Буровое оборудование: опорно-центрирующий инструмент

[EpikhinAV]

Часть 1

Опорно-центрирующий бурильный инструмент - это группа оборудования в составе компоновок низа бурильной колонны, бурильной или обсадной колонны, которое выполняет опорно-центрирующие функции.

Задачи, выполняемые данным инструментом:

• калибровка и выравнивание стенок скважины с целью поддержания номинального диаметра ствола и удаления неустойчивых элементов из зоны предразрушения;
  
• центровка инструмента и создание равномерного кольцевого зазора вокруг бурильного инструмента или обсадной колонны;
  
• варьирование жестокости КНБК для лучшего контроля и управления траекторией наклонно-направленной скважины.
  

Данное оборудование можно классифицировать по нескольким критериям:

1. По области применения: бурение скважин (в составе КНБК и бурильных колонн), цементирование скважин (в составе обсадной колонны)
   
2. По расположению в составе инструмента: в составе КНБК, в составе бурильной колонны, в составе обсадной колонны.
   
3. По типу: калибраторы, центраторы, стабилизаторы.
   
4. По функционалу: калибровка и выравнивание стенок (калибраторы), центровка инструмента (центраторы), управление жесткостью инструмента (калибраторы, центраторы, стабилизаторы), выполнение прочих функций (расширители, центраторы-турбулизаторы).
   
5. По конструкции: шарошечные, лопастные, плашечные, роликовые.
   
6. По жесткости собственной конструкции: жесткие, упругие.
   
7. По постоянству типоразмера: одноразмерные, переменного диаметра.
   

[EpikhinAV]

Часть 2

Калибратор – это элемент компоновки низа бурильной колонны, который может выполнять функции, как породоразрушающего инструмента, так и опорно-центрирующего инструмента. Возможность активно воздействовать на стенки скважины обусловлена мощной конструкцией его породоразрушающих элементов.

Основными функциями калибратора являются:

-                Поддержание номинального диаметра ствола скважины (поэтому калибратор должен выбираться под диаметр долота и устанавливаться между ним и забойным двигателем, чтобы иметь возможность вращаться и активно взаимодействовать со стенками скважины);

-                Выравнивание стенок скважины и удаление из их массива потенциально неустойчивых элементов;

-                Центровка инструмента относительно забоя скважины (эти функции калибратор может выполнять, если его установить как непосредственно над долотом, так и выше, в КНБК);

-                Варьирование жесткости компоновки низа бурильной колонны (это достигается за счет изменения количества калибраторов и расстояния между ними в рамках КНБК).

Если говорить о конструкции калибратора, то в общем виде в ней можно выделить:

-                Корпус, который чаще всего имеет цилиндрический вид;

-                Контактные элементы (это могут быть лопасти или шарошки, которые обеспечивают основной функционал калибратора);

-                Вооружение (оно устанавливается на контактные элементы для повышения их срока службы и износостойкости);

-                Присоединительные резьбы (расположены на концах калибратора для установки его в КНБК – могут быть ниппельные, могут муфтовые, в зависимости от конструкции калибратора).

[EpikhinAV]

Часть 3

Центраторы – это опорно-центрирующий инструмент, который может использоваться, как в составе КНБК бурильных колонн, так и в качестве технологической оснастки обсадных колонн.

 

Основным отличием центратора от калибратора в составе КНБК бурильных колонн является менее выраженное вооружение и меньшая длина. Центраторы КНБК могут быть вставными, то есть размещаемыми в составе КНБК в качестве отдельного элемента, а также корпусными, которые устанавливаются на корпус того или иного оборудования, например, винтового забойного двигателя.

   

В большинстве случаев центраторы КНБК и бурильных колонн имеют лопастное исполнение. Лопасти центраторов могут иметь прямую или спиральную форму. Сами центраторы могут быть фиксированного типа и вращающиеся, у которых центрирующая часть (часть корпуса с лопастями) закреплена на основной части корпуса с помощью подшипников.

