Забойные двигатели. Забойные двигатели
 Скачать 109.02 Kb.
|
|
Забойные двигатели При бурении наклонных скважин в качестве забойных двигателей применяют турбобуры, винтовые забойные двигатели (ВЗД) и электробуры. Турбобуры и ВЗД для вращения долота используют энергию прокачиваемого бурового раствора, а электробуры - электроэнергию, подводимую по кабелю, смонтированному внутри бурильной колонны. 3.2.1. Турбобуры Турбобур представляет собой многоступенчатую гидравлическую турбину, каждая ступень которой состоит из статора, жестко соединенного с корпусом турбобура, и ротора, укрепленного на валу турбобура. Поток бурового раствора, перетекая из статора в ротор, меняет направление движения и приводит во вращение вал и долото, прикрепленное к его нижнему концу. Гидравлическая мощность, создаваемая каждой ступенью, суммируется на валу турбобура и подводится к долоту. Увеличение количества ступеней приводит к увеличению мощности турбобура. Разнообразие геолого-технических условий бурения привело к необходимости создания большого количества конструктивных разновидностей турбобуров. В зависимости от назначения и области применения различаются турбобуры следующих типов. 1. Односекционные турбобуры типа Т12М3 с числом ступеней турбины 100 - 120. 2. Секционные турбобуры типов ТС5 и 3ТС5, состоящие из двух или трех секций, с числом ступеней турбины 200 - 300. 3. Секционные шпиндельные турбобуры типа 3ТСШ, состоящие из шпиндельной (отдельный узел осевой опоры шпинделя) и турбинных секций. 4. Секционные турбобуры типа А с турбиной, имеющей наклонную линию давления, состоят из двух секций. К этому же типу относятся турбобуры с решетками гидроторможения АГТ и шпиндельные турбобуры с наклонной линией давления АШ. 5. Колонковые турбодолота типа КТД, предназначенные для отбора керна при бурении. Основные справочные данные по турбобурам приведены в таблице 3.1 и 3.2. Турбобуры выпускаются различных диаметров, но минимальный равен 164 мм, поэтому они не могут быть использованы в стволе скважины малого диаметра. Турбобуры обычно работают при высоких частотах вращения в сочетании с ИСМ и алмазными долотами. 3.2.2. Винтовые забойные двигатели ВЗД включает две секции: двигательную и шпиндельную. Двигательная секция состоит из статора и ротора, представляющих собой винтовой героторный механизм. Статор соединен переводником с колонной труб и выполнен в виде стального корпуса с внутренней вулканизированной резиновой отладкой, на которой имеются винтовые специально профилированные зубья. Стальной ротор имеет на один зуб меньше, чем статор, и ось его смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета. Буровой раствор, протекая внутри двигательной секции, приводит во вращение ротор, который соединен с долотом. Шпиндель выполняет следующие функции: передает осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент, воспринимает гидравлическую нагрузку, действующую на ротор двигателя, и уплотняет выходной вал, способствуя созданию необходимого перепада давления на долоте. ВЗД с малозаходными героторными механизмами развивают большие скорости вращения и малый вращающий момент. По мере увеличения заходности ротора возрастает вращающий момент и уменьшается скорость вращения (рис.). Таким образом, ВЗД характеризуются широким диапазоном скоростей вращения от 100 об/мин до более 800 об/мин. Обычно применяются ВЗД со скоростью вращения 150-300 об/мин. При этих скоростях можно использовать большое количество типов долот, включая шарошечные. ВЗД выпускаются в широком диапазоне размеров от чуть менее 2" до более 9" в диаметре. Основные типоразмеры ВЗД представлены в табл.3.3. и 3.4. Преимущества использования ВЗД при бурении наклонных скважин заключаются в следующем: - ВЗД свойственны более низкие требования к гидравлической мощности; - ВЗД могут быть использованы при бурении скважин малого диаметра; - с ВЗД совместимы различные типы долот; - ВЗД обеспечивают достаточно высокую гибкость в подборе соотношения скоростей вращения и крутящих моментов. При бурении ГС используются низкооборотные высокомоментные винтовые забойные двигатели. Одним из наиболее широко применяемых является забойный двигатель Navi Drill фирмы Eastman Christensen. В горизонтальном бурении используются две модификации двигателя Navi Drill, выбор которых осуществляется в зависимости от типа долота, характера проходимых пород и гидравлических возможностей бурового оборудования. Двигатели Navi Drill имеют межремонтный период 