Стационарные клиновые отклонители

Стационарный клиновой отклонитель или стационарный клин – отклонитель с отклоняющим узлом в виде направляющего ложка и отбурочным набором. Стационарный клин используется только для одного искривления и из скважины после искривления не извлекается.

Угол скоса ложка клина определяется размерами ложка:

, (3.1)

где d_л – диаметр ложка; l_л – длина ложка;

Основной элемент стационарного клина – ложок клина. Ложок клина имеет желоб, вытянутый вдоль оси клина со скосом. Угол скоса обычно составляет 1 – 3⁰, а длина желоба примерно 1,5м.

В поперечном сечении ложок клина выглядит серповидным (рис. 3.1). Отбуривание нового направления ствола скважины осуществляется буровым инструментом вдоль ложка клина по желобу, направленному к стенке скважины, как уже отмечалось, под углом скоса.

Рисунок 3.1 Схема отклонения скважины от клинового отклонителя.

Клиновые отклонители конструктивно бывают выполнены открытого или закрытого типа т.е. полностью или частично открывающими забой.

Клинья открытого типа соединяют с колонной бурильных труб для спуска в скважину с помощью заклепок или штифтов, которые при установке клина на забой срезаются под действием осевой нагрузки. Последняя должна быть достаточная не только для срезания заклепок или штифтов, но и должна быть существенно выше (в 1,5 раза) усилия, необходимого для срабатывания распорного механизма клина, предназначенного для закрепления клина в скважине. После извлечения отсоединенной колонны бурильных труб из скважины такой клин становится открытым, что позволяет применить при операции отклонения буровой инструмент того же диаметра, что и диаметр ствола в месте установки клина (рис.3.1).

Закрытый клин в верхней части снабжен переходником в виде кольца или патрубка, с помощью которого он соединяется с колонной бурильных труб при спуске в скважину. Использование соединительного кольца уменьшает диаметр забуриваемой от клина скважины.

Стационарные клинья применяются в основном для решения задач по забуриванию дополнительных стволов при бурении многоствольных скважин и обходе аварийных интервалов.

При отсутствии стационарного клина в случае необходимости экстренного обхода аварийного интервала стационарный клин можно изготовить из обсадной трубы.

В этом случае рассчитывают длину ложка клина по зависимости:

, (3.2)

где Д_т – диаметр трубы, м; α_л – угол скоса ложка, град.

Угол скоса ложка клина выбирают в пределах 1-4⁰ в зависимости от твердости горных пород. Меньшее значение угла скоса соответствует более твердой горной породе.

В практике буровых работ нашли свое применение различные конструкции стационарных клиньев. Из них наиболее широко используется стационарный клин КОС, разработанный ВИТРом для скважин диаметром 46, 59 и 76мм (рисунок 3.2 а, б). Клин спускается в скважину колонной бурильных труб на установочном патрубке 1, к которому срезными штифтами 2 крепится ложок клина 3. Последний соединен с распорным механизмом 4 трубой – удлинителем 5 (рис. 3.2, а).

Распорный механизм включает наружную трубу 1 с продольными и поперечными прорезями в средней и нижней частях 2. Внутри трубы 1 установлена пара конусов 3, связанных между собой жестко штоком 4. Клиновидные накладки 5 между наружной трубой 1 и верхним конусом 3, а также конусная проточка 6 наружной трубы в ее нижней части обеспечивают взаимодействие конструкции распорного механизма.

При постановке клина в скважине под действием осевого усилия нижний конец штока 4 упирается в забой скважины или созданную временную пробку–забой и перемещает конуса 3 распорного механизма вверх, что в свою очередь вызывает деформацию наружной трубы 1 в местах, где выполнены продольные и поперечные прорези 2. За счет деформирования наружной трубы 1 происходит фиксация стационарного клина в скважине.

Толщина перемычки между стволами (Сформированным ранее стволом, из которого забуривается новый – на рисунке 3.1 обозначена как расстояние Т) в зоне размещения распорного механизма мала. Во избежание разрушения перемычки распорным усилием механизма закрепление клина должно производиться на расстоянии не менее 2м – 3м от точки забуривания отклоненного ствола. Это расстояние устанавливается выбором длины трубы-удлинителя 5 (рис.3.2, а).

Рисунок 3.2 Схемы компоновки стационарного клина КОС (а) и распорного механизма клина КОС (б).

Для установки клиньев КОС могут применяться специальные пробки-забои, разработанные ВИТРом.

Пробка-забой (ПЗ) (рис.3.3) включает переходник 1 для соединения с бурильной колонной, корпус гидравлического привода 2, внутри которого расположен поршень с уплотнениями 3 и штоком 4. В углубление поршня 3 помещается шарик 5. Гидравлический привод – 1,2,3,4 соединен с распорным механизмом пробки «левой» резьбой 6. Распорный механизм ПЗ включает конус 7 и плашки 8, размещаемые в корпусе 9. Плашки 8 закреплены в корпусе 9 хомутами из проволоки.

