — замок (2) с вваренными косыми ножами (1); в — шаблон для определения верхней точки следа мениска

щена в сторону отклонителя. Положение отклонителя на забое при помощи аппарата Шаньгина — Кулигина определяют в следующем порядке.

После того как вся бурильная колонна опущена на забой, ее несколько раз поднимают и опускают на 3 — 4 м. Все замковые соединения при спуске следует крепить двумя машинными ключами. Заряженный аппарат спус­кают на канате в бурильную колонну до посадки его на ножи. Посадку производят осторожно во избежание сильного удара.

На ножах аппарат Шаньгина — Кулигина оставляют в покое в течение 10—15 мин. За это время плавиковая кислота оставляет отметку на стенках стаканчика, а зубья ножей оставляют отпечаток на свинцовой печати. Ап­парат поднимают, обмывают, осторожно развинчивают и, не вынимая стеклянного стаканчика, выливают плавиковую кислоту, после чего промы­вают стаканчик водой. После проверки сохранения положения стаканчика относительно гнезда, наличия следа мениска на стаканчике и следа ножей на печати расшифровывают показания следующим образом.

На стеклянный стаканчик надевают специальный шаблон (рис. 10.21, в),

Вид А

Рис. 10.22. Приспособление для расшифровки пока­зания аппарата Шаньгина ~ Кулигина

 

с помощью которого определяют положение верхней точки следа мениска плавиковой кислоты на стенке пробирки. Стеклянный стаканчик с шабло­ном вставляют в корпус аппарата таким образом, чтобы метки, ранее нане­сенные на стеклянный стаканчик и корпус аппарата, совпали.

Корпус аппарата Шаньгина — Кулигина вставляют в приспособление для расшифровки (рис. 10.22). Это приспособление состоит из корпуса 3, представляющего собой металлический стакан с визирным крестом 5 и ко­нусом 2, имеющим на переднем торце указатель 1, а на заднем торце ази­мутальную шкалу с делениями от 0 до 360°. Нониус может перемещаться в осевом и радиальном направлениях по отношению к корпусу. Вращая кор­пус приспособления вокруг корпуса аппарата, устанавливают указатель ви­зирного креста так, чтобы он был параллелен отпечаткам ножей. Риска на

корпусе должна быть нанесена со стороны вершин треугольников отпечат­ка. Корпус аппаратП винтом 4 закрепляют в корпусе приспособления для расшифровки. Путем осевого и радиального перемещений нониуса указа­тель последнего устанавливают так, чтобы его острие совпадало с гранью вспомогательного окна, имеющего риски, т.е. с линиями, проходящими че­рез высшую и низшую точки следа мениска. Против риски на корпусе приспособления по шкале нониуса читают величину утла, на которую нуж­но повернуть бурильную колонну, чтобы отклонитель установился в плос­кости существующего наклона скважины, т.е. по тому же азимуту.

Угол поворота бурильной колонны по ходу часовой стрелки с учетом угла закручивания бурильных труб от реактивного момента турбобура и угла установки отклонителя в случае необходимости изменения азимута, подсчитывают по формуле

Р = ±αó + ф + фо,

где oty — угол установки отклонителя, градус; ф — уголП прочитанный по шкале нониуса прибора для расшифровки, т.е. угол между положением ножей и фактическим искривлением скважины, градус; ф0 — угол закручи­вания бурильной колонны от реактивного момента турбобура в направле­нии, обратном движению часовой стрелки, градус.

Обычно при практических работах принимают величину утла закручи­вания, равной 3 и 5° на каждые 100 м длины 168- и 141-мм бурильных труб (считают, что скручивание происходит при длине бурильных труб не более 1000—1500 м). Знак плюс применяют для случая, когда необходимо увели­чить значение азимута скважины, а знак минус — при уменьшении этой величины. После того как подсчитают значение угла поворота инструмента Р, навинчивают и крепят ведущую бурильную трубу, исправляют положе­ние бурильной колонны (совмещением меток на бурильной колонне и кор­пусе ротора).

