технология бурения 3

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

«ВЕЛЛДИРЕКТОР» – «НОБЛЬ ДРИЛЛИНГ». «Веллдиректор» яв-

ляется новой роторной управляемой системой, спроектированной для растущего количества высокотехнологичных скважин (рис. 15.28). Обеспечивает точный контроль траектории, увеличенную механическую скорость проходки и более гладкий, менее извилистый ствол скважины.

Рис. 15.28. Общий вид системы и конструкция «Веллдиректор»

Датчики, размещенные вблизи долота, позволяют оперативно проводить корректировку по зенитному углу и азимуту. Это позволяет специалистам по направленному бурению точно и эффективно проводить направленные и горизонтальные скважины, которые ранее были нерентабельны. Вдобавок использование «Веллдиректора» для контроля вертикальных скважин значительно улучшает эффективность бурения в пластах, склонных к искривлению траектории ствола.

Устройство доступно в двух типоразмерах – 171 и 244 мм для бурения скважин до 222 мм и 311 мм соответственно.

Достоинства:

-замкнутый контур управления;

-двухсторонний канал связи;

-телеметрия встроена в невращающийся корпус – измерение зенитного угла в 0,9 м от долота;

-состояние устройства контролируется постоянно с помощью встроенного пульсатора;

-проходимость при пространственной интенсивности до 3°/10 м;

-возможность срезки бокового ствола из вертикального;

-позволяет разбуривать башмак обсадной колонны;

-может быть использован для контроля вертикальных, направленных и горизонтальных скважин;

97

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

-качественная электроника;

-повышенная точность проводки скважины;

-увеличенная механическая скорость бурения;

-улучшенная отработка долота;

-снижение экономических затрат на бурение;

-максимальное время бурения на забое;

-модульный дизайн;

-специализация под направленное бурение;

-снижение риска простоев и аварий с оставлением инструмента.

«Веллдиректор» был значительно улучшен с начала его использования « Нобль Дриллинг» в 2002 году, включая новые высокотемпературные (до 175 °C) датчики и электронику, улучшенное программное обеспечение и рабочие настройки, улучшенные вращающиеся уплотнения, подшипники и систему электропитания. Может быть размещен под любой MWD/LWD-системой или использоваться самостоятельно с применением встроенной телеметрии и пульсатора.

«Веллдиректор» использует технологию радиального смещения долота для направленного бурения, основанную на использовании невращающегося корпуса с четырьмя отклоняющими опорами. Площадь четырех отклоняющих опор сравнительно больше, чем у большинства РУС, что позволяет использовать устройство в несцементированных породах, склонных к кавернообразованию. Широкие и длинные отклонители помогают поддерживать и направлять устройство в протяженных горизонтальных стволах и создавать максимальное отклоняющее усилие.

В системе «Веллдиректор » 171 мм датчик зенитного угла размещается в 1,1 м над долотом и датчик азимута – в 1,3 м. Для 245 мм системы расстояния составляют 1,2 м и 4,5 м соответственно. Используются твердотельные трехосевые магнитометры и акселерометры. Устройство принимает команды с поверхности в реальном времени по гидравлическому каналу связи во время бурения и при необходимости может выполнять непрерывную правку траектории. Вдобавок к данным инклинометрии контролируется состояние устройства. Данные могут быть проанализированы программным обеспечением «Дриллсмарт» и «Дриллграф» компании «Нобль Дриллинг» (поверхностная система и программное обеспечение, разработанные для оптимизации режимов бурения, а также качества и точности траектории ствола). Возможно программирование системы на поддержание определенной траектории в автоматическом режиме. Питание для электроники устройства обеспечивается батареями большой емкости. Дополнительно компанией разрабатывается 200-ваттный турбинный генератор.

Работа устройства базируется на замерах, вычисленных электроникой на забое, и не использует принцип привязки положения отклонителя к верхней стенке скважины, что разрешает более гибкое его использование. Однако необходимо размещать над устройством дополнительные немаг-

98

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

нитные разделители, обычно состоящие из одной или двух НУБТ , для того чтобы КНБК оставалась гибкой. Полноразмерный или близкий к полноразмерному стабилизатор размещается на верхнем конце роторной управляемой системы для калибрования ствола скважины и улучшения проработки при подъеме (рис. 15.29).

Рис. 15.29. Принцип действия отклоняющего устройства

Гидравлическая мощность, подводимая к устройству, связана с частотой вращения ротора. Вращение бурильной колонны также необходимо для включения питания от батарей. Устройство может быть запрограммировано на включение при разных скоростях. Текущая частота включения 80 об/мин. Максимальная частота вращения ротора 200 об/мин.

Устройство создает давление на отклонители через клапан на каждой опоре. Верхний конец нагружен пружиной для поддержания постоянного контакта со стенками скважины и предотвращения проворачивания. Опоры передают усилие на стенки скважины. В противоположном направлении возникает усилие, смещающее долото для изменения траектории скважины.

