|
|
|
содержание .. 1 2 3 4 ..
2.6 Трубные корпуса и стабилизаторы забойного двигателя Sperry DrillЗабойные двигатели “Сперри-Дрилл” могут быть сконфигурированы либо для ведения вертикального бурения, либо наклонно-направленного бурения за счет установки отклоняющего устройства. Устанавливаемые на забойные двигатели отклоняющие устройства могут быть двух типов:
Оба типа отклоняющих устройств позволяют изменять угол искривления инструмента от 0 (вертикальное бурение) до 3о. Для ведения наклонно-направленного бурения компания предлагает широкий выбор устройств, которые могут быть использованы как в комбинации, так и поодиночке. К ним относятся: фиксированные и регулируемые отклоняющие устройства, кривые переводники, стабилизаторы и амортизаторы. Корпуса всех узлов забойных двигателей изготавливаются из высокопрочных сталей и сплавов прошедших термическую обработку, закалку и отпуск; они изготавливаются согласно жестких технических требований, что обеспечивает высокую прочность, надежность резьбовых соединений и обеспечивает длительный срок их службы. Как и другие узлы забойных двигателей, корпуса и отклоняющие устройства подвергаются тщательному контролю на всех этапах производства, что подтверждается соответствующими паспортами качества, прилагаемыми к каждому узлу и заполняемые на всех этапах его изготовления, в которые заносятся следующие данные: · химический состав стали; · параметры термической обработки; · параметры механической обработки изделия; · механические свойства изделия: данные испытаний на твердость данные испытаний на растяжение данные испытаний на ударную прочность. При изготовлении и техническом контроле корпусов и резьбовых соединений особое внимание уделяется точности изготовления и обработки изделий, особенно в таких областях, как: · допуски на несоосность · прямолинейность деталей · профиль резьбы · шаг резьбы · конусность резьбы · габаритные размеры резьбового соединения Забойные двигатели “Сперри-Дрилл” могут быть оснащены как резьбовыми соединениями по стандарту АНИ, так и другими типами надежных трубных соединений, включая параллельные и трапецеидальные. Все резьбовые соединения изготавливаются в соответствии со стандартами АНИ или в соответствии с внутренними, еще более жесткими, стандартами компании. При нарезке резьбовых соединений используются стандартные шаблоны АНИ, изготовленные сертифицированными производителями. Все резьбовые соединения проходят обязательный контроль методами неразрушающей дефектоскопии. В процессе сборки забойных двигателей отдельные элементы корпуса свинчиваются при помощи калиброванного инструмента на специальных стендах, позволяющих обеспечить заданную величину усилия затягивания; при этом, согласно требованиям АНИ, при необходимости чистые, не имеющие следов коррозии резьбовые поверхности соединения покрываются герметизирующей смазкой. Побывавшие в эксплуатации резьбовые соединения подвергаются контролю методами неразрушающей дефектоскопии и, при необходимости, производится повторная нарезка резьбы - подобная работа производится сертифицированными компаниями-подрядчиками в строгом соответствии с техническими спецификациями производителя. Реставрированные резьбовые соединения также подлежат дефектоскопическому контролю и контрольным промерам. Верхние и нижние резьбовые соединения забойного двигателя производятся согласно стандартам АНИ и другим общепризнанным в нефтяной промышленности техническим условиям, что обеспечивает их полную совместимость с буровыми долотами и другими компонентами компоновки низа бурильной колонны любых типов. Стабилизаторы забойного двигателя Sperry DrillЗабойные двигатели “Сперри-Дрилл” могут использоваться совместно со стабилизаторами различных типов: · сменными стабилизаторами втулочного типа · сменными амортизаторами (компенсаторами) Сменные втулочные стабилизаторы и накладки конструкции “Сперри-Сан” обеспечивают не только центрирование компоновки низа бурильной колонны, но и служат для защиты забойного двигателя. Они изготавливаются сертифицированными компаниями-подрядчиками “Сперри-Сан” в строгом соответствии со спецификациями компании и при непосредственном участии ее контролеров ОТК. Конструкционные особенности стабилизаторов и накладок “Сперри-Сан”: · количество направляющих лопастей · ширина лопасти (площадь