Некоторые аспекты научно-технического обеспечения строительства горизонтальных скважин, страница 8

Для широко применяемой системы бурения горизонтального участка забойным двигателем в режиме ориентирования боковой силы на долоте можно перечислить следующие основные виды колебаний, генерируемых в бурильной колонне: продольные коле­бания от ухабов забоя и зубцов шарошечного долота, поперечные колебания от винтового двигателя, продольные и поперечные коле­бания от наддолотного шарового вибратора, крутильные колебания от долота.

Применение наддолотного шарового вибратора позволило повысить механическую скорость проходки на 20=30% [3]. Это по вышение механической скорости получено при том же показании индикатора масса, что и в базовом варианте технологии, в которой предусмотрена традиционная КНБК без вибратора.

Поскольку данные о нагрузке на долото от забойного прибора отсутствуют, нельзя сделать однозначного вывода о том, что при­рост механической скорости получен за счёт увеличения нагрузки на долото. Помимо нагрузки на долото увеличению механической скорости способствовало улучшение очистки забоя пульсирующими струями бурового раствора. Вероятность второго явления под­тверждается известными экспериментами по бурению с насадками, обеспечивающими пульсирующую промывку зоны долота и упомя­нутое выше значение приращения механической скорости.

Необходимо обратить внимание не только на неопределен­ность причины повышения механической скорости. Важно отметить, что значения механической скорости в базовом и эксперименталь­ном вариантах в 3-5 раз меньше механической скорости, достигае­мой в вертикальной скважане, когда силы сопротивления подаче


бурильной колонны ничтожно малы и осевая нагрузка на долото может быть определена по индикатору массы с большой точностью. Большая разница механических скоростей в горизонтальном и вер­тикальном стволах свидетельствует о недостаточной эффектив-нисти усилителя нагрузки на долото, представляющего собой ша­ровой вибратор.

Поперечные колебания от винтового двигателя, которые имеют место в базовом варианте, упомянутом выше, также не дают удовлетворительного результата. Можно предположить, что коле­бания, генерируемые в обоих вариантах, быстро затухают. Другими словами, действие этих колебаний распространяется на участок бурильной колонны, имеющий ограниченную длину.

Крутильные колебания бурильной колонны, генерируемые долотом не могут оказывать заметного влияния на силы трения, так как реализуемый на долоте момент и реактивный момент забойно­го двигателя малы из-за низкой нагрузки на долото. Уместно под­черкнуть, что при разрушении породы используется лишь малая часть мощности забойного двигателя. Кроме того, известно, что даже при создании оптимальной нагрузки на долото винтовой дви­гатель имеет резерв крутящего момента.

Упомянутый избыток крутящего момента может быть частич­но использован для генериривания крутильных колебаний буриль­ной колонны. Характер движения бурильной колонны при крутиль­ных колебаниях близок к характеру движения при вращении колон­ны ротором. Без большой погрешности можно считать, что в обоих случаях в любой момент времени колонна способна вращаться вокруг своей горизонтальной оси. Однако в случае крутильных ко­лебаний вращение ограничено определёнными углами поворота относительно среднего положения, которое определяется момен­том, затрачиваемым на разрушение породы долотом. Следует стремиться обеспечить достаточно высокий уровень скорости дви­жения внешней поверхности труб относительно стенки скважины на длине дуги окружности, соответствующей сумме упомянутых углов поворота. В идеале этот уровень должен приближаться к окружной скорости наружной поверхности труб, вращаемых ротором в режи­ме неориентированного положения компоновки. В таком предель­ном случае можно обеспечить создание уровня нагрузки на долото, достигнутого при вращении колонны с поверхности.

Для реализации метода снижения силы трения с помощью крутильных колебаний с учётом ранее проведёных исследований [5] на вал забойного двигателя над долотом устанавливают генератор крутильных колебаний. С целью оценки потенциальных возможно18