способ снижения величины крутящих моментов буровой установки на этапах предварительного расширения скважины и при подготовке скважины к протаскиванию в нее трубопровода

Формула изобретения

Способ снижения величины крутящих моментов буровой установки на этапах предварительного расширения скважины при подготовке скважины к протаскиванию в нее трубопровода, включающий установку горизонтального бурения, бурильную колонну, расширитель, при этом расширение ствола скважины производят поэтапно путем пропуска расширителей, отличающийся тем, что формируют поперечное сечение скважины близкое к эллипсу, с расположением его наибольшего диаметра в вертикальной плоскости, снижают площадь срезаемого грунта за один проход расширителя по скважине путем повторного пропуска по скважине расширителя без увеличения диаметра расширителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства переходов трубопроводов методом наклонно-направленного бурения.

Перед протаскиванием трубопровода методом наклонно-направленного бурения площадь поперечного сечения скважины должна быть больше поперечного сечения рабочего трубопровода. Поэтому перед протаскиванием скважина должна быть расширена. Расширение ствола скважины производится поэтапно с увеличением диаметра расширителей с шагом, обычно равным 200 мм (2. О.Н.Благов, Г.Г.Васильев и др. «Сооружение подводных переходов газонефтепроводов методом наклонно-направленного бурения». Учебно-методическое пособие. М., 2003 г., с.163, 164).

В практике используют различные конструкции расширителей, но принцип их работы одинаков - расширители закрепляются на бурильной колонне, приводятся во вращение и протягиваются по направлению к буровой установке.

Величина расширения скважины зависит от грунтовых условий и диаметра трубопровода. Известен способ, по которому площадь поперечного сечения скважины должна не менее чем на 25% (в 1,25 раза) превышать площадь поперечного сечения протаскиваемого в ней трубопровода (1, 2, с.160).

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ расширения ствола скважины, который производится поэтапно с нарастающим увеличением диаметра расширителя.

Способ заключается в том, что после достижения проектного значения диаметра скважины путем поэтапного нарастающего увеличения диаметров расширителей, пропускаемых через скважину, скважина считается подготовленной к протаскиванию трубопровода (2. О.Н.Благов, Г.Г.Васильев и др. «Сооружение подводных переходов газонефтепроводов методом наклонно-направленного бурения». Учебно-методическое пособие. М., 2003 г., с.162, 163).

Недостатком способа является то, что для этого требуется применение высокоэнерговооруженных установок горизонтально-направленного бурения, оборудование буровых установок, бурильные трубы и буровой инструмент при этом работают в условиях экстремальных нагрузок от крутящего момента, поскольку конечный расширитель, с диаметром в 1,25 раза, превосходящий диаметр трубопровода, срезает за один свой проход по скважине площадь грунта с поперечным сечением, равную площади поверхности, срезаемой за два прохода расширителем одинакового диаметра согласно данному изобретению.

Задачей настоящего изобретения является снижение нагрузок на оборудование бурового станка, бурильные трубы и буровой инструмент в процессе предварительных и заключительном расширении скважины, получение возможности выполнять переходы трубопроводов больших диаметров, применяя менее энерговооруженные установки горизонтально-направленного бурения.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что известный способ снижения величины крутящих моментов буровой установки на этапах предварительного расширения скважины при подготовке скважины к протаскиванию в нее трубопровода, включающий установку горизонтального бурения, бурильную колонну, расширитель, при этом расширение ствола скважины производят поэтапно путем пропуска расширителей, согласно изобретения формируют поперечное сечение скважины, близкое к эллипсу, с расположением его наибольшего диаметра в вертикальной плоскости, снижают площадь срезаемого грунта за один проход расширителя по скважине путем повторного пропуска по скважине расширителя без увеличения диаметра расширителя.

Поперечное сечение скважины должно обеспечивать свободный естественный прогиб трубопровода под собственным весом, т.е. предоставлять трубопроводу наибольшую степень свободы в вертикальной плоскости, а другими словами поперечное сечение скважины должно представлять собой фигуру, близкую к эллипсу, с расположением его наибольшего диаметра в вертикальной плоскости. Указанное поперечное сечение скважины может быть сформировано расширителем меньшего диаметра, чем диаметр конечного расширения путем повторного пропуска расширителя меньшего диаметра по скважине в специальном технологическом режиме.