Запрограммированная траектория ствола для достижения проектных целей обусловливает выбор активируемой опоры по изменению направления. Управление базируется на сравнении измерений системы и программы на проводку скважины, заложенной в памяти. Минимум одна и максимум две смежные опоры могут быть активированы в любое время для создания необходимого усилия радиального смещения долота.

Клапаны срабатывают с максимальным давлением приблизительно 17 МПа. Векторная сумма усилий отдельных опор не является точным расчетным положением боковой режущей кромки долота, рассчитанным для изменения траектории на данном участке. Однако устройство измеряет и передает замеры инклинометрии каждые 2,5 минуты и автоматически корректирует траекторию в соответствии с планом. Частое обновление

99

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

позволяет компенсировать любые неточности в направлении действия векторных сумм усилий отдельных опор и точно соответствовать желаемой траектории.

Отсутствует приоритет зенитного угла или азимута, таким образом, эти два параметра для системы равнозначны. Это важно при бурении сложных трехмерных профилей и при управлении устройством специалистом по направленному бурению. Максимальное усилие, прилагаемое к отклоняющей опоре, составляет 10600 и 23840 Н для систем диаметром

171и 245 мм соответственно.

Внейтральном положении все опоры прижимаются к стенкам скважины с выходом из корпуса h = 5 мм. При активации вращением ротора с частотой выше заданной определенные опоры выдвигаются дальше до H = 10 мм для создания радиального смещающего усилия на долоте. При нормальном качестве ствола скважины внешний размер устройства не превышает диаметр ствола, что задается его конструкцией.

Возможно перепрограммирование системы на достижение новых целей использованием кодированных серий падений давления, то есть управление «Веллдиректором» с поверхности. При этом используется гидравлический ограничитель потока, управляемый компьютером и размещаемый в манифольдной линии. Процесс перепрограммирования может быть произведен при бурении для экономии времени и предотвращения простоев.

Роторная управляемая система «Экспрессдрилл». Система «Экс-

прессдрилл» второго поколения компании « Нобль Дриллинг » диаметром

121мм в данный момент находится в стадии промышленных испытаний в скважинах диаметром от 149 до 171 мм. Наработки, полученные при испытаниях и использовании системы «Веллдиректор», объединены в системе «Экспрессдрилл».

Достоинства новой конструкции включают: - меньше движущихся частей; - эффективную модульную конструкцию;

- подшипники, смазываемые и охлаждаемые промывочной жидкостью; - питание от турбинного электрогенератора;

- электрический масляный насос.

Простота и легкость использования и обслуживания – цель новой конструкции. Время на обслуживание при отправке устройства на производственную базу обслуживания и обратно снижено. В некоторых случаях простой ремонт может быть выполнен на буровой.

Модульная конструкция системы обеспечивает легкий доступ и быструю замену основных изнашивающихся элементов, которые могут быть произведены непосредственно на буровой, и делает систему полностью обслуживаемой в полевых условиях (рис. 15.30).

100

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В отклоняющем блоке используются три сменных элемента модуля: гидравлическая система, инклинометрия и контроллер мотора; каждый из них может быть заменен с минимальными потерями времени запасным и отправлен в ремонтный цех (рис. 15.31).

Рис. 15.30. Модули системы «Экспрессдрилл»

Рис. 15.31. Сменные элементы системы

101

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

15.5.2. Роторные управляемые системы с позиционированием долота

«Point the bit»

К этому типу относятся системы: «Геопилот» – «Халлибёртон СперриСан», АГС («Аутомэйтед Гайданс Систем») – КДАЛ («Кембридж Дриллинг Авто Лтд.»), «Смартслив» – «Ротари Стирабл Тулз», «Андердрилл» и «ДАРТ» – «Андергейдж».

Технология позиционирования долота заключается в смещении приводного вала относительно компоновки либо в изменении его кривизны, что вызывает изменение угла атаки вооружения долота.

«ГЕОПИЛОТ» – « СПЕРРИ-САН». Компания «СперриСан» в сотрудничестве с Японской национальной нефтяной корпорацией разработала роторную управляемую систему «Геопилот» с позиционированием долота. Устройство «Геопилот» приведено на рисунке 15.32.

Рис. 15.32. Внешний вид и размеры «Геопилота»

В невращающемся корпусе 3 непосредственно над долотом размещаются датчики инклинометрии 2; приводной вал, на котором навернуто долото 1. Положение корпуса 3 фиксируется роликовым стабилизатором 4. Выше находятся датчики телеметрии 5, гибкий переводник 6 и компоновка телеметрии.

Приводной вал 1 (рис. 15.33) размещается на верхнем и нижнем подшипниках. Верхний подшипник 2 имеет цилиндрическую форму, нижний выполнен в форме шара для позиционирования долота. Эксцентричные кольца 3 изгибают приводной вал посередине, в результате долото 5 отклоняется в противоположном направлении. Рабочий диапазон позиционирования долота 5 позволяет проводить сложные трехмерные профили.

