СНБ-ИМР (Снаряд направленного бурения конструкции Днепропетровского отделения Института минеральных ресурсов).

Отклонитель (рис. 4.4) включает ротор и статор. Ротор является гибким валом 1, состоящий из верхнего (ведущего) и нижнего (ведомого) валов. Валы опираются соответственно на верхней 2 и нижней 12 подшипниковые узлы и соединены между собой с помощью шлицевого узла 5. Каждый вал имеет в своем составе шарнир (4 , 7). Ведомый вал оснащен долотом 13 .

Статор состоит из корпуса 3 с продольным и фигурным вырезами и вложенного в него фиксатора 9 с приливами (бобышками) 10 верхнего и нижнего подшипниковых узлов. Фиксатор и нижняя часть корпуса имеют твердосплавные полозья 11 для раскрепления в скважине.

При спуске и ориентировании ротор и статор соосны и блокируются между собой шпилькой, 8. При постановке на забой и создании осевой нагрузки шпилька срезается, и корпус перемещается относительно фиксатора вниз до упора бобышек в наклонную плоскость фигурного выреза. В результате скольжения бобышек по плоскости выреза фиксатор и нижний вал получают перекос. Верхние и нижние полозья фиксатора и полозья корпуса врезаются в стенки скважины, обеспечивая раскрепления статора. При вращении ротора происходит углубление скважины в направлении перекоса нижнего вала, а статор скользит без вращения вдоль образующей скважины. Интенсивность искривления составляет в среднем 1,7 градуса на метр и зависит от угла перекоса фиксатора, что определяется радиусами верхних и нижних полозьев и расстоянием между ними. Осевая нагрузка на долото передается по корпусу на фиксатор и далее на нижнюю часть ведомого вала. Отклонитель СНБ-ИМР нашел широкое применение на месторождениях Украины, в частности, в условиях железорудных месторождений Кривбасса.

Рис 4.3. Схема отклонителя ТЗ-3.

а – при бурении; б – в транспортном положении.

а б

Рис.4.4. Конструкция (а) и кинематическая схема (б) отклонителя СНБ-ИМР

Порядок выполнения работы

1. Изучить техническую документацию и натурные образцы отклонителей.

2. Изучить принцип работы отклонтелей, используя описание, образцы и кинематические схемы.

3. Произвести сборку-разборку и регулирование отклонителей.

Содержание отчета

Кинематические схемы отклонителей типов КОС, СО-ВИТР, ТЗ-3, СНБ-ИМР, техническая характеристика этих отклонителей и описание принципа их работы.

Контрольные вопросы

- Каково различие в характере искривления скважин при использовании отклонителей разового и непрерывного действия?

- За счет чего происходит искривление скважины при работе отклонителей ТЗ-3 и СНБ-ИМР?

- От чего зависит интенсивность искривления скважины при использовании отклонителей ТЗ-3 и СНБ-ИМР?

- Каково назначение узла блокировки отклонителя? Какие детали выполняют функцию блокировки в изученных отклонителях?

- Через какие детали отклонителей ТЗ-3 и СНБ-ИМР передается нагрузка на долото?

- От чего зависит усилие раскрепления ползуна ТЗ-3?

- Назначение роторной пружины ТЗ-3?

- Назначение конусной гайки отбурочного узла СО-ВИТР?

- Какова последовательность срезания фиксирующих деталей СО-ВИТР при создании осевой нагрузки?

- Какой параметр определяет величину искривления стационарным клином?

- Каково взаимодействие узлов и деталей рассмотренных отклонителей при создании осевой нагрузки?

РАБОТА № 5 ОРИЕНТИРОВАНИЕ ОТКЛОНИТЕЛЕЙ

Цель работы: освоение методики определения угла установки отклонителей и их ориентирования, изучение конструкций ориентаторов.

Общие сведения

Для искусственного искривления скважины в заданном направлении необходимо раскрепить отклонитель в строго определенном, сориентированном положении. Ориентирование состоит в установке направления действия отклонителя (НДО) под необходимым расчетным углом (угол установки φ) относительно ориентированного направления.

За направление действия отклонителя принимается линия, перпендикулярная продольной оси отклонителя и направленная в сторону искривления .

Ориентированным направлением может служить плоскость магнитного меридиана ( направление на Север ) – при прямом способе ориентирования или апсидальная плоскость – при косвенном. Отсчет угла установки φ в первом случае производится по ходу часовой стрелки от северного направления до НДО. При этом угол установки может находиться в пределах 0 ÷ 360˚ . Во втором случае угол установки отсчитывается вправо ( +φ ) или влево ( -φ ) от апсидальной плоскости ( висячей стенки скважины ) и может изменяться в диапазоне ± (0 ÷ 180º ).

Прямое ориентирование обычно применяется в скважинах вертикальных или при небольшом отклонении от вертикали, когда положение апсидальной плоскости трудно определить. Чаще применяется косвенное ориентирование отклонителей.

