Реактивный момент

Реактивный момент создается потоком бурового раствора, действующего на статор. При бурении с забойным двигателем, по мере возрастания нагрузки на долото, крутящий момент, подаваемый на долото - увеличивается. При этом имеется соответствующий крутящий момент, действующий на корпус мотора и направленный против часовой стрелки. Он стремится повернуть ось мотора и, следовательно, целиком КНБК против часовой стрелки. Это меняет ориентацию кривого переводника. Основным недостатком метода отклонения с применением забойного двигателя вместе с кривым переводником является трудность выдерживания нужного направления из-за действия реактивного момента. При ориентировании с ориентирующим переводником, инженер обязан оценить насколько повернется КНБК при начале бурения из-за действия реактивного момента. Это - одна из областей, где требуется проявить "искусство".

Параметры на забое, особенно давление, должны поддерживаться постоянными при работе с забойным двигателем. Это должно обеспечить постоянство реактивного момента и, следовательно, поворота КНБК (при условии равномерности породы).

Уменьшение скорости потока бурового раствора приводит к уменьшению реактивного момента. Уменьшение нагрузки на долото приводит к уменьшению реактивного момента. И, наконец, применение менее агрессивного долота приводит к уменьшению реактивного момента.

При струйном методе отклонения реактивный момент - отсутствует. Однако, все же имеется тенденция долота к повороту вправо при работе сопла. Обычно величина отклонения не превышает 20 и она может быть легко компенсирована при установке инструмента.

Магнитный и гравитационный способы ориентации относительно оси

От вертикали до приблизительно 5° наклона ствола, гравитационные силы минимальные. Ствол не имеет четко определенную верхнюю (нижнюю) стенку. До этого момента, ориентация устанавливается относительно Севера.

Рис. 6.4 Рис. 6.6

Этот способ называется магнитной установкой ориентации. При наклонах, больших чем 5° ориентация устанавливается по высокой (потолочной) стороне ствола как опорной. Этот метод называется ориентацией по высокой стороне или гравитационным. Это относится ко всем способам измерения координат.

Рис. 6.5

Если в ствол опустить отвес, то гравитационная сила будет стремиться прижимать его к нижней стенке. Высокая сторона ствола расположена под углом в 180° от нижней стенки.

Гравитационный способ ориентации представлен на рис. 6.4. На рис. 6.5 показаны различные положения ориентации относительно верхней стенки ствола. Если гравитационный датчик показывает точно 0°, то при бурении забойным двигателем не произойдет изменения в направлении ствола. Вся отклоняющая способность кривого переводника или кривизны корпуса будет направлена на набор угла ствола. Наоборот, при показаниях в 180° будет теряться угол. На рис. 6.5 представлена идеализированная ситуация. Необходимо придерживаться следующих правил:

а) При наклонах ствола больших, чем 30, когда показания гравитационного датчика составляют 60°, при бурении забойным двигателем с использованием кривого переводника, происходит потеря угла ствола одновременно с поворотом. При больших наклонах, эффект даже более очевиден.

б) При повороте налево, - эффект более выражен, поскольку реактивный момент действует в том же направлении, что и вес КНБК, долото начинает "рыскать" (рис. 6.6). Таким образом, при коррекции влево, необходимо быть очень внимательным при установке ориентации относительно оси. Рысканье долота приводит к образованию участков различной кривизны при потере угла вместе с поворотом налево.

Чем больше наклон ствола, тем большие разрушения стенок могут произойти. Необходимо иметь в виду и то, что в рыхлых породах из-за гидравлической эрозии так же происходит потеря угла.

с) "Правильно" выполненной коррекцией может считаться та коррекция, при которой наклон ствола при подъеме оборудования остался таким же, как при спуске. Вся отклоняющая "мощь" кривого переводника была направлена на поворот ствола. В этом случае получаемая кривизна - минимальна при использовании комбинации долото/забойный двигатель/кривой переводник. На практике, поскольку идеальный случай редко достигается, необходимо стараться как можно меньше менять наклон ствола при выполнении корректировки. Следует помнить, что корректировку безопаснее проводить с небольшим набором угла, чем с его потерей.

Угол можно потерять потом (если потребуется) с использованием роторной КНБК.

д) На основе вышесказанного, понятно, что необходимо заранее предвидеть некоторое падение угла при установке осевой ориентации больше чем 60° по отношению к высокой стенке. В табл. 6.1 представлены значения ожидаемого реактивного момента для различных глубин, для большей части двигателей различных заводов - изготовителей. При выполнении коррекции влево, имейте в виду, что величина момента будет больше, чем вычисленная на основе руководства по применению забойных двигателей. Если определенная осевая ориентировка при бурении приводит к увеличению наклона при повороте влево (т.е. реактивный момент оказывается меньшим, чем требуется), необходимо при следующей установке долота сместить его дальше влево.

При выполнении коррекции вправо, помните, что реактивный момент будет меньше вычисленного на основе руководства по применению забойных двигателей. Если эта установка приводит к увеличению наклона при повороте направо (т.е. момент оказывается большим, чем требуется), то при следующей установке нужно сориентировать долото еще правее.

Из вышеприведенного видно, почему коррекция в право считается более легко выполнимой, чем влево.

В обоих случаях, основная цель состоит в том, чтобы правильно начать коррекцию. Если с самого начала бурение начнется правильно и продолжится на расстоянии до прохода первого замка, то кривой переводник "ляжет" в эту выемку и будет стремиться остаться там. Тогда можно будет легко сделать небольшую поправку. Ствол будет поворачиваться плавно. Из табл. 6.1 видно, что, по мере увеличения наклона ствола, правильная установка угла относительно оси становится более важной.