ДонНТУ   Портал магистров

Скубко Анастасия Владимировна

Факультет горно-геологический

Кафедра Технология и техника геологоразведочных работ

Специальность Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых

Исследования работы самоориентирующегося отклонителя для условий наклонно-направленного бурения геологоразведочных скважин

Научный руководитель: к. т. н., доцент Юшков Иван Александрович

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цели, задачи новизна и практическая ценность исследования
• 3. Аналитический обзор
• 4. Обоснование и направление работ
• 5. Описание разрабатываемого механизма
• 6. Принцип действия разрабатываемого механизма
• Список источников

Введение

Технология и техника направленного бурения, отработанная методика проектирования и корректирования траектории буровых скважин являются одним из средств совершенствования процесса геологоразведочных работ, обеспечивающих сокращение объема бурении при одновременном повышении информативности скважин.

Применение методов направленного бурения одно- и многоствольных скважин позволяет сократить сроки проведения и объемы буровых работ, а также уменьшить затраты денежных средств на поиски, разведку и дальнейшую разработку месторождений полезных ископаемых.

При бурении направленных скважин, кроме мероприятий, связанных с углублением ствола в заданном направлении, необходимо также проводить ряд сопутствующих работ. К их числу относится ориентирование отклонителей при помощи специальных технических средств – ориентаторов.

Работа посвящена разработке самоориентирующегося отклонителя для условий наклонно-направленного бурения скважин.

1. Актуальность темы

Бурение направленных скважин обеспечивает повышение качества геологической информации, сокращение затрат и борьбу с осложнениями при геологической разведке месторождений полезных ископаемых. Технология направленного бурения скважин должна обеспечивать снижение затрат времени и материальных средств, увеличивать эффективность эксплуатации месторождения.

Применение самоориентирующих отклоняющих систем является достаточно актуальным, т. к. процесс настройки и ориентации механизма просты, ориентация проходит в автоматическом или полуавтоматическом дистанционном режиме, а также сокращается число вспомогательных технологических операций и средств, применяемых для создания необходимого направления скважины.

2. Цели, задачи новизна и практическая ценность исследования

Цель исследования: разработать принципиальную систему самоориентирования бурового снаряда в наклонно-направленных скважинах и конструкцию дистанционно управляемого ориентатора.

Задачи исследования:

1. Проанализировать существующие способы ориентирования и конструкции для ориентирования бурового снаряда.
2. Исследовать работу узла самоориентирования бурового снаряда шарикового типа.
3. Спроектировать конструкцию универсального самоориентирующего устройства для ориентирования отклоняющих снарядов в наклонных скважинах.

Научная новизна:

1. Предложена методика расчета конструктивных параметров узла самоориентирования шарикового типа.
2. Установлены весовые и геометрические параметры узла ориентирования на устойчивую работу снаряда.
3. Установлена область устойчивой работы самоориентирующего устройства по зенитному углу наклонно-направленной скважины.

Практическая ценность:

1. Ожидается повышение эффективности ориентирования бурового снаряда, связанное с дистанционной принципом работы узла, за счет уменьшения вспомогательных затрат времени.
2. Предусмотрена система повторного ориентирования отклонителя без извечения бурового снаряда из скважины.
3. Разработан комплект конструкторской документации на универсальное самоориентирующее устройство.

3. Аналитический обзор

Самоориентирующие системы предназначены для автоматического разворота корпуса под действием веса ориентатора. Данные системы реализованы в ориентирующей приставке ОП, ориентаторе АЗОР и в ориентирующем узле «Кедр».

Принцип самоориентирования, основан на способности, эксцентрично подвешенной массы, занимать в наклонной скважине определенное положение. При этом реализуются устройства двух типов: либо дебаланс встраивается в отклонитель, либо к отклонителю присоединяется специальная дебалансная приставка-ориентатор. Простейшее устройство первого типа – отклоняющий клин с приваренной внутри болванкой, сбрасываемый в скважину свободно. Предполагается, что в наклонной скважине эксцентрично закрепленный груз сориентирует ложок клина в заданном направлении относительно апсидальной плоскости. Надежность такого средства ориентирования невелика.

