eipeiie i несть
Ж оборудование и инструменты
Я.В. КУНЦЯК, Я.С. ГАВРИЛОВ, Ю.В. ДУБЛЕНИЧ, Д.М. МАРТЫНЮК, Р.Е МРОЗЕК,
«НИИКБ бурового инструмента»,
В.И. ЗУБАРЕВ, А.И. КУРИНОВ
Лениногорское УБР ОАО «Татнефть»
Опыт развития нефтегазовой промышленности достаточно наглядно подтверждает, что для разработки месторождений с трудно извлекаемыми и истощенными запасами углеводородов наиболее целесообразно использовать наклонно-направленные и горизонтальные скважины (ГС). Однако строительство таких скважин сопряжено со многими трудностями, одной из которых является качественная оценка нефтегазонасыщенности горизонта и свойств продуктивного пласта. Для определения кол-лекторских свойств продуктивных горизонтов используются разно-
Анализ зарубежной и отечественной практики бурения показал, что нет универсальных кернопри-емных устройств. На базе наилучших технических решений следует создавать новые керноотборные инструменты, предназначенные для решения конкретных задач. Работа велась в следующих направлениях:
Создание конструкций керноп-риемных устройств (КПУ) для отбора керна в ГС.
Разработка надежных керно-захватных средств для отбора керна диаметрами 100, 67 и 52 мм;
Разработка породоразрушаю-щего инструмента, конструкция
матривать возможность применения серийных породоразрушаю-щих инструментов.
В соответствии с перечисленными требованиями были разработаны КПУ с увеличенным диаметром керна как для скважин 215,9 мм, так и для скважин малого диаметра.
Технические параметры КПУ приведены в таблице.
Как видно из таблицы, керноп-риемные устройства серии УКГ имеют различные варианты исполнения по длине, что дает возможность отбирать керн в скважинах
TEXII4ECKIE СРЕДСТВА ДЛЯ ОТБОРА KEPIA I3 ГОР13ОНТАЛЬНЫХ СКВАЖ1Н
Основные параметры керноприемных устройств серии УКГ
образные геофизические исследования, однако ни одно из них не может в полной мере заменить исследования образцов горных пород, получаемых при отборе керна. Практика бурения показала, что одним из важнейших факторов, влияющих на конечный результат процесса бурения с отбором керна, является технический. Особо актуален вопрос разработки эффективных технических средств при строительстве ГС.
Начиная с 1991 г., в ЗАО «НИИКБ бурового инструмента» (Киев) проводились работы по созданию технико-технологического комплекса по отбору керна в ГС.
которого учитывает особенности бурения в скважинах с большими зенитными углами.
Основные требования к конструкции КПУ:
■ размеры КПУ должны обеспечивать отбор керна увеличенного диаметра и давать возможность свободного прохождения КНБК в скважине с малыми радиусами искривления ствола.
■ КПУ должно быть оснащено опорно-центрирующими элементами, надежно центрирующими его в скважине.
■ конструкция КПУ должна быть унифицированной и предус-
с широким диапазоном интенсивности набора кривизны.
На корпусе КПУ серии УКГ-172/100 устанавливается прямоло-пастной центратор «плавающего» типа. При наличии центратора на корпусе винтового забойного двигателя достигается надежная стабилизация зенитного угла скважины на весьма протяженных участках сплошного отбора керна в ГС.
Центрирование керноприемной трубы в корпусе КПУ достигается тем, что на ее поверхности установлены центрирующие роликовые узлы. Таким образом, керноп-риемник зацентрирован внутри корпуса как при помощи «плавающего» кернорвателя, который садится в посадочное место бурильной головки, так и посредством промежуточных роликовых опор. Все это создает благоприятные условия для поступления керна в керноприемник КПУ и обеспечивает его целостность при бурении в ГС.
Отличительной особенностью КПУ для отбора керна в скважинах малого диаметра серий УКГ-127/67 и УКГ-106/52 является то, что винт регулировочной подвески
Характеристики Обозначение снаряда
УКГ 172/100 УКГ 127/67 УКГ 106/52
Диаметр скважины (бурголовки) минимальный, мм 187,3 138,0 118,0
Диаметр керна, мм 100,0 67 52
Диаметр корпуса, мм 172,0 127 106
Длина устройства, м 2,6; 3,5; 4,0; 6,0 2,7 1,735; 2,735
Длина колонки керна (max) за рейс, м 1,2; 2,5; 3,0; 5,0 2,0 1,1; 2,1
Тип подвески Маслонаполненная, герметичная, на подшипниках
Способ бурения Роторный и турбинный
Резьба верхнего переводника(ниппель) З-161 3-88 3-76
к1ре11е i нефть
оборудование и инструменты Ж
в них совмещен с корпусом мас-лонаполненной шаровой опоры с двумя радиально-упорными подшипниками и опорой скольжения, предотвращающей вращение кер-ноприемной трубы в процессе бурения. Такое совмещение позволяет увеличить полезную длину КПУ при постоянных габаритах.