сечения потока) · высота лопасти · калиброванная длина лопасти · профиль лопасти (напр. эллиптический) · углы сбегания и набегания краев лопасти · угол захвата · тип резьбового соединения · материал корпуса и лопасти · материал защитного покрытия лопастей. Стабилизаторы и накладки конструкции “Сперри-Сан” изготавливаются из высокопрочных сталей и сплавов прошедших термическую обработку, закалку и отпуск; они изготавливаются согласно жестких технических требований, что обеспечивает им механические характеристики, соответствующие параметрам корпусов забойных двигателей. В стабилизаторах используются сменные призматические лопасти с покрытием из мелкодисперсного карбида вольфрама, а также удерживаемые в матрице карбида вольфрама прямоугольные компенсаторы износа, либо направляющие с покрытыми мелкокристаллическим вольфрамом вкладышами. Контроль качества в процессе изготовления стабилизаторов осуществляется такими же методами (в т.ч. методами неразрушающей дефектоскопии), которые применяются при изготовлении корпусов забойных двигателей. Правильная установка эксцентричных стабилизаторов и накладок при их использовании совместно с кривыми переводниками и отклоняющими устройствами осуществляется супервайзером компании “Сперри-Сан” при помощи специальных регулировочных клиньев. В забойных двигателях, предназначенных для забуривания наклонных/горизонтальных стволов малого или среднего радиуса используются подшипники с эксцентричными корпусами шпинделя, при этом степень их эксцентричности подбирается в соответствии с углом изгиба корпуса двигателя. ГЛАВА 3ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ИХ КОМПОНОВОК3.1 Общая информация
Гибкость конструкции забойных двигателей “Сперри-Дрилл” позволяет изменять их конфигурацию и применять их для бурения в различных условиях:
Низкооборотные двигателиПрименение регулируемых отклоняющих устройств и силовых секций, обеспечивающих высокий крутящий момент и малые обороты делает низкооборотные забойные двигатели “Сперри-Сан” идеальными для направленного бурения скважин, а также бурения горизонтальных скважин и бурения в слабосцементированных породах. Высокий крутящий момент многозаходных турбин позволяет существенно снизить длину забойного двигателя, что позволяет использовать их для различных условий бурения, в том числе наклонных стволов с малыми радиусами кривизны. Среднеоборотные двигателиРабочие характеристики среднеоборотных забойных двигателей позволяют производить точный подбор параметров бурения, обеспечивая при этом максимальные срок службы долота и скорость бурения, что позволяет существенно снизить себестоимость бурения. Среднеоборотные забойные двигатели применяются в процессе бурения направленных вертикальных скважин, а также при высокоскоростном бурении и бурении скважин с большим отходом (пологих скважин). Высокооборотные двигателиРабочие характеристики высокооборотных забойных двигателей делают их пригодными для таких работ, как выправление ствола скважины и забуривание боковых стволов, когда система контроля направления бурения может обеспечить повышенную точность определения угла наклона и направления ствола скважины. В последствии можно перейти на бурение при помощи низкооборотных или среднеоборотных двигателей “Сперри-Дрилл”. Низкооборотные, среднеоборотные и высокооборотные двигатели можно использовать для бурения вертикальных и направленных скважин, в зависимости от рабочих параметров бурового оборудования и условий на забое скважины. 3.2 Стандартное наклонно-направленное бурение забойного двигателя Sperry Drill
Рис. 3.2 Компоновка двигателя для стандартного наклонно-направленного бурения В ходе стандартного наклонно-направленного бурения используется забойный двигатель, предназначенный только для работы в ориентированном режиме. Отклонение производится кривым переводником, установленным выше двигателя, не имеющего отклоняющего устройства, либо за счет установки регулируемого отклоняющего устройства в корпусе двигателя. При этом стабилизаторы не устанавливаются ни на забойном двигателе, ни на колонне выше него. Совместно с забойными двигателями “Сперри-Дрилл” используются предохранительные втулки, так как все они имеют наружную резьбу. Подобный метод забуривания боковых стволов широко использовался до того, как были внедрены управляемые