Более эффективно использование дебалансного устройства, связанного с отклоняющим механизмом и подвешиваемого свободно на бурильной трубе, которая выполняет роль вала, с помощью подшипников, как сделано в отклонителе ДД-1-ТПИ, или использование специальной дебалансной приставки ОП-3 либо АЗОР-1 конструкции ЗабНИИ. Следует отметить, что способ самоориентирования наименее трудоемкий и весьма перспективный.

Приставка ОП-3 (рис. 1) используется для ориентации отклонителей типа ТЗ, а также ее можно применять с отклонителями других типов после некоторых конструктивных изменений. Приставка ОП-3 состоит из узла установки, дебаланса и узла подвески. Узел подвески предназначен для настройки отклонителя относительно плоскости действия дебаланса и состоит из переходника 1, соединяемого со статором отклонителя ТЗ, зажимной гайки 2 и регулировочной втулки 3. Свинцовый дебалансовый груз 5 размещен в корпусе 4, представляющем собой трубу с продольным вырезом.

Полый вал 6 обеспечивает передачу крутящего момента и подачу промывочной жидкости на забой. В нижней части он соединяется с ротором отклонителя, а в верхней с нижним переходником 7 узла подвески. Последний включает в себя корпус 8; подшипник 9, опорный вал 10 и верхний переходник 11. На сопрягаемых торцах корпуса 8 и переходника 11 выполнены кулачки, обеспечивающие в сомкнутом положении передачу крутящего момента.

Порядок работы с приставкой ОП-3 и отклонителем ТЗ следующий. С отклонителя снимают верхние переходники ротора и статора и приставку соединяют с отклонителем. Затем настраивают систему. Для этого ослабляют гайку 2 и между плоскостью действия отклонителя и плоскостью отвеса дебаланса устанавливают требуемый угол. После этого гайку 2 затягивают и отклонитель спускают в скважину. При этом отклонитель и ориентатор свободно подвешивают на подшипнике.

Перед забоем снаряд расхаживают, и под действием дебаланса отклонитель занимает требуемый угол. При постановке отклонителя на забой кулачки на переходнике 11 и корпусе 8 приставки ОП-3 смыкаются и обеспечивают передачу крутящего момента от колонны бурильных труб к породоразрушающему инструменту. В процессе искривления скважины возможно повторное ориентирование отклонителя. Ориентирующую приставку ОП-3 можно применять в скважинах с зенитным углом не менее 3°.

Данная система имеет такие преимущества как ориентирование в автоматическом режиме, а также достаточно простую технологию настройки. Важно отметить, что масса груза не должна превышать массу корпуса ориентатора. Имеются ограничения по зенитному углу в пределах от 5° до 60°.

Ориентатор отклонителя непрерывного действия Кедр (рис. 2) включает стакан 1 с пазом 2 и типовой торцевой поверхностью 3. Другими основными элементами ориентатора является шарик 4 и корзина 5. Корзина выполнена в торце шлицевого разъема 8 в виде гнезд располагаемых по периметру внешнего края шлицевого разъема 8 для размещения шарика 4. Вал-ротор 6 отклонителя проходит через стакан 1, не имея соединения с ним. Вал 6 выполнен составным, а его составные части соединены шлицевым разъемом 8 (у Кедра используется два шлицевых разъема для увеличения хода вала). Корпус-статор отклонителя 7 соединен со стаканом 1. На валу 6 под шлицевым разъемом 8 установлена возвратная пружина 9.

Ориентирование отклонителя начинается с постановки отклонителя на забой наклонной скважины под нагрузкой. При некотором перемещении вниз и укорачивании вала 6, за счет смыкания шлицевого разъема 8, сжимается пружина 9, а шарик 4 освобождаясь, под действием силы тяжести, ориентируется и занимает самое нижнее гнездо в корзине 5. Операция постановки отклонителя непрерывного действия на забой сопровождается кратковременным повышением (смежные циркуляционные отверстия разомкнуты), а затем понижением давления промывочной жидкости (смежные циркуляционные отверстия совпадают), что отмечается по манометру бурового насоса.