Опытные образцы КПУ серий УКГ 127/67 и УКГ 106/52 были изготовлены на экспериментально-механическом участке ЗАО «НИИКБ бурового инструмента» и прошли испытания на месторождениях Республики Татарстан и Украины, где показали хорошую работоспособность и надежность.
Еще одно направление работы ЗАО «НИИКБ бурового инструмента» по созданию технических средств для отбора керна — кер-ноприемное устройство для отбора ориентированного в пространстве керна в ГС [1]. Отличительной особенностью конструкции такого устройства является наличие кер-ноприемной трубы, состоящей из двух полутруб, выполненных из материалов с разной плотностью. В результате действия гравитационных сил при бурении горизонтальных скважин полутруба с большей плотностью всегда находится внизу. Это служит ориентиром для возобновления природного расположения керна после подъема устройства на поверхность. Для обеспечения легкого доступа к керну при извлечении из керноприемной трубы последняя выполнена разъемной. Крепление полутруб производится специальными хомутами.
Известно, что вынос керна в значительной степени зависит от конструкции и работоспособности устройств для отрыва и удержания керна.
В настоящее время наиболее широко апробирована при бурении в сложных трещиноватых породах «плавающая» конструкция кернорвателя с короткими и длинными рычажками, расположенными в один ярус. Недостатком таких конструкций является то, что длинные и короткие рычажки воздействуют на керн в различных его сечениях и при различных углах между передней режущей гранью рычажков и образующей кер-
на, причем короткие рычажки под воздействием пружин оказывают большее удельное давление на керн, чем длинные, в связи с меньшей их длиной (плечом).
Это приводит к тому, что при взаимодействии с керном все усилие по его отрыву и удержанию воспринимается только короткими рычажками, имеющими лучшие условия для внедрения в керн. Длинные рычажки в таком кер-норвателе только проскальзывают по поверхности керна, а после отрыва керна короткими рычажками не могут участвовать в его удержании, так как внутренняя полость обоймы заполнена породой, что препятствует принятию длинными рычажками горизонтального положения. Это может привести к слому коротких рычажков, снижению надежности работы кернорвателя и, как следствие, уменьшению выноса керна.
В этой связи для эффективного отбора керна из коллекторов ГС была создана конструкция двухъярусных рычажковых кернорвате-лей, обеспечивающая надежность отрыва и удержания керна за счет равнонагруженности элементов рвателя в процессе работы [2].
Такой кернорватель содержит кольцо и обойму, в пазах которой на разных ярусах расположено две группы рычажков: длинные — нижнего яруса и короткие — верхнего яруса. Все рычажки установлены на поворотных валиках и подпружинены упругими элементами.
Принципиальная схема взаимодействия рычажков с керном приведена на рисунке.
Угол между передней режущей гранью длинного рычажка и линией, соединяющей ось валика этого рычажка с его режущей кромкой и расстояние й в вертикальной плоскости между осями поворотных валиков определяются из выражений:
Ъ = атт а/1к — агезт а/1(1)
й = (12—а Т — (4—а 2)1/2,
(2)
где ук — угол между передней режущей гранью короткого рычажка и линией, соединяющей ось валика этого рычажка с его режущей кромкой, град;
а — расстояние от оси валика до образующей керна, мм;
(р 4 — расстояние от оси валика до режущей кромки соответственно в длинных и коротких рычажках, мм.
Такое конструктивное решение обеспечивает выход режущих кромок коротких и длинных рычажков кернорвателя на боковую поверхность керна в одном и том же его сечении, причем основной геометрический параметр, определяющий эффективность внедрения режущего элемента в керн, — угол между передней режущей гранью и образующей керна будет для всех рычажков одинаковым. Этим достигаются идентичные условия взаимодействия рычажков с керном, а, следовательно, одновременное их внедрение. В результате усилия по отрыву керна распределяются между всеми рычажками.
Партии кернорвателей новой конструкции изготавливают на экспериментально-механическом участке ЗАО «НИИКБ бурового
Принципиальная схема
взаимодействия рычажков с керном
2/ 2003
41
Б1РЕН1Е I НЕФТЬ
Ж оборудование и инструменты
инструмента». При отборе керна в различных геолого-технических условиях они показали высокую надежность, эффективность и ремонтопригодность.
При разработке породоразру-шающего инструмента, конструкция которого должна учитывать особенности бурения скважин с большими зенитными углами, был сделан вывод о целесообразности разработки бурильных головок с алмазно-твердосплавным вооружением для отбора керна из карбонатных отложений. Были проведены совместно с ВНИИБТ (Москва) специальные экспериментальные исследования на стенде БШ-145, оснащенном контрольно-измерительным комплексом.
Эксперименты проводились с использованием долота сборно-разборной конструкции, предусматривающей возможность замены лопастей. Оптимизация велась по двум основным конструктивным параметрам — форме лопастей и их количеству.
В результате были получены зависимости энергетических и динамических параметров работы породоразрушающего инструмента, позволившие определить наиболее рациональные формы и
число лопастей для различных условий бурения [3].
На основании проведенных исследований разработаны конструкции бурильных головок, оснащенных алмазно-твердосплавным вооружением для отбора керна роторным способом и с использованием забойных двигателей в карбонатны
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.