Пробка-забой опускается в скважину на колонне бурильных труб. Далее включается буровой насос. Поршень 3 под давлением буровой жидкости перемещается вниз, обеспечивая перемещение штока 4 и конуса 7 в продольном, а плашек 8 в поперечном направлении. Плашки 8 упираются в стенку скважины и дополнительно закрепляются под действием осевого усилия. После закрепления пробки-забоя вращением резьбы 6 гидравлический привод освобождается от распорного механизма, и бурильная колонна с гидроприводом поднимаются на поверхность.

После установки пробки-забоя на нее можно устанавливать стационарный клин.

Рисунок 3.3 Пробка – забой

В случаях установки стационарных клиньев в скважинах с разработкой ствола или в кавернозных скважинах вместо пробки – забой применяют гравийные временные забои с применением контейнера.

Процедуру установки пробки-забоя и стационарного клина рекомендуется выполнять в соответствии со следующей технологией.

I. Установка пробки-забоя

1. Опускают в скважину на заданную глубину на бурильных трубах пробку-забой и включают насос. При предельном повышении давления буровой жидкости насос отключают и создают осевую нагрузку на пробку, которая плавно увеличивается до 50-60 кН.

2. Убедившись, что пробка-забой закреплена, вращением освобождают колонну бурильных труб и вместе с гидроприводом поднимают на поверхность.

II. Установка КОС

1. Опускают КОС на колонне бурильных труб и устанавливают без вращения на пробку-забой. Осевую нагрузку повышают плавно до 50-60кН.

2. После отделения установочного патрубка от ложка клина (срезаются штифты) колонна с установочным патрубком поднимается на поверхность.

3. В скважину опускают отбурочный набор в составе: долото соответствующего размера (например, клин КОС -57-долото диаметром 59мм и т.д.), армированный переходник длиной 10-15см, бурильная труба диаметром 42мм.

Отбуривание производится от ложка клина на 1,0м при Р_ос=200-800даН и минимальной частоте вращения (ω=60-70мин^-1).

4. То же с переходником длиной 0,3м, углубка 1,2-1,5м, Р_ос=800-1500даН, ω=280мин^-1.

5. Проработка скважины долотом или алмазной коронкой, длина компоновки 0,7см. Углубка 1,2-1,5м, Р_ос=1200-2000даН, ω=350мин^-1.

6. Бурение тремя последовательными рейсами с применением колонковых труб длиной 1,5; 3,0 и 4,5м. Р_ос=1000-1800даН, ω=500мин^-1 и выше.

Операции 5 и 6 предназначены для устранения резкого углового смещения забуренного от клина ствола.

Существо этой операции состоит в разрушении поверхности стенки скважины со стороны выгнутой вовнутрь части ствола (линия 1 на рисунке 3.1). После проработки участок ствола имеет сглаженную кривизну, меньшую, чем допустимая, по условию прочности бурильных труб. При этом криволинейный участок ствола в месте искривления должен обеспечить свободное прохождение буровых компоновок с минимальной деформацией.

Наряду с клином КОС в практике буровых работ по направленному бурению широко применяется и усовершенствованная конструкция стационарного клина – клин КС с ОУ (клин стационарный с отбуривающим устройством). Названный клин позволяет сразу после установки на забой соединяющего отбурочный набор произвести забуривание уступа в стенке скважины коронкой отбурочного набора.

Отбуривание уступа при использовании клина КС с ОУ несколько сокращает время на проведение работ и повышает надежность и качество забуривания дополнительного ствола.

Основными проблемами при использовании стационарных клиньев являются осложнения и аварийность. В особо ответственных случаях формирующейся в кривизне обсадной колонной, длина которой составляет 4-5м пространства. Установка обсадной трубы влечет за собой уменьшение диаметра скважины.

Как показывает опыт использование стационарных клиньев, зачастую наблюдаются осложнения, связанные с кавернозностью ствола и, как следствие, с ненадежным закреплением клиньев.

Перед постановкой клина желательно производить кавернометрию ствола с целью выбора устойчивого и наименее разработанного интервала.

Для повышения надежности стационарных клиньев в ПГО «Сосновгеология» (Россия) разработано устройство распорного механизма с двумя узлами закрепления, которые работают независимо один от другого.

Устройство распорного механизма (рис. 3.4) состоит из двух раскрепляющих конусов 1, плашек 2, срезных штифтов 3, шлицевой втулки 4, шлицевого вала 5. Через удлинитель 6 распорный механизм соединяется с ложком клина. Устройство приводится в действие при постановке на забой с опиранием на шток 8. При этом последовательно закрепляются нижний узел, а при смыкании шлицевого соединения 4,5 – верхний узел. Устройство раскрепляющего механизма гарантирует закрепление клина 7 в двух точках при существенном различии в диаметре ствола (до 10-15 мм).

Рисунок 3.4 Схема распорного механизма стационарного клина.