системы. При этом для забуривания бокового ствола используются либо кривой переводник, либо отклоняющее устройство, установленное непосредственно в двигателе, что позволяет уводить вертикальный ствол вбок под углами до 15 -20о, что соответствует углам, которые можно получить при использовании обычного оборудования для вращательного бурения. В качестве альтернативы, забойный двигатель можно применять для работы в ориентированном режиме для того, чтобы быстро пробурить наклонный ствол, после чего можно заменить колонну на обычную и продолжать бурение ротаторным методом. Вращение в стволе наклонной скважины забойного двигателя с кривым переводником или с отклоняющим устройством, приводит к резкому снижению зенитного угла скважины, так как отсутствие стабилизатора лишает долото опоры. Однако при углах наклона менее 15о уводящее усилие на долоте недостаточно высоко для того, чтобы противодействовать вращению компоновки низа колонны, т.е. управлять нарастанием оборотов, создавая вполне управляемую систему. Этот метод бурения все еще применяется для зарезки наклонных стволов, прежде всего в скважинах большого диаметра (22 - 26”). К другим областям применения этого метода относятся бурение боковых стволов и исправление вертикального ствола. В процессе исправления ствола при помощи комбинаций забойного двигателя с кривым переводником или отклоняющим устройством необходимо обращать особое внимание на правильность ориентирования бурового инструмента. Естественно, что максимального отклонения инструмента можно достичь, развернув инструмент на 90о влево или вправо, однако при этом, из-за отсутствия стабилизации будет резко снижаться зенитный угол. При этом, для поддержания нужного угла наклона необходимо определить и зафиксировать некоторое промежуточное положение инструмента. Угол разворота может достигать 30о влево или вправо и более для мягких пород, до 80о для твердых пород. Исторически сложилось так, что кривой переводник используется значительно шире, чем устанавливаемое в корпусе двигателя отклоняющее устройство, прежде всего потому, что с точки зрения себестоимости использования и легкости замены проще иметь на буровой набор кривых переводников и один “прямой” забойный двигатель, а не несколько двигателей с фиксированными отклоняющими устройствами. Все двигатели "Сперри-Дрилл" могут быть поставлены с отклоняющими устройствами, что исключает применение кривых переводников в большинстве случаев. Применение забойного двигателя с отклоняющим устройством позволяет начать изгиб существенно ближе к долоту по сравнению с кривым переводником. В свою очередь, это приводит к уменьшению величины смещения долота и создает более резкую для данного радиуса кривизны интенсивность искривления. В то же время, отклоняющее устройство оказывается более эффективным по сравнению с кривым переводником при малом зазоре между корпусом двигателя и стенкой скважины (диаметр скважины не превышает двух диаметров забойного двигателя). В течение длительного времени эксплуатации кривые переводники подтвердили свою эффективность при работе в скважинах большого диаметра (22 - 26”), особенно при забуривании нового бокового ствола. Забойные двигатели с отклоняющим устройством проще ориентировать в скважине, особенно при большой кривизне ствола. 3.3 Управляемое и горизонтальное бурение забойного двигателя Sperry Drill
Рис. 3.3(1) Компоновка двигателя для управляемого и горизонтального бурения Важнейшим требованием к "управляемой системе бурения" является возможность ее работы как в режиме забойного двигателя, так и в режиме роторного бурения. Система управляемого бурения на основе забойного двигателя “Сперри-Дрилл” включает собственно двигатель с фиксированным или регулируемым отклоняющим устройством, а также стабилизатор, установленный над шпинделем. Для обеспечения плавности перемещения компоновки низа колонны, она снабжена стабилизатором “Сперри-Дрилл”, оснащенным широкими прямыми призматическими лопастями, скошенными на обеих концах; между направляющими лопастями стабилизатора и стенкой скважины имеется зазор, обычно составляющий 1/4”. В зависимости от вида буровых работ, над забойным двигателем могут быть установлены дополнительные стабилизаторы. Несмотря на то, что устанавливаемые выше двигателя стабилизаторы обычно имеют спиральные лопасти, они также должны быть призматическими и скошенными на обеих концах и допускать наличие зазора относительно стенки скважины. Применение системы управляемого бурения на основе забойного двигателя “Сперри-Дрилл” позволяет получить существенные преимущества (обеспечивающие снижение себестоимости бурения) по сравнению с другими системами направленного бурения. К ним можно отнести следующие: · повышение средней скорости проходки за счет комбинирования бурения с применением забойного двигателя (турбинного) и роторного бурения · после набора требуемой кривизны ствола имеется возможность вращать колонну (т.