книги / Технология бурения наклонно направленных скважин с большим отклонением забоя от вертикали
..pdf( 7 .3 )
- на интервале набора кривизныДЕ усилия т% и тТ >приклады ваемые к бурильной колонне в точкеД, определяются по формулам:
ТИ = [Гб + ^5/?з(sin а гор ~ sinакр)]ец(агор"ач’) |
(7.4) |
Т Т - [т? +qsR3 (sin а гор ~ sinа ^ )] ^ g ^_g j |
(7.5) |
Где - вес 1 п.м. бурильной трубы на интервале (кгс/м), Я3 - радиус искривления ствола скважины на интервале; а*р - зенитный угол на глубине кровли пласта; агор = 90°; (а^р - а^) - угол охвата дуги искривления, радиан.
Оцр определяется по формуле:
= arcs
К~ расстояние от кровли пласта до точки Е по вертикали (см. рис. 7.1). - на интервале CD увеличения зенитного угла с ai до сц, при Яг-
Усилия Т " при подъеме и Т™ при спуске бурильной трубы, при кладываемые в точке С определяются по формулам:
П = [г ? + q3 R2 (sin акр - sin а,) е4 « - а , ) у (а,-*) |
(7.7) |
|
q3Ri (sin акрsin ai) |
1 |
|
е й(аэ-а,р) |
gf*(a»p-ai) |
|
- на интервале стабилизации зенитного угла ВС.
171
Усилия Гз при подъеме и Гз" ПРИ спуске бурильной колонны, прикладываемые в точке В определяются по формулам:
Гз = r4 + ^2b(co sai + |i.sina1) |
(7.9) |
Гз"- r 4n + ^2^2(cosai - ^ s in a ,) |
(7.10) |
- на интервале набора кривизны АВ.
Усилия Г2 при подъеме и Г2 при спуске бурильной трубы в точ
ке Л определяются по формулам: |
|
|
||||
|
Т \ = [Гзп + tf^sin aie^°3“ai)]e Ma| |
(7.11) |
||||
|
/71СП |
_ |
|
^сп , |
g^isinail 1 |
(7.12) |
|
i 2 |
“ |
3 |
И аэ-<ч) |
||
|
|
|
|
|
||
- |
на вертикальном участке ствола скважины длиной На усилие |
|||||
Т\ равно: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ti= qH Q |
(5.13) |
|
- |
Суммарная нагрузка на крюке при подъеме (спуске) буриль |
|||||
ной (обсадной) колонны |
|
|
точка О определяется по формулам: |
|||
|
|
|
1 Г ^ = Г? + Г1 |
(7.14) |
||
|
|
|
Z T % = T ? + T , |
(7.15) |
7.2.Применение расчетных формул
Для практического использования расчетных формул, ниже при водится пример расчета нагрузки на крюке при подъеме (спуске) бурильного инструмента в наклонную скважину с большим отклоне нием ствола от вертикали и горизонтальным стволом в продуктив ном пласте.
172
Параметры профиля и конструкции скважины приведены в табл. 4.2 и на рис. 7.1. исходные данные для расчета следующие: про ектная глубина скважины 8472 м; долото 0 215,9 мм; УБТ 0 178 мм длиной 100 м; бурильные трубы 0 127 х 9,19 мм. Вес 1 п.м. УБТ 0 178 мм - яубт - 145,4 кгс/м; бурильных труб - q ^ - 32,5 кгс/м. Зенит ный угол в конце 1-го участка набора кривизны ai = 75,66°, радиус ис кривления Rj = 573 м. На 2-м и 3-м участках набора кривизны а2 = = а,ф = 82,5°; а3 = аг0р = 90°; R2 = 688 м; R3 = 1146 м. Длина горизон тального ствола скважины /5 = /гор = 1000 м. На участке с учетом
массы компоновки низа бурильной колонны (КНБК) |
равен: |
|
Яср ~ |
145,4-100 + 32,5-900 = 43,79 кгс/м |
(7.16) |
|
1000 |
|
В данном расчете по определению нагрузки на крюке коэффици ент трения между бурильной колонной и стенкой скважины ц при нят равным 0,35. Последовательность расчета следующая:
1.Значения Тб и Гб" находятся по формулам (7.1), (7.2).