На рисунке 15.34 дается схема действия эксцентричных колец. На рисунке 15.34 а эксцентрики диаметрально противоположны, в этом положении приводной вал остается прямым. На рисунке 15.34 б кольца направлены одинаково с максимальным изгибом приводного вала. Положение эксцентриков может изменяться в любом направлении (рис. 15.34 в), позволяя соответственно позиционировать долото с любым углом в рабочем диапазоне.

102

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 15.33. Принципиальная схема отклоняющего устройства

Направление отклонения

а

б

в

Рис. 15.34. Изгиб приводного вала выбором положения внутреннего и внешнего эксцентричных колец

Важная особенность «Геопилота» – использование специально спроектированного долота «Секьюрити-ДБС» с большой боковой поверхностью (рис. 15.35). Длинные ребра улучшают качество ствола скважины и стабилизируют траекторию, особенно в мягких породах. Системы «Геопилот» предпочтительны при проводке длинных прямолинейных участков.

Система имеет два режима управления. В ручном режиме положение устройства контролируется оператором. В автоматическом режиме «Геопилот» следует запрограммированной траектории с использованием алгоритмов поддержания и исправления траектории. Передача информации на поверхность осуществляется телеметрией с гидравлическим каналом свя-

103

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

зи на положительных импульсах, управление производится путем изменения потока бурового раствора и частоты вращения ротора, которые распознаются как определенные команды.

Рис. 15.35. Долото «Секьюрити-ДБС»

АГС («АУТОМЭЙТЕД ГАЙДАНС СИСТЕМ») – КДАЛ («КЕМ-

БРИДЖ ДРИЛЛИНГ АВТО ЛТД». Система АГС выпускается в разных конфигурациях для бурения скважин диаметром от 311 до 559 мм. Основным элементом конструкции является невращаемый корпус, внутри которого размещается отклонитель. Совместима с любыми телеметрическими системами. Работает как в ручном режиме управления, так и в автономном.

Устройство системы АГС приведено на рисунке 15.36. Приводной вал 5, закрепленный в подшипниках 9 и 10, размещен в невращаемом корпусе 4. Положение корпуса стабилизируется рессорным фиксатором 7. Датчики инклинометрии, электроника , гидравлика и отклонитель 6 располагаются внутри корпуса. Уплотнение 8 предотвращает попадание бурового раствора в корпус, заполненный маслом. Нижний стабилизатор 2 и верхний стабилизатор 3 являются основными точками опоры. При изменении кривизны вала отклонителем 6 компоновка с двумя точками опоры 2 и 3 изгибается и смещает тем самым долото 1.

Рис. 15.36. Устройство системы AGS-CDAL

104

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Схема отклоняющего устройства дана на рисунке 15.37. Условно компоновка делится на вращаемую (1) и невращаемую (2) часть. Фиксатор 3 стабилизирует положение невращающегося корпуса. Использование рессор в конструкции фиксатора с гибким соединением 4 позволяет использовать систему в скважинах разного диаметра и кривизны. Уплотнение 6 герметизирует маслонаполненный корпус устройства.

При нейтральном положении отклонителя 5 компоновка остается прямой (рис. 15.37 а). При работе отклонителя 7 компоновка изгибается и смещает долото с углом отклонения 8 (рис. 15.37 б).

Схема действия отклоняющего устройства приведена на рисунке 15.38. В привод отклонителя 3 входят четыре гидравлических узла, управляемых электроникой и цилиндр отклонителя, на который оказывается воздействие. Сборка размещается в корпусе 4 и изгибает приводной вал (рис. 15.37 б). При работе отклонителя (рис. 15.38 б) отдельные усилия F1, F2, F3, F4 привода отклонителя складываются и дают результирующее усилие FR в направлении D. Долото смещается в противоположном направлении.

«СМАРТ СЛИВ» – «РОТАРИ СТИРАБЛ ТУЛЗ». Система пред-

ставляет собой невращаемый стабилизатор, расположенный вблизи долота, в котором размещается электроника, электропривод и система позиционирования долота (рис. 15.39).

Рис. 15.37. Схема отклоняющего устройства

105

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 15.38.

Принципиальная схема действия отклоняющего устройства АГС-КДАЛ

Рис. 15.39. Устройство системы «Смартслив»

В корпусе 3 проходит вал 1, на который навернуто долото. Внутренняя эксцентричная муфта смещает вал относительно оси скважины в нужном направлении. Корпус устройства утяжеляется для стабилизации устройства, и сила тяжести удерживает его в диапазоне ±10º от вертикали. Используются литиевые батареи большой емкости. Таким образом, система получилась простой и компактной. «Смартслив» использует шарошечные долота. Выпускается для бурения скважин диаметром 311 мм, также планируется производство модификаций для стволов диаметрами 215,9 и 250 мм.

На рисунке 15.40 показана схема действия отклоняющего устройства «Смартслив». Утяжеленный корпус 2 касается стенок скважины в четырех точках. Эксцентричная муфта 3 изменяет положение вала 4 в любом направлении с усилием, задаваемым электроникой, посредством электродвигателя. Угол поворота задается с точностью до 1º.

106