е. перейти на роторное бурение без замены инструмента) для того, чтобы продолжать бурение после ориентирования ствола по зенитному углу и азимуту, выполненному бурением с забойным двигателем · возможность вести бурение в пределах больших интервалов глубин, разбуривая различные типы пород без остановки бурения на смену инструмента · возможность корректирования траектории скважины в любой момент времени; сведение до минимума отклонений ствола от заданной траектории, снижение вероятности увода ствола в сторону и потерь на трение колонны о стенки ствола скважины · повышение эффективности бурения за счет прямой передачи вращательного момента и мощности на долото. Компоновка для управляемого бурения зависит от вида проводимых в скважине работ. При выборе компоновки необходимо учитывать следующие соображения: · планируемый темп набора кривизны при управляемом бурении должен быть несколько выше (обычно на 1 - 2о/100 футов или 30 м), чем требуемый, с тем, чтобы гарантировать получение необходимой кривизны ствола. Для того, чтобы обеспечить подобное превышение темпа набора кривизны, можно воспользоваться комбинированным (турбинным и роторным) методом - ограничения этого подхода будут рассмотрены ниже · для того, чтобы снизить потери на трение колонны о стенки ствола скважины при турбинном бурении следует использовать минимальное возможное количество стабилизаторов · для участков скважины с малой кривизной (т.е. малым темпом набора кривизны) может оказаться удобным сконфигурировать компоновку низа колонны таким образом, чтобы она работала в режиме роторного бурения. Так как в режиме роторного бурения темп набора кривизны ствола будет ниже необходимого (особенно для участков с небольшим зенитным углом), необходимо периодически переводить колонну в режим турбинного бурения для того, чтобы обеспечить среднюю величину набора кривизны. Особыми случаями являются следующие: когда конец наклонного участка совпадает с местом установки башмака обсадной колонны, а также когда скорость проходки в режиме роторного бурения существенно выше чем в турбинном · при бурении протяженных интервалов, когда турбинное бурение используется только кратковременно для коррекции траектории ствола, необходимо, чтобы отклоняющее устройство забойного двигателя было установлено на минимальное возможное отклонение, что позволит исключить вероятность возникновения резких изменений направления ствола на направленном участке скважины и свести до минимума изгибающие напряжения, возникающие при вращении в корпусе забойного двигателя. Это справедливо за исключением тех случаев, когда высокие значения силы трения (например на длинном горизонтальном участке) приводят к значительному снижению скорости проходки при бурении двигателем. В этом случае повышенный угол изгиба двигателя позволит произвести коррекцию траектории на более коротком участке ствола. · любая труба и/или трубный замок, оказавшиеся внутри наклонного участка ствола скважины, подвержены воздействию изгибающих усилий. При вращении буровой колонны эти трубы и/или трубные замки подвергаются циклическим нагрузкам. В том случае, если эти нагрузки превышают предел выносливости материала трубы, через определенное число циклов переменной нагрузки наступает усталостное разрушение материала. Установка отклоняющего устройства увеличивает изгибающие усилия в колонне выше и ниже забойного двигателя. Область максимальных нагрузок возникает в том случае, если отклоняющее устройство оказывается сориентированным против направления кривизны ствола скважины (позиция "несчастливая скважина"). И наоборот, минимальные нагрузки возникают в "счастливой скважине", т.е. при совпадении изгиба двигателя и скважины.