 

Центраторы КНБК имеют следующее назначение:

-              Обеспечение центровки КНБК в скважине;

-              Регулирование жесткости КНБК в условиях наклонно-направленного бурения;

-              Профилактика синусоидального изгиба КНБК и нижней части бурильной колонны.

 

Если говорить о конструкции центратора, то в общем виде в ней можно выделить:

-                Корпус, который чаще всего имеет цилиндрический вид, и может вид цельный или составной (для вращающихся центраторов);

-                Контактные элементы (чаще всего это лопасти, которые обеспечивают основной функционал калибратора);

-                Вооружение (оно устанавливается на контактные элементы для повышения их срока службы и износостойкости, но оно менее выражено по сравнению с калибраторами);

- Подшипниковые узлы (элементы обеспечивающие вращение подвижных частей ценратора);

-                Присоединительные резьбы (расположены на концах центратора для установки его в КНБК – могут быть ниппельные, могут муфтовые, в зависимости от конструкции центратора).

 

Центраторы обсадных колонн являются элементом технологической оснастки, который используется для обеспечения эксцентриситета обсадной колонны в стволе скважины, а также для обеспечения турбулизации цементного раствора при его перемещении по кольцевому пространству (если это допускает конструкция самого центратора).

 

Центраторы обсадных колонн являются корпусными, то есть устанавливаются поверх тела обсадных колонн. Чаще всего они имеют определённый диапазон перемещения вдоль тела трубы, который ограничивается или муфтами трубы, или специально установленными элементами крепежа.

 

Сами центраторы обсадных колонн можно разделить на несколько подкатегорий:

- упругие центраторы или пружинные центраторы (цементировочные фонари) – имеют сквозной корпус и ребра, которые могут под нагрузкой работать в виде рессоры, что придает им визуальную схожесть с бумажными фонариками; данный тип центраторов при перемещении по стволу скважины за счет накопленной упругости в ребрах «прыгает» по стенке скважины, облегчая тем самым спуск, но их не рекомендуется вращать, поскольку это обычно вызывает разрушение ребер из-за высокого реактивного момента;

   

- центраторы жесткого типа - чаще всего они имеют корпус цилиндрического типа с прямолинейными лопастями, могут отличаться материалом исполнения корпуса и внешнего покрытия (для снижения абразивного износа);

   

- центраторы-турбулизаторы жесткого типа – имеют корпус цилиндрического вида со спиральными лопастями, могут отличаться материалом исполнения корпуса и внешнего покрытия (для снижения абразивного износа);

   

- центраторы роликового типа – имеют корпус с лопастями, на которых в одном или двух ортогональных направлениях установлены ролики, облегчающие его спуск в скважину (снижающие силы трения); важно понимать, что такие центраторы будут хорошо работать только в интервале обсаженного ствола.
   

[EpikhinAV]

Часть 4

Стабилизатор – это опорно-центрирующий инструмент, предназначенный для стабилизации и центрирования элементов бурильной колонны и колонны бурильных труб в процессе бурения ствола скважины.

 

Назначение стабилизаторов заключается в:

-  стабилизации (улучшения условий) работы направляющего участка бурильной колонны путем ограничения стрелы прогиба труб (что особенно важно при наличии каверн и желобов);

-  гашения поперечных (частично продольных и крутильных) вибраций бурильного инструмента на контактах его со стенкой скважины;

-  уменьшение синусоидального изгиба и баклинга в колонне бурильных труб на сложно искривленных интервалах;

-  взрыхление шламовой постели на лежачей стенке скважины благодаря работе лопастей при вращении бурильной колонны.

 

Стабилизатор может устанавливаться в различных интервалах бурильной колонны в зависимости от области назначения, которая в данном случае для него рассматривается.

   

Конструктивно стабилизаторы имеют лопастное исполнение – с прямыми, либо со спиральными лопастями. Лопасти могут быть усилены твердым сплавом для снижения износа от контакта со стенками скважины. Также стабилизаторы могут быть цельнотельными, либо со съемными лопастями. Обычно число лопастей – три.

 

Несмотря на визуальное сходство с калибраторами и центраторами, стабилизаторы обычно имеют большую длину.