Элементы компоновок низа бурильной колонны
Основные понятия, термины и определения
Компоновкой низа бурильной колонны (КНБК) называется нижняя часть бурильной колонны, включающая породоразрушающий инструмент, забойный двигатель и утяжелённые бурильные трубы (УБТ), опорно-центрирующие элементы (ОЦЭ), телеметрическую систему, а также технологические элементы бурильной колонны (ясы, безопасные переводники и др.).
Забойный двигатель-отклонитель – забойный двигатель (турбобур, винтовой забойный двигатель, электробур) с искривлённым корпусом, предназначенный для ориентированного бурения.
Телесистема – устройство для измерения траекторных (зенитный угол, азимут, угол установки и азимут забойного двигателя-отклонителя), технологических (осевая нагрузка, крутящий момент, внутритрубное давление, частота вращения вала забойного двигателя-отклонителя) параметров, а также геофизических параметров горной породы в процессе бурения (гамма-каротаж, резистивиметрия и т. п.).
Калибратор – породоразрушающий инструмент, устанавливаемый над долотом для выравнивания ствола до номинального диаметра долота, снижения поперечных колебаний, стабилизации работы долота и вала забойного двигателя.
Центратор – опорно-центрирующий элемент, используемый для оснащения КНБК в целях стабилизации параметров кривизны ствола скважины.
Отклоняющая сила – сила, с которой долото давит на стенку скважины в поперечном направлении. Отклоняющая сила численно равна поперечной реакция стенки скважины на долоте, но противоположна по направлению.
Элементы компоновок низа бурильной колонны
2.1 Утяжелённые бурильные трубы (УБТ)
УБТ – толстостенные стальные бурильные трубы, которые устанавливаются в нижней части бурильной колонны и нужны для создания осевой нагрузки на долото и придания КНБК необходимой жёсткости. Применяются как гладкие, так и спиральные УБТ. При бурении в осложнённых условиях наклонных скважин применение спиральных труб более предпочтительно (рисунок 2.1). Спиральные выемки уменьшают площадь контакта поверхности УБТ со стенкой скважины на 40%, что снижает риски дифференциального прихвата КНБК.
Рисунок 2.1 – Гладкая и спиральная УБТ
2.2 Немагнитные УБТ (НУБТ)
Немагнитные УБТ обычно бывают гладкие (без спиральной нарезки), изготовляются из специальной нержавеющей стали.НУБТ необходимы для размещения приборов (инклинометров, забойного модуля телесистемы) с магнитным датчиком азимута.
2.3 Укороченные УБТ
Укороченные или патрубки являются укороченным аналогом обычных УБТ. Длина укороченных УБТ не превышает 5 м. В направленном бурении укороченные УБТ применяются в различных КНБК.
2.4 Перепускной клапан
Перепускной клапан над винтовым забойным двигателем устанавливают с целью заполнения бурильной колонны буровым раствором при спуске бурильной колонны и опорожнения при её подъёме.
2.5 Наддолотный переводник
Это переводник, как правило, «муфта-муфта», который устанавливается непосредственно над долотом.
2.6 Шламометаллоуловитель (ШМУ)
Шламометаллоуловитель (рисунок 2.2) представляет собой стальной переводник с внешним кожухом, который образует полость для сбора шлама и частиц металла.
Рисунок 2.2 – Шламометаллоуловитель (ШМУ)
2.7 Переводник-удлинитель
Это короткий переводник (обычно «муфта-ниппель»), который применяется для точной регулировки длины секций КНБК.
2.8 Толстостенные бурильные трубы (ТБТ)
Это трубы промежуточного типа между УБТ и обычными бурильными трубами с размерами бурильной трубы. Соединения ТБТ имеют бóльшую длину, что обеспечивает более надёжное соединение и предотвращает абразивный износ наружной поверхности труб. Поверхность таких труб защищена от абразивного износа центральными утолщениями. Жёсткость на изгиб ТБС меньше чем у УБТ. Они имеют меньшую площадь контакта со стенкой ствола скважины. При этом вероятность дифференциального прихвата уменьшается. Такие трубы позволяют выполнять бурение с высокими скоростями вращения и меньшим крутящим моментом.
2.9 Калибраторы
Калибраторы являются породоразрушающим инструментом и обычно устанавливаются непосредственно над долотом. У большинства калибраторов правая винтообразная конфигурация лопастей, которые покрыты различными твёрдосплавными материалами (рисунок 2.3).
Рисунок 2.3 – Калибратор
2.10. Центраторы
Центратор – это опорно-центрующий элемент бурильной колонны. Центраторы имеют прямые или винтовые опорные лопасти, применяется для оснащения КНБК (рисунок 2.4).