Тб = 0,35-43,79-1000 = 15326,5 кгс |
(7.17) |
T V = -0,35 -43,79-1000 = -15326,5 кгс |
(7.18) |
2.Значения Г" и ТТ находятся по формулам (7.4,7.5).
Ts1 = [15326,5 + 32,5-1146(1 - 0,99144)]e0,3S(9o0'H,5°) = 16365 кгс (7.19)
е 0.и(*>0-«.5°) = ^ 0.35*0.1309 = е 0.М5, = J Q 4 6
Т? = [-15326,5 + 32,5-1146(1 -0,99144)]—?— = -14348 кгс (7.20)
3.Значения Г" и тТ находятся по формулам:
П= [16365 + 32,5-688(0,99144-0,96884)1,046]!,042 = 17603 кгс (7.21)
е й(а3-а 2) _ 1,046
ем(а2-в|) _ 1042
173
4.Значения Тъ и T f находятся по формулам:
Г5 = 17603 + 32,5 • 6194(0,24767 + 0,35 • 0,96884) = 135722 кгс (7.23)
ТЪа = -13306 + 32,5.6194(0,24767-0,35-0,96884) = -31710 кгс(7.24)
5.Значения Тг и T f находятся по формулам (7.11,7.12).
Т1 = [135722 + 32,5 • 573 • 0,96884 -1,09]1,585 = 246290 кгс |
(7.25) |
||
|
ец(а3-а,) _ 1>09 |
|
|
|
е*ах= 1,585 |
|
|
7Т |
31710 + 3 2, 5 ' 5 7 3' 0 , 9 6 8 |
8 —4 1 = -9564 кто |
(7.26) |
|
1,09 |
J 1.585 |
|
6.Значения Т\ и Т\п находятся по формуле:
Т\ = Т ? = 32,5 • 300 = 9750 кгс |
(7.27) |
7. Суммарная нагрузка на крюке при подъеме и спуске буриль ной колонны на конечной глубине скважины £ 7 ^ составит:
Z T ”р = 246290 + 9750 = 256040 кгс |
(7.27) |
= -9564 + 9750 = 186 кгс |
(7.29) |
Результаты расчета Г*р при различных значениях ц. в процессе выполнения подъема и спуска бурильной колонны в НСБО горизон тальным стволом в продуктивном пласте представлены в табл. 7.1.
174
Таблица 7.1
Зависимость нагрузки на крюке при подъеме (спуске) бурильного инструмента в НСБО с горизонтальным стволом в продуктивном пласте от коэффициента трения ц
Наименование
процесса
подъем
спуск
|
Зенитный угол ствола скважины в начале интервала а, градус |
|
|||||||
90 |
| |
__1 |
82,5 |
| |
75,66 |
| |
75,66 |
Г * |
|
|
|
Радиус искривления ствола скважины на интервале R, м |
1 |
|
|||||
|
|
1146 |
688 |
|
|
| |
573 |
- |
|
Усилие Т{, действующее на бурильную колонну, кгс (в точке приложения) |
|||||||||
Т6,г.Е |
| |
Т5,т.Д | |
Г4,т .С |
| |
Т»т.В |
| |
Тг,т.А |
| |
Т4,т.О |
|
|
|
|
|
ц = 0,35 |
|
|
|
|
15326,5 |
|
16365 |
17603 |
|
135722 |
|
246290 |
|
9750 |
-15326,5 |
|
-14348 |
-13306 |
|
-31710 |
|
-9564 |
|
9750 |
|
|
|
|
|
И = 0,25 |
|
|
|
|
|
подъем |
10947,5 |
16161,6 |
17394 |
116013 |
188236 |
9750 |
|
спуск |
-10947,5 |
-10290 |
-9514 |
-8415 |
6124 |
9750 |
|
|
|
|
|
(1 = 0,15 |
|
|
|
подъем |
6568,5 |
15958 |
17184 |
96297 |
140329 |
9750 |
; |
спуск |
-6568,5 |
-6127 |
-5532 |
15070 |
26600 |
9750 |
'Суммарная нагрузка на крюке ЕТкр,
256040/2510,7
186/1,82
197986/1941,5
15874/155,66
150079/1471,7
36350/365,5
Из данных табл. 5.1 видно, что нормальный спуск бурильной ко лонны в данную НСБО на проектную глубину 8472 м с длиной го ризонтального ствола - 1000 м возможен только при коэффициенте трения р = 0,15. Среди путей решения проблемы обеспечения усло вий нормального спуска бурильного инструмента на забой - 8472 м и бурение скважины, наиболее эффективными являются: применение бурового раствора на углеводородной основе (или на растворе обра ботанной смазочными добавками), установка в зоне башмака пре дыдущей обсадной колонны 0 244,5 мм тяжелых бурильных труб - HWDP, расчетной длины или бурильных труб 0 127 мм с толщиной стенки 8 = 12,1 мм), использование легкосплавных бурильных труб
0 |
129 мм (бурильных труб 0 127 мм с 8 = 7,3 мм; бурильных труб |
0 |
114 мм с 8 = 8,6 мм), УБФ 0 165,1 мм (158,8 мм) вместо УБФ |
0 |
177,8 мм, устанавливаемых в открытом, горизонтальном стволе |
скважины. Применение верхнего силового привода, также способст вующего решению проблемы, является обязательным в соответствии с требованиями «Правил безопасности при строительстве нефтяных и газовых скважин» ПБ-08-624-04 при /гор > 300 м. Для улучшения условий передачи на забой требуемой осевой нагрузки следует при менять механизмы, создающие вибрации КНБК - осцилляторы.
