ГЛАВА 3 Раздел 6

Обязанности инженера направленного бурения

Обязанности инженера направленного бурения Вес кнбк

До завершения конструирования КНБК необходимо сделать оценку максимальной требуемой нагрузки на долото. Это будет зависеть от специфики долота и породы. На забое, реально величина прилагаемой нагрузки также зависит и от особенностей КНБК с точки зрения ее способности к выдерживанию какого - либо заданного направления.

КНБК должна обеспечивать необходимую нагрузку на долото для соответствующей ситуации. Число УБТ необходимо свести к минимуму и необходимый вес обеспечить за счет применения толстостенных бурильных труб (хевивейт - труб).

Нейтральной точкой N буровой колонны называется место, где меняется напряжение сжатия на напряжение растяжения. Все, что ниже точки N, находится в сжатом состоянии, а все, что выше - в растянутом. На рис. 6.1 показана ситуация, где N находится на УБТ.

Рис. 6.1 Рис. 6.2

Вес одного фута длины каждого размера УБТ и хевивейт труб известен. Следовательно, вес КНБК, находящейся в воздухе можно легко вычислить. Однако, в дальнейшем, нам нужно будет скорректировать этот вес в соответствии с условиями в стволе.

В любой скважине необходимо учитывать эффект плавучести колонны в буровом растворе (BF). Чем выше вес бурового раствора, тем ниже величина BF и меньше вес, доходящий на долото. Плавучесть может существенно повлиять на вычисление нагрузки на долото. Для бурового раствора с 14 фунт/галлон, 21% веса, измеренного на воздухе, " теряется " из-за эффекта плавучести.

На рис. 6.2 показан объект, имеющий вес W, лежащий в плоскости рисунка с наклоном под углом а. W можно разложить на две составляющие: одна из них - перпендикулярна плоскости, другая - параллельна плоскости. Перпендикулярная компонента Р давит на плоскость и создает силу трения. Параллельная компонента L - заставляет объект скатываться вниз по плоскости и является оставшейся частью силы, которую можно использовать как нагрузку. Таким образом, компонента W, которую можно использовать как вес (нагрузку) на долото определяется как:

Для отклоняемых скважин, максимальный наклон должен определяться вычислениями веса на долото, который можно приложить.

Вес, который можно приложить к долоту = (Вес КНБК с учетом плавучести)* cos угла наклона.

Таким образом, в стволе с наклоном в 45°, эффективный вес КНБК на долото составляет лишь 71% веса, который был бы в вертикальном участке скважины.

На негоризонтальных участках ствола бурильные трубы не должны работать с нагрузкой сжатия. Для обеспечения постоянной нагрузки растяжения бурильных труб, нейтральная точка должна быть либо на хевивейт-трубах, либо - на УБТ. Очевидно, чем меньше нагрузка на долото, тем ниже располагается точка N. Поэтому, конструкция КНБК должна быть такова, чтобы обеспечивать работу в самом худшем случае, при максимально прилагаемом весе на долото.

В вычислениях необходимой нагрузки на долото, применяется фактор безопасности. Её величина обычно составляет 10%-25%.

Рассмотрим ствол с наклоном .

Вес КНБК в воздухе = (необходимая нагрузка на долото + фактор безопасности)/(фактор плавучести  ).

Может применяться и комбинированная буровая колонна. Обычно она включает в себя два (или более) различных размера УБТ, находящихся ниже хевивейт-труб. Эффективная нагрузка на долото рассчитывается как и в вышеприведенном примере, но с учетом различного веса этих УБТ.

В заключение, необходимо рассмотреть положение бурильного ясса. Механизм ясса должен находиться под напряжением растяжения в 5000фунт во избежание нахождения в нейтральной точке. Для оптимальной его работы в направлении " вниз", ясс необходимо разместить так, чтобы по крайней мере 5000фунт. веса КНБК находились бы над ним. Натяг в 20000фунт. достаточен для обеспечения 8" свободного хода подвижного механизма яса. Ясс может работать в режиме растяжения или сжатия. Если яссы 6 1/4" или 6 1/2" работают при сжатии, то их часто размещают близко к основанию начала 5" хевивейт-труб. Яссы, размером 7 3/4" и выше, должны размещаться на УБТ.