Рисунок 2.4 – Центраторы
2. 11 Центраторы с изменяемым диаметром
Диаметр такого центратора можно изменять в процессе бурения на забое. Он имеет два положения – максимальный и минимальный диаметр (рисунок 2.5).
Рисунок 2.5 – УправляемыйцентраторконструкцииАндергейдж
2.12 Расширители Расширители служат для увеличения диаметра ствола скважины. Расширителимогутбытьтрёх- и шестишарошечными (рисунок 2.6).
Рисунок 2.6 – Расширители шарошечные
2.13 Забойные двигатели
Забойные двигатели предназначены для вращения долота и устанавливаются в нижней части бурильной колонны. По принципу работы забойные двигатели разделяются на турбобуры, винтовые забойные двигатели (ВЗД) и электробуры. Турбобур – это гидродинамическая машина, в которой используется принцип центробежного течения потока жидкости. ВЗД – гидравлическая героторная машина объёмного типа. Электробур – электрический двигатель, для работы которого необходим подвод электроэнергии. Забойные двигатели состоят из секций, корпуса которых соединяются с помощью резьбы. Обычно это одна шпиндельная секция и одна или несколько (у турбобура) рабочих секций.
2.14 Искривлённый переводник
Искривлённый переводник (рисунок 2.7) обычно изготавливается с резьбовыми соединениям типа «ниппель – муфта». Ниппель изготавливается таким образом, что он имеет некоторый угол относительно корпуса переводника. Обычно величина этого угла находится в пределах 1-3° с промежутками в 0,5°. Искривлённый переводник устанавливается непосредственно над забойным двигателем или между его рабочей и шпиндельной секциями. Изменение угла перекоса секций забойного двигателя достигается путём замены искривлённого переводника, что обычно осуществляется в цеху сервисного предприятия.
Рисунок 2.7 – Искривлённый переводник
2.15 Механизм искривления
Механизм искривления (рисунок 2.8) предназначен для создания перекоса секций забойного двигателя с некоторым шагом. Позволяет оперативно изменять угол искривления забойного двигателя-отклонителя непосредственно на буровой.
Рисунок 2.8 – Механизм искривления
2.16 Передвижнойцентратор забойного двигателя
Передвижной центратор (рисунок 2.9) может устанавливаться в любом месте на корпусе забойного двигателя.
Рисунок 2.9 – Передвижнойцентратор забойного двигателя
2.17 Ниппельныйцентратор забойного двигателя
Ниппельный центратор (рисунок 2.10) устанавливается только в нижней части шпинделя забойного двигателя на специальном переводнике.
Рисунок 2.10 – Ниппельный центратор забойного двигателя
2.18 Направляющая секция КНБК забойного двигателя-отклонителя
Часть КНБК (забойного двигателя-отклонителя), включающая долото, калибратор, нижний центратор (искривлённый переводник). Длина (L) направляющей секции равна расстоянию от рабочего торца долота до верхнего торца центратора (искривлённого переводника или механизма искривления) (рисунок 2.11).
Рисунок 2.11 – Направляющая секция КНБК (а) и забойного двигателя-отклонителя (б)
2.19 Ясс
Ясс предназначен для создания ударных нагрузок в осевом направлении с целью освобождения в случае заклинки КНБК в сужении ствола или в случае прихвата. Яссы могут быть гидравлические, механические или гидромеханические.
2.20 Роторные отклонители
Устройства для направленного искривления ствола скважины роторным способом (рисунок 2.12).
Рисунок 2.12 – Роторный отклонитель «Кедр» для направленного бурения роторным способом: а – схема комплекса; б – комплекс в рабочем положении; в – комплекс в транспортном положении: 1 – подшипниковый узел; 2 – искривлённый корпус; 3 – нижний вал; 4 – клиновой ползун; 5 – наружный шарнир; 6 – промежуточный вал; 7 – возвратная пружина; 8 – разделительное кольцо; 9 – втулка; 10 – узел блокировки; 11 – верхний подшипниковый узел; 12 – верхний вал; 13 – приводная пружина
2.21 Роторные управляемые системы (РУС)
Предназначены для бурения искривлённых и прямолинейных интервалов профиля скважины в автоматическом режиме при вращении бурильной колонны. РУС (рисунок 2.13) включает следующие основные узлы:
- отклоняющее устройство;
- забойную телесистему с навигационными и каротажными датчиками;
- источник питания (генератор или аккумулятор);
- наземную аппаратуру;
- канал связи забойной телесистемы с наземной аппаратурой.
В некоторых современных модификациях в состав РУС включается винтовой забойный двигатель.
Рисунок 2.13 – Роторные управляемые системы
По принципу управления РУС разделяются на два основных вида:
- изменение величины и направления отклоняющей силы на долоте (рисунок 2.13, а);
- изменение направления угла перекоса долота (рисунок 2.13, б).