Кроме этого, на этапах предварительных расширений скважины, повторный пропуск расширителя одного диаметра облегчает, а порой является единственно возможным условием для получения возможности дальнейшего расширения скважины расширителем с большим диаметром.

Способ осуществления показан на следующем примере.

Необходимо протащить в скважину трубопровод диаметром 820 мм.

Применяемая система навигации обеспечивает выполнение профиля скважины точно по стволу перехода.

Наибольший допустимый радиус изгиба трубопровода, диаметром 820 мм при его естественном изгибе определяется по следующей формуле [1], стр.31:

1200×820 мм=924 м.

Допустимая максимальная интенсивность искривления 2 на длину одной буровой штанги 3, длиной 4 м равна:

57,3/924 м × 4 м=0,24 град.,

где 57,3 количество градусов в одном радиане.

При этом условии нижняя образующая расширителя 1, изменив свое первоначальное положение в процессе своего повторного протаскивания по скважине по глубине на 0,016 м 4 на длине одной штанги 3, равной 4 м, создаст сечение, максимально достаточное для расположения в этом сечении трубопровода с учетом его естественного изгиба (фиг.1).

Т.е. протащив расширитель 1 диаметром, равным 1000 мм по скважине дважды, можно добиться такого сечения скважины, близкого к эллипсу, которое обеспечит свободное прохождение в нем трубопровода.

При этом повторном расширении будет срезаться площадь поверхности грунта 5, равная

0,016 м × 1 м=0,016 м² (фиг.2).

При первичном расширении скважины расширителем 1000 мм, после расширителя диаметром 800 мм (выдерживая шаг расширения в 200 мм) будет срезана площадь, равная:

0,785(1 ²-0,8²)=0,4976 м².

В сумме величина площади срезаемого грунта при повторном и первичном расширениях составит

0,016+0,4976=0,5136 м ²,

причем это сечение, подобное эллипсу, предоставит возможность наиболее рационального расположения в нем трубопровода, т.к. будет расположено именно в плоскости естественного изгиба трубопровода.

Выполняя требование нормативных документов, а именно: площадь поперечного сечения скважины должна быть не менее чем на 25% (в 1,25 раза) превышать площадь поперечного сечения протаскиваемого в ней трубопровода

(0,785×0,82 ²)×1,25=0,6597 м²

площадь срезаемой поверхности получится большей, кроме этого, эта площадь будет срезаться за один проход расширителя 1 и при полученной при этом в сечении окружности трубопровод будет иметь меньшую степень свободы в плоскости своего естественного изгиба.

При первичном расширении скважины на расширитель 1 в основном действуют крутящий момент и сила тяги бурильных труб, стремящаяся отцентрировать расширитель в скважине. В идеале, при этом получается сечение скважины, близкое к окружности (фиг.3).

При повторном расширении скважины на расширитель 1 в основном действуют: крутящий момент и сила веса самого расширителя 1, под действием которой расширитель 1 формирует сечение скважины, близкое к эллипсу (фиг.4). Сила тяги бурильных труб, приложенная к расширителю при повторном расширении будет мала.

Чем меньше скорость повторного протаскивания расширителя 1 по скважине, тем будет больше его углубление относительно оси скважины.

В случае необходимости дальнейшего расширения скважины до большего диаметра, площадь поверхности, срезаемая следующим по размеру расширителем 1, снизится на величину 0,016 м² , а значит снизится и величина крутящего момента при его работе.

Порой описанный способ является единственной возможностью выполнения работ по строительству перехода, при имеющейся в наличии установке горизонтально-направленного бурения с низкой характеристикой крутящего момента, что было подтверждено промышленными испытаниями.

Принципиально вышеприведенные выкладки справедливы и к остальным возможным диаметрам применяемых расширителей и трубопроводов как на этапах предварительных расширений скважины, так и на этапах ее заключительного расширения.

Преимущества данного изобретения состоят в том, что:

- появляется возможность выполнения строительства переходов трубопроводов с применением менее энерговооруженных буровых установок горизонтального бурения;

- снижаются нагрузки на буровое оборудование, буровой инструмент от крутящего момента на этапах предварительного расширения скважины и на этапе подготовки скважины к протаскиванию в нее трубопровода.

Источники информации

1. СП 108-34-97. Строительство подводных переходов.

2. О.Н. Благов, Г.Г. Васильев и др. "Сооружение подводных переходов газонефтепроводов методом наклонно-направленного бурения". Учебно-методическое пособие, М., 2003 г.