ДонНТУ   Портал магістрів

Скубко Анастасія Володимирівна

Факультет гірничо-геологічний

Кафедра Технологія і техніка геологорозвідувальних робіт

Спеціальність Технологія і техніка розвідки родовищ корисних копалин

Дослідження роботи відхилювача, який самооріентується, для умов похило-скерованого буріння геологорозвідувальних свердловин

Науковий керівник: к. т. н., доцент Юшков Іван Олександрович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Мета, завдання новизна і практична цінність дослідження
• 3. Аналітичний огляд
• 4. Обгрунтування і напрямок робіт
• 5. Опис розроблюваного механізму
• 6. Принцип дії розроблюваного механізму
• Перелік посилань

Вступ

Технологія і техніка направленого буріння, відпрацьована методика проектування і коригування траєкторії свердловин є одним із засобів вдосконалення процесу геологорозвідувальних робіт, що забезпечують скорочення обсягу буріння при одночасному підвищенні інформативності свердловин.

Застосування методів направленого буріння одно- і багатоствольних свердловин дозволяє скоротити терміни проведення та обсяги бурових робіт, а також зменшити витрати грошових коштів на пошуки, розвідку і подальшу розробку родовищ корисних копалин.

При бурінні скерованних свердловин, крім заходів, пов’язаних з поглибленням стовбура в заданому напрямку, необхідно також проводити ряд супутніх робіт. До їх числа відноситься орієнтування відхилювача за допомогою спеціальних технічних пристроїв – орієнтаторів.

Робота присвячена розробці відхилювача, який самооріентується для умов похило-скерованого буріння свердловин.

1. Актуальність теми

Буріння скерованних свердловин забезпечує підвищення якості геологічної інформації, скорочення витрат і боротьбу з ускладненнями при геологічній розвідці родовищ корисних копалин. Технологія скерованного буріння свердловин повинна забезпечувати зниження витрат часу і матеріальних засобів, збільшувати ефективність експлуатації родовища.

Застосування відхиляючих систем, які самоорієнтуються є досить актуальним, тому що процес налаштування і орієнтації механізму прості, орієнтація проходить в автоматичному чи напівавтоматичному дистанційному режимі, а також скорочується число допоміжних технологічних операцій і засобів, що застосовуються для створення необхідного напрямку свердловини.

2. Мета, завдання новизна і практична цінність дослідження

Мета дослідження: розробити принципову систему бурового снаряда, який саморієнтується в похило-скерованних свердловинах і конструкцію дистанційно-керованого орієнтатора.

Завдання дослідження:

1. Проаналізувати існуючі способи орієнтування та конструкцій для орієнтування бурового снаряда.
2. Дослідити роботу кулькового вузла бурового снаряда, який саморієнтується.
3. Спроектувати конструкцію універсального пристрою для орієнтування відхилювачів у похилих свердловинах.

Наукова новизна:

1. Запропоновано методику розрахунку конструктивних параметрів вузла самоорієнтування кулькового типу.
2. Встановлено вагові та геометричні параметри вузла орієнтування на стійку роботу снаряда.
3. Встановлено область стійкої роботи пристрою по зенітному куті похило-скерованної свердловини.

Практична цінність:

1. Очікується підвищення ефективності орієнтування бурового снаряда, пов’язане з дистанційним принципом роботи вузла, за рахунок зменшення допоміжних витрат часу.
2. Передбачена система повторного орієнтування відхилювача без вилучення бурового снаряда з свердловини.
3. Розроблено комплект конструкторської документації на універсальний саморієнтуючий пристрій.

3. Аналітичний огляд

Саморієнтуючі системи призначені для автоматичного розвороту корпусу під дією ваги орієнтатора. Дані системи реалізовані в приставці ОП, орієнтаторі АЗОР і в орієнтуючому вузлі Кедр.