Для ориентирования отклонитель разгружают и приподнимают над забоем. В момент разгрузки корзина 5 с зафиксированным в ее гнезде шариком 4 под действием сжатой пружины 9 перемещается вверх и взаимодействуют с винтовой поверхностью 3 стакана 1.

Под действием шарика 4, происходит поворот стакана 1 вместе с корпусом отклонителя.

Проворот стакана 1 и корпуса 7 отклонителя непрерывного действия происходит до тех пор, пока положение шарика 4 не совпадет с положением паза 2 стакана 1. В этом случае шарик 4 проваливается в паз 2. Происходит заданное перемещение вала 6 вверх, что приводит к совмещению отверстий в валу 6 с другими отверстиями циркуляционной системы отклонителя. В результате при ориентировании первоначально возрастает, а затем снижается давление промывочной жидкости, что воспринимается как сигнал об ориентировании отклонителя.

В процессе ориентирования нужный угол ориентации отклонителя можно установить не за одну, а за две, три и более операций постановки и отрыва отклонителя от забоя до получения сигнала об ориентировании.

Существенным достоинством ориентатора является возможность повторной ориентации уже на этапе бурения скважины в заданном направлении. Повторное ориентирование особенно на протяженных интервалах набора кривизны, существенно повышает точность искривлений.

Автоматический забойный ориентатор АЗОР-57 (рис. 3) предназначен для ориентирования отклонителей любого типа при направленном бурении скважин диаметром 59 и 76 мм с зенитными углами от 3° до 60°.

Ориентатор является гидромеханическим аналогом механического ориентатора отклоняющего комплекса Кедр и, в некоторой степени, близок по конструкции к ориентатору ОГШ.

Содержит три функциональных устройства: узел установки в виде разъемного шлицевого сопряжения, контрольное устройство в виде системы сообщающихся отверстий и ориентирующее устройство в виде винтового механизма со свободно устанавливающимся в апсидальной плоскости скважины шариком. Все устройства скомпонованы в две сборочные единицы – узел установки и контрольно-ориентирующий узел.

Узел установки состоит из переходника 1, гайки 2, втулки 3 и полу муфты 4.

Контрольно-ориентирующий узел состоит из роторной и статорной частей. Ротор состоит из шпоночного вала 7, клапана 10 с шариком 9, вала 14, пружины 15, стакана 20 с винтовой поверхностью и ориентирующим пазом. Статор состоит из верхней полумуфты 5, патрубка 12, корзины 16, на торцевой поверхности которой выполнены пазы для размещения в них шарика 18, корпуса 19, переходника 25, в которой установлен штифт 24, служащий для блокировки ротора со статором.

Принцип работы следующий: при спуске в наклонную скважину шарик 18 устанавливается в ее апсидальной плоскости. При подаче промывочной жидкости клапан 10 запирается, и в полости под поршнем 22 создается гидравлическое давление. Поршень 22 и связанный с ним вал 14 перемещаются вниз, происходит фиксация установившегося шарика 18 в одном из пазов корзины 16.

При дальнейшем движении вала 14 вниз стакан 20 набегает винтовой поверхностью на зафиксированный шарик 18 и обеспечивает поворот вала 14, который передается через шпонку 13 узлу установки и присоединенному к нему отклонителю. Далее вал 14 продолжает движение вниз до совмещения радиальных отверстий с кольцевой проточкой вала 7, что сопровождается прекращением роста гидравлического давления и началом циркуляции промывочной жидкости в скважине. Этот момент фиксируется по манометру бурового насоса и свидетельствует о завершении процесса ориентирования.

Автоматический забойный ориентатор АЗОР-57 имеет такие преимущества: ориентирование в автоматическом режиме; возможность передачи достаточно большого поворотного моента благодаря качению; достаточно простую технологию настройки. Из недостатков можно отметить ограничение по зенитному углу (3–60°), а также возможное искажение установки в связи с фиксированным положением корзинки.

4. Обоснование и направление работ

По данной теме, на основе аналитического обзора, будет проводится разработка самоориентирующей системы отклоняющих буровых снарядов. Прототипом для усовершенствования механизма является автоматический забойный ориентатор АЗОР-57. Разработка предусматривает усовершенствование принципа действия механизма, путем изменения некоторых узлов механизма, изменения деталей конструкции. В конструкции по сравнению с прототипом будет изменен принцип установки шарика в апсидальной плоскости при помощи специальной корзины, а также изменен принцип выхода жидкости из устройства. Также будет исследована работа узла самоориентирования шарикового типа и разработана методика расчета его конструктивных параметров.