Рис. 3.3(2) Компоновка низа колонны для управляемого и горизонтального бурения Для того, чтобы предотвратить усталостное разрушение в скважине, необходимо учитывать ряд ограничений. Напряжения изгиба и усталостная стойкость зависят от большого числа факторов (диаметра скважины, диаметра забойного двигателя, угла наклона ствола и радиуса кривизны, ориентирования инструмента, отклонения скважины от вертикали, наличия стабилизаторов, и т.п.). Таким образом, необходимо тщательно выбирать компоновку низа колонны, пользуясь при этом следующими основными принципами: · в большинстве случаев частота вращения буровой колонны должна составлять 40 - 70 об/мин. · при необходимости частота вращения колонны может быть увеличена до 100 об/мин., при этом необходимо учитывать, что абсолютный максимум частоты вращения составляет 120 об/мин., которую можно развивать в течение кратких промежутков времени. Общим правилом является работа с минимальной возможной частотой вращения колонны. Примечание: Компанией был разработан новый тип модернизированных забойных двигателей “Сперри-Дрилл”, допускающих ведение роторного бурения с частотой вращения колонны до 200 об/мин. Дополнительную информацию по этим двигателям можно получить в местных представительствах компании “Сперри-Сан”. Для каждого типоразмера забойных двигателей существует предельная величина изгибающих напряжений, превышение которых полностью исключает ведение роторного бурения. Эти предельные величины зависят от следующих факторов:
В принципе, вышеупомянутые ограничения относятся к бурению наклонно-направленных скважин со средними величинами радиуса кривизны. При этом необходим индивидуальный подход, учитывающий конкретный тип планируемого к использованию в скважине забойного двигателя; дополнительную информацию по планированию буровых работ можно получить непосредственно на буровой у супервайзера “Сперри-Сан”, ответственного за проведение направленного бурения, либо в местных представительствах компании. Бурение наклонно-направленных скважин со средним радиусом кривизныТрадиционно принято считать, что средним радиусом кривизны наклонно-направленной скважины является градиент кривизны ствола, превышающий 6о/100 футов (30 м). Подавляющее большинство буровых работ в скважинах со средним радиусом кривизны ведется долотом с диаметром, не превышающим 12-1/4”; при этом диаметр забойного двигателя обычно не превышает 8” (следует заметить, что способность к изгибу у корпусов забойных двигателей диаметром 8” в два раза превышает аналогичный показатель для двигателей диаметром 9-5/8”). Существует целый ряд конфигураций компоновок низа буровых колонн, использующихся для бурения наклонно-направленных скважин со средним радиусом кривизны, при этом каждая из них обладает своими достоинствами и недостатками.
При бурении наклонно-направленных скважин со средним радиусом кривизны рекомендуется устанавливать гибкие УБС непосредственно над забойным двигателем “Сперри-Дрилл”; во многих случаях это является обязательным. Забойные двигатели “Сперри-Дрилл”, предназначенные для бурения наклонно-направленных скважин с высокими темпами набора кривизны ствола, могут быть поставлены в комплекте с устройствами для снижения внешних нагрузок на двигатель. Выбор окончательной конструкции компоновки низа колонны и конфигурации забойного двигателя “Сперри-Дрилл” должны проводиться и согласовываться с координатором “Сперри-Сан”, ответственным за проведение направленного бурения. Бурение горизонтальных скважинБурение горизонтальных скважин является одним из основных применений систем бурения забойными двигателями. При этом в основе успешной реализации программы горизонтального бурения лежит правильный выбор забойного двигателя, который позволит вывести ствол скважины в горизонтальную плоскость в требуемой точке и по заданному азимуту. Кроме того, забойные двигатели можно использовать в режиме роторного бурения для проводки горизонтальных стволов, при условии что были предприняты все меры к тому, чтобы траектория бурящегося ствола не отклонялась от заданной. В тех случаях, когда переход к горизонтальному стволу производился по среднему радиусу кривизны, необходимо будет изменить конфигурацию забойного двигателя перед тем, как начать режим турбинного бурения на горизонтальном участке с тем, чтобы снизить вероятность увода горизонтального ствола с заданной траектории.
содержание .. 1 2 3 4 ..
|
|
|