Анализ результатов расчета показывает, что наибольшее влияние на величину Ткр оказывает коэффициент трения р. Так, если при р =
= 0,35 |
= 256040 кгс, то при р = 0,15 т1Р = 150079 кгс. При спуске |
|
бурильного инструмента Т% = 186 кгс при р = 0,35 и |
36350 кгс |
при р = 0,15. Отсюда вывод о необходимости применения бурового раствора с минимальным значением р. Из данных табл. 7.1 видно, что при применении раствора с р = 0,35 спуск бурильного инструмента на забой скважины, на глубину 8483 м, без применения мер прину дительного проталкивания практически невозможен.
Вэтой связи представляет интерес зависимость фактора к = (cosa -
-psina) от р (рис. 7.2) действующего на интервале стабилизации кри визны, как наиболее проблемного по длине ствола НСБО. Из графи ка видно, что при спуске бурильной (обсадной) колонны для обеспе чения положительного значения фактора «к» проектный профиль НСБО должен был» таким, при котором зенитный угол щ в конце 1-го участка набора кривизны, который остается постоянным на всей дли не интервала стабилизации кривизны, не должен превышать 80,0°
при р = 0,15. Если ограничить величину к > 0,05, то представляется возможность определить ряд значений а ь удовлетворяющих требо-
176
= (cosg
Рис. 7.2. Зависимость параметра к от коэффициента трения р
177
Таблица 7.2
Нагрузка на крюке при подъеме (спуске) бурильного инструмента
внаклонной (пологой) скважине с большим отклонением ствола от вертикали (при различных значениях глубины точки зарезки ствола скважины Н0)
|
|
Усилие Г;, действующее на бурильную колонну |
Суммарная на- |
|||
Наименование |
|
|
в начале интервала, кгс |
|||
Глубина точки |
|
|
|
грузка на крюке |
||
технологического |
зарезки ствола сква |
стабилизации |
набора |
на вертикальном |
(бурильную ко |
|
процесса |
жины Н0, м |
кривизны |
кривизны |
участке |
лонну) XT*, |
|
|
|
|
|
Т\ |
кгс/кН |
|
|
|
Гз |
ЕГ2+з |
|
||
Подъем |
300 |
127329 |
219525 |
9750 |
229975/2255,1 |
|
Спуск |
-14744 |
-1765 |
9750 |
7985/78,3 |
||
|
||||||
Подъем |
800 |
110379 |
198545 |
26000 |
224545/2201,9 |
|
Спуск |
-30755 |
-11466 |
26000 |
14534/142,5 |
||
|
||||||
Подъем |
1300 |
93512 |
175500 |
42250 |
217750/2134,2 |
|
Спуск |
-46673 |
-20688 |
42250 |
21562/211,4 |
||
|
Пр и м е ч а н и е : 1. Коэффициент трения ц. = 0,35 = const.
2.Радиус искривления скважины R =382 м = const.
3.Параметры профилей скважин представлены в табл. 7.4.