5. Описание разрабатываемого механизма

Ориентатор (рис. 4) включает переходник 1 для соеденения с бурильной колонной и переходник 2 для соединения с отклонителем. Механизм включает в себя стакан 7 соедененный с валом 21 при помощи штифта 9. Стакан 7 крепится на резьбе к поршню 6. Шарик 10 свободно перекатывается между валом 21 и корпусом 3. В муфте 4 распологается канавка 11 для шарика 10. Внутренний выступ муфты 4 находится в соприкосновении с поршенем 13, который упирается в витую пружину 14. Во внутренней полости вала 21 распологается шарик 16, перекрывая внутреннюю полость вала. Вал 19 соединен с валом 15 при помощи муфты 17, которая образует полость 23, предназаначенную для выхода жидкости через отверстия 22 в вале 21. Вал 19 установлен на подшипниках 18. Вал 20 установлен на шлицевом ходу.

6. Принцип действия разрабатываемого механизма

Ориентатор соединяют с отклонителем и спускают на колонне бурильных труб в скважину, подвешивая над забоем. При спуске ориентатора шарик устанавливается в апсидальной плоскости скважины. После включают буровой насос и промывочная жидкость поступает в полость вала 21 (рис. 4), давление увеличивается, что приводит к перемещению поршня 6 и стакана 7, а вместе с ним и вала 21, который перемещаясь вниз позволяет, установленному в расточке, шарику 10 попасть в пазы корзины 11. Стакан продолжая перемещение вниз, надвигается на шарик, проворачивается вместе с валом 21, что обеспечивает необходимый угол ориентирования скважины. Далее вал 21 продолжает перемещаться надавливает на поршень 13 и пружину 14. Нижняя часть вала 21 перемещается и выходит в полость 23. Через отверстия 22 промывочная жидкость выходит в полость 23. Давление на манометре падает, что говорит об окончании процесса ориентирования.

После окончания процесса ориентирования отклонитель с ориентатором ставят на забой, ориентатор перемещается вниз. Далее производят соединение резьб переходника 2 и полумуфты 24.

При бурении крутящий момент передается через переходник 1, корпус ориентатора 3, и переходник 2 к отклонителю.

Список источников

1. Сулакшин С.С. Направленное бурение. – М.: Недра, 1987. – 272 с.
2. Зиненко В.П. Направленное бурение. – М.: Недра, 1990. – 151 с.
3. Калинин А.Г., Григорян Н.А., Султанов Б.З. Бурение наклонных скважин: Справочник/Под ред. А.Г. Калинина. – М.: Недра, 1990. – 348 с.
4. Калинин А.Г. Искривление скважин. – М.: Недра,1987. – 304 с.
5. Морозов Ю.Т. Методика и техника направленного бурения на твёрдые полезные ископаемые. – Л.: Недра, 1987. – 221 с.
6. Сулакшин С.С. Закономерности искривления и направленное бурение геологоразведочных скважин. – М.: Недра, 1966, – 285 с.
7. Сулакшин С.С., Калинин А.Г., Спиридонов Б. И. Техника и технология направленного бурения скважин. – М.: Недра, 1967, 216 с.
8. Шитихин В.В. Технические средства для направленного бурения скважин малого диаметра. – Л.: Недра, 1978. – 112 с.
9. Курсове та дипломне проектування бурових робіт: Навчальний посібник/О.І. Калініченко, О.С. Юшков, Л.М. Івачов та інші – Донецьк: ДонНТУ, 1998. – 153 с.
10. Юшков А.С., Серик Е.Л. Бурение геологоразведочных скважин. – М.: Недра, 1976. – 286 с.
11. Пилипец В. И. Бурение скважин и добыча полезных ископаемых: В 2-х томах. Том 1. Учебник для вузов. – Донецк, ООО «Типография «Новый мир» 2010. – 760с.