Направление утла ведущей бурильной трубы отмечают на роторе. Ве­дущую бурильную трубу пропускают вниз, вставляют вкладыши. Буриль­ную колонну поворачивают ротором на требуемый угол. Для этого предва­рительно переводят угол (в градусах) в длину дуги по окружности стола ротора (в см)

S = rβ/57,3,

где г — радиус окружности стола ротора, см; р — угол поворота бурильной колонны, градус.

Подсчет всех углов и поворот бурильной колонны производят по на­правлению движения часовой стрелки.

Ориентирование по способу Амбарцумова отличается от способа Шаньгина — Кулигина только конструкцией аппарата. Он представляет собой эксцентричный груз. Этот эксцентричный груз прибора, вращаясь вокруг проволоки, на которой его спускают в скважину, всегда располага­ется в плоскости искривления скважины. При этом плоскость, проходящая через центр проволоки и отметку, нанесенную на корпусе прибора, будет азимутом искривления скважины. К нижней части цилиндра внутренней резьбой присоединяется крышка. В нижней части крышки находится свин­цовая печать. Для измерения аппаратом кривизны скважины в стаканчике имеется отверстие для пробирки. Для пропуска проволоки в верхней части

корпуса прибора находится отверстие и для ее закрепления в средней час­ти — ушко. Отверстие на корпусе служит для пропуска в него стержня при отвинчивании или навинчивании крышки. Операция с аппаратом Ам-барцумова по определению положения отклонителя аналогична описанным выше операциям с аппаратом Шаньгина — Кулигина. Для расшифровки показаний аппарата Амбарцумова может быть применено приспособление для расшифровки (см. рис. 10.22). Все операции по расшифровке аналогич­ны описанным. Только в этом случае указатель нониуса устанавливают против риски на корпусе аппарата Амбарцумова, а на шкале нониуса чи­тают величину утла доворота по ходу часовой стрелки для совмещения плоскости действия отклонителя с плоскостью искривления скважины.

Измерять кривизну и азимут ствола скважины, производить забойное ориентирование отклонителя можно при помощи инклинометра в сочета­нии с немагнитными трубами. Немагнитные трубы выпускают диаметрами 168 и 194 мм, длиной свыше 4,0 м с толщиной стенки 11 — 12, 20 и 30 мм. Для бурения наклонных скважин диаметром 190 мм рекомендуется приме­нять трубы диаметром 168 мм с толщиной стенки 30 мм. В качестве немаг­нитных труб могут быть использованы ЛБТ.

Ориентирование при помощи инклинометра ЗИ-1 и немагнитных труб производят следующим образом. Над отклонителем навинчивают немаг­нитные трубы, имеющие на концах обычные стальные замки для присое­динения к отклонителю и обычным стальным трубам. Бурильную колонну спускают в скважину. Инклинометр ЗИ-1 с удлинителем со свинцовой пе­чатью спускают в скважину и ставят на ножи. На ножах инклинометр вы­держивают 3 — 5 мин, осторожно снимают с них и поднимают на поверх­ность. Далее производят необходимые определения.

В последние годы у нас и за рубежом ведутся интенсивные работы по созданию комплекса приборов, позволяющих беспрерывно наблюдать за пространственным положением забоя скважины, в частности системы MWD è LWD.

Забойные двигатели развивают реактивное усилие, т.е. имеют тенден­цию поворачивать бурильную колонну в направлении, противоположном вращению долота. Когда статор отклоняет буровой раствор вправо, тогда появляется реактивная сила, стремящаяся повернуть сам статор влево. Бу­рильная колонна закручивается от действия этой силы, причем степень за­кручивания зависит от типа разбуриваемых пород, от мощности на долоте и т.д., в результате чего бурение осуществляют в неправильном направле­нии. Бурильщик устанавливает опытным путем, как надо компенсировать действие реактивной силы. Общие рекомендации такие: при бурении в мягких породах бурильная колонна закручивается на 3 — 3,5° на каждые DlOO м длины, а при бурении в твердых породах — на 1,5 — 2° на каждые §!"100 м длины колонны. Другими словами, «лицо» забойного двигателя надо повернуть вправо на 1,5 — 3,5° на каждые 100 м длины колонны от требуе­мого направления ствола. Тогда после пуска забойного двигателя в работу и нагружения долота реактивная сила повернет инструмент назад и он займет правильное положение для бурения в нужном направлении.

