Определение допустимой интенсивности искривления скважин

Выбор необходимой интенсивности искривления ствола производится с учетом нескольких факторов. Очевидно, что при значительной интенсивности искривления, ухудшаются условия эксплуатации всего оборудования и инструмента, при спуске бурильных и обсадных колонн возможны посадки и образование желобов. Однако длина интервала искривления в этом случае сокращается, что приводит к уменьшению дополнительных затрат времени на бурение с отклонителем. При малой интенсивности искривления затраты за счет увеличения длины интервала бурения с отклонителем существенно выше.

Допустимый радиус кривизны определяется с различных точек зрения. Во-первых, минимально допустимый радиус кривизны ствола рассчитывается исходя из условий проходимости всего инструмента и оборудования по скважине. При принудительном спуске гладкого забойного двигателя с долотом в искривленной скважине под действием собственного веса и веса части бурильной колонны минимальный радиус кривизны скважины R_min определяется по формуле

(10)

где L_т – длина турбобура, м; d_т – его диаметр, м; D – диаметр долота; σ_т – предел текучести стали; Е – модуль упругости стали, МПа; К_к - коэффициент кавернозности скважины.

При этом условии напряжения изгиба в корпусе забойного двигателя не превысят предела упругости материала.

Если принудительный спуск невозможен (спуск на кабеле, тросе), то между инструментом и стенками скважины должен быть зазор, величина которого согласно инструкции принимается равным 1,5 - 3 мм. В общем случае достаточно точно минимальный радиус кривизны R_min с этой точки зрения определяется по формуле [1]

R_min = L²/ [8 ^. (D - d - k)], (11)

где L - длина спускаемого инструмента, м; d - его диаметр, м; D - диаметр скважины или внутренний диаметр соответствующей обсадной колонны в зависимости от исходных условий расчета, м; k - необходимый зазор, м.

Во-вторых, чтобы не происходило разрушение стенок скважины при спуско-подъемных операциях, т.е. для исключения желобообразования, минимальный радиус искривления R должен удовлетворять следующему условию [1]

R > P ^. l/ F_доп, (12)

где P - натяжение бурильной колонны при подъеме инструмента, кН; l - расстояние между замками, м; F_доп - допустимая сила прижатия замка к стенке скважины, кН.

Для условий Западной Сибири при глубинах до 1000 м F_доп = 10 кН, а при больших глубинах F_доп = 20-30 кН. В крепких породах F_доп = 40-50 кН. [1]

В-третьих, для нормальной эксплуатации бурильных и обсадных колонн, т.е. для того, чтобы напряжение в трубах за счет изгиба в искривленных интервалах не превышали допустимых, минимальный радиус кривизны R_min должен быть следующим

R_min ³ E^. d/2 [σ_изг], (13)

E - модуль упругости, МПа/мм²; d - наружный диаметр труб, мм; [σ_изг] - допустимое напряжение изгиба, МПа/мм².

При роторном способе бурения допустимый радиус кривизны, естественно, должен быть больше за счет увеличения эквивалентных напряжений в колонне бурильных труб, но расчет минимального радиуса здесь не приводится, так как этот способ бурения наклонно направленных скважин в нашей стране практически не применяется.

Определив минимальные радиусы по формулам (10) - (13), выбирают наибольший, по которому и ведут дальнейшее проектирование.

Нередко минимальный радиус кривизны оговаривается инструкциями. Так, например, до недавнего времени в Западной Сибири максимальная интенсивность искривления была ограничена величиной в 2 град/10 м, что соответствует радиусу кривизны около 285 м, затем эта величина была уменьшена до 1,5 град/10 м.

Значительно ограничивается интенсивность искривления ствола в интервале установки насосного оборудования. Согласно инструкции она должна быть не более 3 град/100 м. Это ограничение связано с тем, что в искривленных участках существенно снижается межремонтный период (МРП) насосного оборудования, который является одним из основных показателей его работы.