Принцип самоорієнтування, заснований на здатності, ексцентрічно підвішеної маси, займати в похилій свердловині певне положення. При цьому реалізуються пристрої двох типів: або дебаланс вбудовується у відхилювач, або до відхилювача приєднується спеціальна дебалансна приставка – орієнтатор. Простий пристрій першого типу – відхиляючий клин з привареною всередині болванкою, що скидаються в свердловину вільно. Передбачається, що в похилій свердловині ексцентрично закріплений вантаж зорієнтує ложок клина в заданому напрямку щодо апсідальної площіни. Надійність такого засобу орієнтування невелика.

Більш ефективно використання дебалансного пристрою, пов’язаного з відхиляючим механізмом, який підвішується вільно на бурильній трубі, яка виконує роль вала, за допомогою підшипників, як зроблено в відхилювачі ДД-1-ТПИ, або використання спеціальної дебалансної приставки ОП-3 або АЗОР-1 конструкції ЗабНІІ. Слід зазначити, що спосіб самоорієнтування найменьш трудомісткий і досить перспективний.

Приставка ОП-3 (рис. 1) використовується для орієнтації відхилювача типу ТЗ, а також її можна застосовувати з відхилювачами інших типів після деяких конструктивних змін. Приставка ОП-3 складається з вузла установки, дебаланса і вузла підвіски. Вузол підвіски призначений для налаштування відхилювача відносно площини дії дебаланса і складається з перехідника 1, що з’єднується зі статором відхилювача ТЗ, затискної гайки 2 і регулювальної втулки 3. Свинцевий дебалансовий вантаж 5 розміщен в корпусі 4, що представляє собою трубу з поздовжнім вирізом.

Порожній вал 6 забезпечує передачу обертального моменту і подачу промивної рідини на вибій. У нижній частині він з’єднується з ротором відхилювача, а у верхній – з нижнім перехідником 7 вузла підвіски. Останній включає в себе корпус 8; підшипник 9, опорний вал 10 і верхній перехідник 11. На сполучених торцях корпусу 8 і перехідника 11 виконані кулачки, що забезпечують в зімкнутому положенні передачу обертального моменту.

Порядок роботи з приставкою ОП-3 і відхилювачем ТЗ наступний. З відхилювача знімають верхні перехідники ротора і статора і приставку з’єднують з відхилювачем. Потім налаштовують систему. Для цього послаблюють гайку 2 і між площиною дії відхилювача і площиною схилу дебаланса встановлюють необхідний кут. Після цього гайку 2 затягують і відхилювач спускають в свердловину. При цьому відхилювач і орієнтатор вільно підвішують на підшипнику.

Перед забоєм снаряд походжують, і під дією дебаланса відхилювач займає необхідний кут. При постановці відхилювача на вибій кулачки на перехіднику 11 і корпусі 8 приставки ОП-3 змикаються і забезпечують передачу обертального моменту від колони бурильних труб до породоруйнуючиго інструменту. У процесі викривлення свердловини можливе повторне орієнтування відхилювача. ОП-3 можна застосовувати в свердловинах з зенітним кутом не менше 3°.

Дана система має такі переваги як орієнтування в автоматичному режимі, а також досить просту технологію налаштування. Важливо відзначити, що маса вантажу не повинна перевищувати масу корпусу орієнтатора. Є обмеження по зенітному куту в межах від 5° до 60°.

Орієнтатор відхилювача безперервної дії Кедр (рис. 2) включає стакан 1 з пазом 2 і типовою торцевою поверхнею 3. Іншими основними елементами орієнтатора є кулька 4 і кошик 5. Кошик виконан в торці шлицевого роз’єму 8 у вигляді гнізд, розташованих по периметру зовнішнього краю шлицевого роз’єму 8 для розміщення кульки 4. Вал-ротор 6 відхилювача проходить через стакан 1, не маючи з’єднання з ним. Вал 6 виконаний складовим, а його складові частини з’єднані шліцьовим роз’ємом 8 (у Кедра використовується два шліцьових роз’єма для збільшення ходу валу). Корпус-статор відхилювача 7 з’єднаний зі стаканом 1. На валу 6 під шліцьовим роз’ємом 8 встановлена поворотна пружина 9.