Забойные отклоняющие устройства часто используют в комбинации с управляющим инструментом. Инструмент спускается внутрь немагнитной бурильной сборки на кабеле. На поверхности кабель пропускают через промывочную головку, пока колонна бурильных труб не вращается, кото­рая используется вместо рабочей трубы. Инструмент необходимо извлекать

на поверхность, когда наращивается труба к бурильной колонне. Обычно после двух-трех наращиваний и извлечений инструмента его необходимо переориентировать.

При использовании переводника с боковым входом у бурильщика по­является возможность наращивать бурильную колонну без извлечения управляющего инструмента. Вблизи поверхности кабель пропускают через этот переводник на внешнюю поверхность бурильной колонны, где он не подвергается воздействию при наращивании бурильных труб и не может быть поврежден и порван в этом случае. Однако при отвинчивании рабо­чей трубы с использованием клиньев надо остерегаться закручивания или порыва кабеля клиньями.

Сенсоры погружного инструмента передают данные непрерывно по кабелю на поверхностный монитор. Оператор может непрерывно считы­вать информацию об ориентации «лица» направляющего инструмента так же, как и азимут и зенитный угол ствола скважины. Он может компенси­ровать реактивную силу, сохранить направление ствола и при необходимо­сти изменить курс без извлечения бурильной колонны или перерыва в бу­рении.

К прямому ориентированию относят все методы, когда определяют угол наклона и направление скважины в момент опре­деления направления «лица» инструмента. Так, в зару­бежной практике специальный переводник (рис. 10.23) устанавливают как можно ближе к долоту; когда ис­пользуют забойный двигатель, его устанавливают меж­ду кривым переводником и первой немагнитной тру­бой. Внутри переводника находится втулка с фикси­рующим пазом — специальным ключом. Фотографи­ческий управляющий сервисный инструмент объеди­нен со специальным устройством и забойным стинге­ром. Внутри инструмента имеется линия ориентирова­ния, которая проведена в соответствии с дорожкой ключа.

Когда инструментальная сборка достигает немаг­нитной части колонны, стингер входит в специальную втулку, при этом специальное устройство на инстру­ментальной сборке входит в зацепление со специаль­ным ключом, выступающим из втулки. Скошенная кромка специального устройства поворачивает инст­рументальную сборку так, что она правильно совме­щается с ключом и входит внутрь дорожки ключа.

Ориентирующая линия автоматически соответст­вует «лицу» инструмента. Когда сэкспонирован фото­графический диск, он записывает не только угол на­клона и направление ствола скважины, но также на­правление лица отклоняющего инструмента (рис. 10.24).

Рис. 10.23. Ориентирующая сборка:

1 — инструментальная цилиндрическая сборка; 2 — ориентирующий переводник; 3 — ориентирующий ключ; 4 — устройство с косым срезом; 5 — втулка; 6 — стингер

"Лицо" инструмента N 75°00′ Е

Зенитный угол 8° Направление S50°00’E

 

 10.24. Прямой метод ориентирования путем одноразового магнитного измерения в скважине

Если отклоняющий инструмент посажен лицом неправильно (как это часто происходит), он должен быть приподнят над забоем, повернут, снова посажен вниз, после чего снова приступают к сервисным действиям. Про­цесс повторяется до тех пор, пока инструмент не займет необходимое по­ложение.

Управляющие инструменты экономят время, так как позволяют ориен­тировать отклоняющий инструмент, не прерывая процесс бурения.

Обратите внимание: