В.Е. Пронин (институт «ТатНИПИнефть») Управляемый центратор для направленного бурения роторным способом

Управляемый центратор для направленного бурения роторным способом
В.Е. Пронин (институт «ТатНИПИнефть»)
С увеличением глубин бурения наклонных и горизонтальных скважин выявились
существенные недостатки управления траекторией ствола при бурении забойным
двигателем-отклонителем, обусловленные скручиванием бурильной колонны реактивным
моментом забойного двигателя:
 не обеспечивается оптимальная нагрузка на долото в горизонтальном стволе;
 низкая точность управления забойным двигателем-отклонителем при проводке
завершающих интервалов профиля скважины;
 неудовлетворительная очистка ствола и высокие риски осложнений при
неподвижной бурильной колонне;
 формирование профиля скважины осуществляется с образованием локальных
дефектов ствола.
Указанные проблемы технологии бурения забойным двигателем-отклонителем не
позволяют существенно повысить точность проводки и качество реализации проектного
профиля глубоких горизонтальных скважин и боковых стволов. Поэтому актуальной
задачей при бурении наклонных и горизонтальных скважин с большой длинной ствола
является применение систем искривления ствола скважины при роторном бурении,
которые
позволяют
устранить
основные
недостатки,
свойственные
технологии
направленного бурения забойным двигателем-отклонителем.
В настоящее время в качестве отклоняющего элемента при бурении наклонных
скважин
используются
центраторы,
которые
позволяют
использовать
принцип
искривления ствола, основанный на ассиметричном разрушении забоя скважины.
Диаметры центраторов и их расположение в компоновке низа бурильной колонны (КНБК)
подбираются в зависимости от требуемой кривизны ствола и увеличения или уменьшения
зенитного угла. Корректировка траектории ствола при этом требует подъема КНБК из
скважины для замены центратора на центратор другого размера или изменения его
расположения в КНБК.
Для изменения диаметра центратора в забойных условиях предлагается частично
изменить
конструкцию
расширителя
РРМ-216/237
(разработка
института
«ТатНИПИнефть») и разработать управляемый центратор (рисунок 1). Для этого нижний
переводник 3 дополняется полым поршнем 13, цилиндром 11 с большими выборками 14 и
малыми выборками 15. В камере А, образованной полым поршнем 13 и цилиндром 11,
1
размещается шар 12, играющий роль ограничителя перемещения полого поршня 13 на
длину, равной глубине выборок напротив которых располагается шар 12. В любом
положении расширителя в пространстве и отсутствии промывки шар под действием силы
тяжести перемещается в камере А и располагается в нижней ее части. Нижняя часть штока
4 помещается в цилиндр 11 и герметично разобщает центральный канал расширителя от
камеры Б.
а)
б)
Рисунок 1
При включении насосов промывочная жидкость проходит через центральный канал
управляемого центратора. Под действием перепада давления между центральным каналом
устройства и затрубным пространством поршень 13 перемещается вверх. Если при этом
шарик 12 располагается напротив больших выборок 14 (рисунок 1 б) поршень 13
перемещается вместе со штоком 4 вверх до упора в цилиндр 13, шток 4 выходит из
цилиндра 11, что приводит к сообщению центрального канала расширителя с камерой Б.
2
Под давлением жидкости поршень 5 перемещается вверх и выводит плашки 6 в рабочее
положение. При отключении насосов под действием пружины 8 плашки возвращаются в
транспортное положение.
Если при включении насосов шарик 12 располагается напротив малой выборки 15
(рисунок 1 а) поршень перемещается вверх на длину выборок, шток 4 остается в цилиндре
11 и камера Б остается герметично разобщенной от центрального канала расширителя.
Шар 12 удерживается в зажатом положении до отключения насосов.
По данным телеметрической системы определяется зенитный угол скважины и его
отклонение от проектного профиля скважины. При необходимости снижения зенитного
угла скважины вращением ротора по данным телесистемы устройство ориентируется так,
чтобы малые выборки 15 (рисунок 1 а) оказались ниже больших выборок 14 в
вертикальной плоскости и наоборот для набора зенитного угла (рисунок 1 б).
Разработка
и
применение
управляемого
центратора
позволит
обеспечить
оптимальную нагрузки на долото в горизонтальном участке скважины и получить
экономический эффект от увеличения механической скорости бурения, повышения
точности проводки стола скважины и увеличения длины горизонтального ствола.
На конструкцию управляемого центратора подана заявка на получение патента РФ
на изобретение «Устройство для центрирования бурового инструмента» (№2012139287,
дата приоритета 13.09.2012г).
3