Орієнтування відхилювача починається з його постановки на забій похилої свердловини під навантаженням. При певному переміщенні вниз і укорочуванні вала 6, за рахунок змикання шліцевого роз’єму 8, стискається пружина 9, а кулька 4 звільняючись, під дією сили тяжіння, орієнтується і займає саме нижнє гніздо в кошику 5. Операція постановки відхилювача безперервної дії на забій супроводжується короткочасним підвищенням (суміжні циркуляційні отвори розімкнуті), а потім зниженням тиску промивальної рідини (суміжні циркуляційні отвори збігаються), що відзначається за манометром бурового насоса.

Для орієнтування відхилювач розвантажують і підіймають над вибоєм. У момент розвантаження корзина 5 з зафіксованої в її гнізді кулькою 4 під дією стислої пружини 9 зміщується вгору і взаємодіє з гвинтовою поверхнею 3 стакана 1.

Під дією кульки 4, відбувається поворот стакана 1 разом з корпусом відхилювача.

Поворот стакана 1 і корпуса 7 відхилювача безперервної дії відбувається до тих пір, поки положення кульки 4 не відповідатиме положенню паза 2 стакана 1. У цьому випадку кулька 4 провалюється в паз 2. Відбувається задане переміщення вала 6 вгору, що призводить до поєднання отворів в валу 6 з іншими отворами циркуляційної системи відхилювача. В результаті при орієнтуванні спочатку зростає, а потім знижується тиск промивної рідини, що сприймається як сигнал про орієнтування відхилювача.

У процесі орієнтування потрібний кут орієнтації відхилювача можна встановити не за одну, а за дві, три та більше операцій постановки і відриву відхилювача від вибою до отримання сигналу про орієнтування.

Вагомою перевагою орієнтатора є можливість повторної орієнтації вже на етапі буріння свердловини в заданому напрямку. Повторне орієнтування особливо на найдовших інтервалах набору кривизни, підвищує точність викривлень.

Автоматичний забійний орієнтатор АЗОР-57 (рис. 3) призначений для орієнтування відхилювача будь-якого типу при направленому бурінні свердловин діаметром 59 і 76 мм із зенітними кутами від 3° до 60°.

Орієнтатор є гідромеханічним аналогом механічного орієнтатора відхилюючого комплексу Кедр і, в деякій мірі, близький по конструкції до орієнтатору ОГШ.

Містить три функціональних пристрої: вузол установки у вигляді роз’ємного шлицевого сполучення, контрольний пристрій у вигляді системи сполучених отворів і ориєнтуючий пристрій у вигляді гвинтового механізму з кулькою, вільно встановленою в апсідальній площині свердловини. Всі пристрої скомпоновані в дві збірні одиниці – вузол установки і контрольно-орієнтуючий вузол.

Вузол установки складається з перехідника 1, гайки 2, втулки 3 і напівмуфти 4.

Контрольно-орієнтуючий вузол складається з роторної і статорної частин. Ротор складається з шпоночного вала 7, клапана 10 з кулькою 9, вала 14, пружини 15, стакана 20 з гвинтовою поверхнею і ориентируючим пазом. Статор складається з верхньої напівмуфти 5, патрубка 12, кошика 16, на торцевій поверхні якого виконані пази для розміщення в них кульки 18, корпусу 19, перехідника 25, в якому встановлено штифт 24, що служить для блокування ротора зі статором.

Принцип роботи наступний: при спуску в похилу свердловину кулька 18 встановлюється в апсідальній площині. При подачі промивної рідини клапан 10 закривається, і в порожнині під поршнем 22 створюється гідравлічний тиск. Поршень 22 і пов’язаний з ним вал 14 зміщуються вниз, відбувається фіксація кульки 18 в одному з пазів кошика 16.