Таблица 7.3
Проектный профиль наклонной (пологой) скважины с большим отклонением ствола от вертикали (при различных глубинах точки зарезки ствола скважины - А0)
|
Интервал |
Длина ин |
Зенитный угол, град. |
Горизонтальное |
Длина по стволу, |
Радиус ис |
Примечание |
||||
|
по вертикали, м |
тервала по |
|
|
отклонение, м |
м |
|
кривления |
|
||
|
от |
до |
вертикали, |
в начале |
в конце |
за |
общее |
интерва |
общая |
скважины, |
|
|
м |
м |
|
||||||||
|
(верх) |
(низ) |
|
интервала |
интервала |
интервал |
|
ла |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
0 |
300 |
300 |
0 |
0 |
0 |
0 |
300 |
300 |
- |
1. Тип профиля- |
|
300 |
668 |
368 |
0 |
74,5 |
0 |
280 |
497 |
797 |
382 |
3-х интервальный |
|
2. Глубина скважи- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
668 |
2400 |
1732 |
74,5 |
74,5 |
6245 |
6525 |
6482 |
7278 |
- |
ны по вертикали |
|
0 |
800 |
800 |
0 |
0 |
0 |
0 |
800 |
800 |
- |
Я, = 2400 м |
|
800 |
1175 |
375 |
0 |
78,83 |
308 |
308 |
525 |
1325 |
382 |
3. Отклонение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ствола от вертика- |
|
1175 |
2400 |
1225 |
78,83 |
78,83 |
6204 |
6512 |
6324 |
7649 |
|
П К А = 6500 м |
|
0 |
1300 |
1300 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1300 |
1300 |
- |
|
|
1300 |
1679 |
379 |
0 |
83,33 |
337 |
337 |
555 |
1855 |
382 |
|
- |
1679 |
2400 |
721 |
83,33 |
83,33 |
6163 |
6500 |
6207 |
- |
* |
|
Таблица 7.4 Нагрузка на крюке при подъеме (спуске) бурильного инструмента в наклонной (пологой) скважине
сбольшим отклонением ствола от вертикали (при различных значениях радиуса искривления
ипостоянном значении зенитного угла ствола скважины)__________________
Наименование |
Радиус искривле |
Зенитный угол в |
Усилие Г/, действующее wа бурильную |
|||
технологическо |
ния ствола сква |
конце интервала |
колонну в начале инте звала, кгс |
|||
го процесса |
жины R, м |
набора кривиз |
стабилизации |
набора кри |
на вертикаль |
|
ны а, град. |
кривизны Тъ |
визны ETVd |
ном участке Т\ |
|||
|
|
|||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
б |
|
Подъем |
868 |
75 |
94585 |
192249 |
9750 |
|
Спуск |
-12551 |
9302 |
9750 |
|||
|
|
|||||
Подъем |
688 |
75 |
107551 |
204054 |
9750 |
|
Спуск |
-14273 |
4635 |
9750 |
|||
|
|
|||||
Подъем |
382 |
75 |
129720 |
223905 |
9750 |
|
Спуск |
-17215 |
-5223 |
9750 |
|||
|
|
|||||
Подъем |
868 |
80 |
120806 |
242197 |
9750 |
|
Спуск |
-39877 |
-7421 |
9750 |
|||
|
|
|||||
Подъем |
688 |
80 |
138071 |
260948 |
9750 |
|
Спуск |
-45576 |
-14452 |
9750 |
|||
|
|
|||||
Подъем |
382 |
80 |
167279 |
296184 |
9750 |
|
Спуск |
-55217 |
-26055 |
9750 |
|||
|
|
Пр и м е ч а н и е : 1. Параметры профилей скважин представлены в табл. 7.6.
2.Коэффициент трения ц = 0,35 = const.
3. Глубина LCKB скважины при R = 868 |
м, а = 75°, 1скв = 6312 |
м |
R = 688 |
м, а = 75°, /-скв = 6745 |
м |
R = 382 м, а = 75°, /,Скв = 7488 м |
||
при R = 868 |
м, а =80°, 1скв = 8684 м |
|
R ~ 688 м, а - 80°, 1Скв = 9457 |
м |
R = 382 м, а = 80°, Lcкв = Ю784 м.
Суммарная на- 1 грузка на крюке (бурильную ко лонну) ЕГК, кгс/кН
7
202246/1983,2
19052/186,82
213804/2096,6
14385/141,1
233655/2291,2
4527/44,39
2519472470,6
2329/22,8
270698/2654,5
—4702/—46,1
305934/3000 -16305/159,9