100-200 часов. Модификация 1 двигателя имеет кинематическое отношение 5/6 (отношение числа зубьев ротора к числу зубьев статора), что обеспечивает высокий вращающий момент при сравнительно низких частотах вращения. Это является идеальным при бурении протяженных по длине интервалов долотами режущего типа и лопастными в мягких породах, а также шарошечными долотами. Кроме этого достигается большая нагрузка на долото и, как следствие, большая механическая скорость. Короткая длина двигателя Navi Drill способствует эффективному управлению искривлением ствола скважины. Модификация 1 двигателя имеет также систему роторных насадок, что обеспечивает большие скорости течения (вплоть до 100% увеличения максимального значения) без превышения допустимых максимальных значений частоты вращения двигателя. Более высокие скорости течения, обеспечиваемые системой роторных насадок двигателя, приводят к лучшей очистке забоя и ствола скважины, а также улучшают гидравлику долота. Модификация 2 двигателя имеет кинематическое отношение 1/2, что обеспечивает средние по величине вращающий момент и частоты вращения. При этом достигаются более высокие механические скорости при меньших нагрузках на долото. Модификация 2 двигателя обычно используется в сочетании со штыревыми алмазными долотами при бурении протяженных интервалов, а также с лопастными стабилизаторами при оптимальном управлении искривлением. Методы отклонения 1. Отклонитель (уипсток) Съёмный уипсток применяется при определенных условиях. При небольшой мощности буровых насосов, отклонениях в глубоких, горячих скважинах. Уипсток наворачивается на основание КНБК и в его конструкцию входит небольшое долото (рис. 3.1). Типичная КНБК состоит из:'  Рис. 3.1 Рис. 3.2 Уипсток + Направляющее долото + Стабилизатор + Переводник режущего инструмента + 1 соединение бурильной трубы + Ориентирующий переводник (UBHO) + немагнитная УБТ. Забой необходимо очистить, прежде чем начать использовать уипсток. После достижения забоя, пускают циркуляцию. Вогнутой стороной уипсток ориентируется в нужном направлении и устанавливается на дно забоя. Пята клина надежно закрепляется на месте и приложением веса колонны режущая часть инструмента "задавливается" в нужном направлении. Начинают вращать колонну. Около 3-7 м проходят с контролируемой скоростью. Уипсток поднимают и работают долотом-пилотом и расширителем. После этого проходят полноразмерным (для данного участка ствола) долотом со стабилизатором. Пробуривают примерно 10 м. При этом отклонение еще более увеличивается. После этого продолжают обычное бурение с полноразмерной КНБК. Очевидно, что метод отклонения с уипстоком требует много рабочего времени и при этом возникает необходимость выполнения нескольких спуско-подъемных операций. 2. Струйный способ (использование сильной струи раствора для размыва стенки в нужном направлении). Этот способ применяют в мягких, рыхлых формациях. Ствол можно отклонить и набрать максимальный угол с одной только КНБК. Можно использовать специальное струйное долото или стандартное длиннозубчатое, обычно применяемое с одним очень большим и двумя заглушенными (или очень маленькими) соплами. Типичная КНБК для струйной зарезки включает в себя: Долото + Стабилизатор + Ориентирующий переводник (UBHO) + MWD + Немагнитная УБТ + Стабилизатор + УБТ, и т.д. Для струйной зарезки необходимо выбрать подходящую (по своим свойствам) формацию. Должно быть достаточно места от ведущей трубы до стенки, чтобы "промыть" первые несколько метров. Центр большого сопла определяет направление и его нужно сориентировать в нужном направлении. При струйной зарезке необходимо применять максимально возможную циркуляцию. Скорость струи должна быть 170 м/сек. Размывается "карман " на стенке ствола, близлежащего к большому соплу и долото со стабилизатором под действием веса колонны проходят в этот карман, поскольку это путь наименьшего сопротивления. При необходимости долото можно приподнять над забоем и карман "забурить". Существо этого метода состоит в приподнятии колонны на 2 м. и сбрасывании ее в низ и "подхватывая ", так что долото входит в карман не под полным весом колонны, а в результате реакции сил напряжения. После того как было размыто несколько метров (обычно 2) давление насосов уменьшают примерно на 50% от первоначального. Колонну вращают. Большую нагрузку на долото в сочетании с низкой скоростью вращения применяют для попыток "протискивания " КНБК в промытое отверстие. В дальнейшем бурение производится