При подальшому русі вала 14 вниз стакан 20 набігає гвинтовою поверхнею на зафіксовану кульку 18 і забезпечує поворот валу 14, який передається через шпонку 13 вузлу установки і приєднаному до нього відхилювачу. Далі вал 14 продовжує рух вниз до суміщення радіальних отворів з кільцевою проточкою вала 7, що супроводжується припиненням зростання гідравлічного тиску і початком циркуляції промивної рідини в свердловині. Цей момент фіксується по манометру бурового насоса і свідчить про завершення процесу орієнтування.

Автоматичний забійний орієнтатор АЗОР-57 має такі переваги: орієнтування в автоматичному режимі; можливість передачі досить великого обертального моменту; досить просту технологію налаштування. З недоліків можна відзначити обмеження по зенітному куту (3–60°), а також можливе викривлення установки в зв’язку з фіксованим положенням кошика.

4. Обгрунтування і напрямок робіт

По даній темі, на основі аналітичного огляду, буде проводитись розробка саморієнтуючоі системи відхиляючих бурових снарядів. Прототипом для удосконалення механізму є автоматичний забійний орієнтатор АЗОР-57. Розробка передбачає удосконалення принципу дії механізму, шляхом зміни деяких вузлів механізму, зміни деталей конструкції. У конструкції в порівнянні з прототипом буде змінено принцип установки кульки в апсідальной площині за допомогою спеціальної корзини, а також змінено принцип виходу рідини з пристрою. Також буде досліджено роботу вузла самооріентування кулькового типу та розроблено методику розрахунку його конструктивних параметрів.

5. Опис розроблюваного механізму

Орієнтатор (рис. 4) включає перехідник 1 для з’єднання з бурильною колоною і перехідник 2 для з’єднання з відхилювачем. Механізм включає в себе стакан 7 з’єднанний з валом 21 за допомогою штифта 9. Стакан 7 кріпиться на різьбі до поршня 6. Шарик 10 вільно перекочується між валом 21 і корпусом 3. В муфті 4 розташовується канавка 11 для кульки 10. Внутрішній виступ муфти 4 знаходиться в зіткненні з поршенем 13, який упирається в виту пружину 14. У внутрішній порожнині валу 21 распологаєтся кулька 16, перекриваючи внутрішню порожнину вала. Вал 19 з’єднаний з валом 15 за допомогою муфти 17, яка утворює порожнину 23, предназаначену для виходу рідини через отвори 22 у валі 21. Вал 19 встановлен на підшипниках 18. Вал 20 встановлен на шліцьовому ходу.

6. Принцип дії розроблюваного механізму

Орієнтатор з’єднують з відхилювачем і спускають на колоні бурильних труб в свердловину, підвішуючи над забоєм. При спуску орієнтатора кулька встановлюється в апсідальной площині свердловини. Після включають буровий насос і промивна рідина надходить у порожнину вала 21 (рис. 4), тиск збільшується, що приводить до зміщення поршня 6 і стакана 7, а разом з ним і вала 21, який зміщуючись вниз дозволяє, встановленій в розточці, кульці 10 потрапити в пази кошика 11. Стакан продовжуючи зміщення вниз, насувається на кульку, провертається разом з валом 21, що забезпечує необхідний кут орієнтування свердловини. Далі вал 21 продовжує переміщатися та натискає на поршень 13 і пружину 14. Нижня частина вала 21 зміщується і виходить у порожнину 23. Через отвори 22 промивна рідина виходить в порожнину 23. Тиск на манометрі падає, що говорить про закінчення процесу орієнтування.

Після закінчення процесу орієнтування відхилювач з орієнтатором ставлять на забій, орієнтатор зміщується вниз. Далі проводять з’єднання різьб перехідника 2 і напівмуфти 24.

При бурінні обертальний момент передається через перехідник 1, корпус орієнтатора 3, і перехідник 2 до відхилювача.

Перелік посилань

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.