Пример

Скважина 12 1/4", Зенитный угол 30°, Азимут N25°W, плотность раствора = 12фунт/галлон.

Предложите комбинированную компоновку КНБК для выдерживания направления.

Ясс 6 1/2" будет работать под натяжением. Нам потребуется лишь 1х30' немагнитной УБТ выше MWD. Максимальный требуемый вес на долото - 45000фнт. Используйте 10% -и фактор безопасности.

Замечание: Нижняя часть КНБК (которая определяет способность КНБК к выдерживанию заданного направления) выбирается на основе полученного опыта бурения в данном районе.

Вес КНБК ниже ясса = (необходимый вес на долото + фактор безопасности) / (фактор плавучести  cos наклона) =(45000+4,500)/(0,817  cos30°) = 69,960фунт.

Замечание: При первичном выполнении вычислений нагрузки на долото полезно знать:

Вес одной хевивейт-трубы 5" х 3" приблизительно равен весу одной 8" х 2 13/16" УБТ.

Нижние 120 футов КНБК будут определять ее свойство выдерживать направление. Существует несколько возможностей обеспечения полного необходимого веса КНБК.

Замечание: Немагнитные УБТ и УБТ для MWD рассматриваются как часть 8" УБТ.

Типичная КНБК могла бы быть:

12 1/4" долото + 12 1/4 стабилизатор + 8" спиральная УБТ + 12 1/8" стабилизатор + MWD + перепускной клапан + 12 1/4" стабилизатор + 1х8" немагнитная УБТ + 6х8"УБТ + Х/0 + 6х6 1/2"УБТ + Х/0 +11х5" хевивейт-трубы + гибкий замок + 6 1/2"ясс +9х5"хевивейт трубы.

Замечание: С точки зрения выбора положения ясса, необходимо учитывать следующее:

При растягивающей нагрузке: Наихудшая ситуация возникает при максимальной нагрузке на долото. Поэтому, ясс должен быть удален от долота как можно дальше, чтобы на нем поддерживалась нагрузка минимум - 5000 фнт. При уменьшении нагрузки на долото, ясс - тем более будет находиться под нагрузкой растяжения.

При нагрузке сжатия: Наихудшая ситуация возникает при максимальной нагрузке на долото из-за того, что натяжение на механизме ясса - уменьшается. Ясс должен быть, поэтому, расположен достаточно далеко от долота. По мере возрастания нагрузки на долото, подвижный механизм ясса все ближе "приближается" к минимальной нагрузке растяжения в 5000фнт.

При выборе КНБК, ясс должен располагаться так, чтобы даже в наихудшем случае обеспечивать работу. Однако, это не всегда удается осуществить на практике. Когда по условиям бурения необходимы большие вариации нагрузки на долото, механизм ясса может находиться близко к минимально допустимому растяжению в 5000 фнт. Длительность таких условий должна быть сведена к минимуму и, по возможности, устранена совсем.

На практике, хорошим компромиссом является расположение ясса у самого основания свечи из хевивейт-труб. Даже если яссы сжаты в КНБК, то маловероятно, что их механизмы будут иметь нагрузку растяжения в 5000 фнт. при бурении.

В заключение, относительно расположения яссов в КНБК, существует только два ограничения:

1. Механизмы яссов должны всегда быть под растягивающим напряжением в 5000фнт. при бурении. Яссы могут работать "при сжатии" с точки зрения прилагаемого веса на долото. Однако, из-за эффекта плавучести, наклона ствола, натяжение выше ясса при бурении должно быть по крайней мере на 5000фнт. меньше, чем растягивающая сила давления внутри механизма ясса.

2. Над яссами необходимо иметь 5000фнт. веса КНБК для того, чтобы иметь некоторую массу для воздействия ясса. Эти 5000 фнт. вместе с 20000 фнт. бурильных труб выше КНБК дают минимальное значение установки ВНИЗ ясса. В главе 6 об этом написано более подробно.