обычным способом в направлении отклонения произведенного ориентированным большим соплом долота. При очистке ствола скважины перед замерами, направление струи должно быть сориентировано в направлении отхода. После замеров, направление сопла устанавливается в зависимости от полученных результатов. Необходимо тщательно изучить кривизну и выполнить расширение ствола, как того требует необходимость. Процедура ориентации повторяется столько, сколько необходимо, до тех пор, пока не получится необходимый наклон и нужное направление ствола. Затем можно обычными методами набрать максимальный угол. При необходимости можно выполнить небольшие корректировки направления. На рис 3-2 показана последовательность действий при зарезке: 1- ориентация и размывание, 2- бурение, 3-переориентация и размывание. Преимущество метода • В компоновке нет изгибающих элементов • Замеры можно делать ближе к долоту, чем при использовании забойного двигателя. • При размывке не создается реактивного момента. Направление зарезки определяется более точно, чем при использовании забойного двигателя. Это особенно важно в непосредственной близости от других скважин. Недостатки метода • Основная проблема этого метода заключается в том, что линия закривления получается "ломаной". Даже на коротком отрезке закривления, ее кривизна может резко меняться. Это создает сложности при использовании обычных средств замеров и может привести к неправильным выводам. Вычисленная кривизна является средней на всем отрезке между замерами и действительная кривизна этого участка может быть на много больше, чем величина, вычисленная на основании данных замеров. • На глубине ниже 700 м., формации становятся сильно уплотненными для эффективного размывания и зарезка с кривым переводником и забойным двигателем становится более предпочтительной. 3. Зарезка с кривым переводником и забойным двигателем.  В этом методе (рис.3.3) кривой переводник устанавливается непосредственно над двигателем. Типичная КНБК включает в себя: Долото + Двигатель + Кривой переводник + Промывочный переводник + Ориентирующий переводник (UBHO) + Немагнитная УБТ + Стальная УБТ + Толстостенная бурильная труба + Бурильная труба. Ниппель кривого переводника устанавливается под углом 1-3°. Кривой переводник заставляет менять направление бурения, "толкая" мотор в нужном направлении. По мере продвижения бурения, долото вынуждено следовать по кривой. Кривизна зависит от установочного угла кривого переводника, наружного диаметра мотора и диаметра ствола. Она так же зависит от длины мотора и типа формации. Соответствующая комбинация этих параметров позволяет получить желаемую кривизну. Наличие ориентирующего переводника (UBHO) позволяет произвести з  амер, если возникнет необходимость. Из-за наличия несоосности долота и основной части колонны вращение такого типа КНБК не желательно (кроме случаев осложнений в забое и переориентации). 4. Искривленный забойный двигатель Наиболее обычный тип этого двигателя - это двигатель с изгибом в одном месте его корпуса (рис. 3.4). Корпус двигателя - не прямой. Одно из его соединений (обычно нижнее) выполнено с установкой под точным углом и известно под названием угла установки двигателя. Угол установки обычно равен 1,5°. Рис. 3.4 Рис. 3.5 При углах, больших чем этот, становится трудным вращение и жизнь мотора укорачивается. Из-за близости угла изгиба к долоту, номинальный угол установки долота становится намного меньшим, чем в случае прямого двигателя и кривого переводника. Это показано на рис.3.5. Однако скорость изменения направления (кривизна) при относительно малом угле установки - велика. Этот тип мотора можно применять при зарезке и корректировке направления ствола. На самом деле, этот мотор является основным компонентом КНБК, которую можно применить для ориентирования ("скользящий режим") или прямолинейного бурения в режиме вращения. В режиме скольжения мотор изменяет направление ствола. Идеальным применением этого типа моторов является бурение всей секции от одной точки обсадки до другой. Теоретически, при условии правильно выбранной КНБК и долота, мотор может оставаться внутри скважины до следующей точки обсадки. Высокая стоимость мотора должна компенсироваться существенной экономией бурового времени из-за уменьшения числа спускоподъемных операций и высокой скорости проходки. В настоящее время угол установки производится на поверхности. Следующим технологическим новшеством будет мотор с изменяемым углом в забое. |