При косвенном ориентировании угол установки отклонителя обычно определяется графическим способом, сущность которого состоит в следующем. Из исходной точки «О» проводится линия (луч), на которой в принятом масштабе (напр. 1град. = 1см) откладывается отрезок, соответствующий величине фактического зенитного угла скважины в точке постановки отклонителя (Θнач.). Далее под углом к этой линии, соответствующим величине необходимого изменения азимута (Δα), проводится из точки О второй луч (при + Δα вправо, а при – Δα влево), на котором в принятом масштабе откладывается отрезок длиной, соответствующей значению необходимого зенитного угла (Θкон). Направления лучей соответствуют направлению скважины в апсидальной плоскости до и после искривления ( АП1 и АП2 ). Концы отложенных отрезков соединяются прямой линией, длина которой будет соответствовать в принятом масштабе полному пространственному углу искривления, а направление в сторону АП2 – направлению действия отклонителя. Угол между линиями направлениями АП1 и НДО будет равен искомому углу установки отклонителя (при отсчете вправо от АП1 со знаком «+», а влево – со знаком «-»).

Прямой способ ориентирования может производииться путем ориентированного спуска бурильной колонны (на небольших глубинах) или с применением малогабаритных инклинометров, спускаемых внутрь бурильной колонны.

Косвенное ориентирование может осуществляться: а) с помощью самоориентирующих устройств; б) определением положения направляющих элементов подпятника стационарных клиньев; в) использованием специальных ориентаторов – сигнализаторов, размещенных внутри бурового снаряда.

Самоориентирование отклонителей в скважине осуществляется под действием груза, эксцентрично установленного в корпусе ориентирующей приставки над отклонителем. Груз стремится занять положение у лежачей стенки скважины и поворачивает при этом соединенный с ним под заданным углом статор отклонителя. Ориентирование на поверхности сводится к закреплению статора отклонителя относительно приставки так, чтобы угол между НДО отклонителя и осью симметрии эксцентричного груза приставки соответствовал расчетному углу установки.

При установке стационарных клиньев на подпятник требуется предварительное определение положения в скважине направляющих элементов подпятника с помощью самоориентирующейся печати, а также необходимого угла доворота клина.

Наиболее широко при косвенном ориентировании применяются специальные сигнализаторы, обычно основанные на принципе отвеса (маятник, шарик, эксцентричный груз, штырь и т.п). Совмещение «нулевой образующей» системы отклонитель - ориентатор с апсидальной плоскостью скважины при повороте бурильной колонны отмечается на поверхности по соответствующему сигналу.

Задание 1. Определение угла доворота клина с помощью самоориентирующейся печати

Порядок выполнения работы.

1. В соответствии с вариантом исходных данных определить графическим способом проектный угол установки клина φпр. и полный пространственный угол δ.

2. Определить с помощь печати Кралатова фактическое положение клина, установленного в макете скважины, ифактический угол установки φфакт.

3. Определить необходимый угол доворота клина для совмещения фактического положения направления действия клина с проектным.

Варианты исходных данных

№№

Θ1

ΔΘ

Δα

Примечание: знак приращений ΔΘ и Δα принимать по вариантам а) +,+; б) -,-;

в) -,+; г) +,-.

Содержание отчета

1. № варианта и исходные данные.

2. Графическое построение для определения проектного угла установки и полного пространственного угла искривления.

3. Схема определения угла доворота клина λ.

Задание №2 Определение углов установки клина графическим способом и их анализ

Порядок выполнения работы

1. В соответствии с вариантом исходных данных, используя графический способ, определить углы установки клина при искусственном искривлении скважины на величину ±Δα, ± Δα max, ±Δθ max .

2. Определить значения начальных и конечных зенитных углов и азимута, а также характер изменения трассы скважины для каждого положения клина.

Таблица1

Варианты исходных данных

№ варианта	α1	Θ1	β	± Δα

Содержание отчета

1. № варианта и исходные данные.

2. Графическое построение для определения углов установки клина.

3. Таблица результатов анализа параметров искривления (табл.2)

Таблица2

Результаты анализа параметров искривления

№ точки	α1	Θ1	α2	Θ2	Характер корректировки	φ

Задание №3 Ориентирование отклонителей с помощью электрических сигнализаторов

Порядок выполнения работы

1. Изучить по натурным образцам конструкцию и принцип работы сигнализаторов СТ-2М и УШО-15.

2. Изучить порядок и освоить методику ориентирования отклонителей на поверхности и макете скважины.

Содержание отчета

1. Описание порядка ориентирования отклонителей с помощью электрических сигнализаторов на поверхности и в скважине.

2. Электрическая схема сигнализаторов СТ-2М и УШО-15, описание принципа их работы.

3. Схемы отсчета углов установки при использовании этих сигнализаторов.

Контрольные вопросы

- Что такое направление действия отклонителя и угол его установки?

- Чем отличается прямой способ ориентирования от косвенного, каковы области применения этих способов?

- Как определяется угол установки отклонителя графическим способом?

- Какие средства и методы используются при прямом и косвенном ориентировании?

- Каков порядок отсчета углов установки отклонителя при прямом и косвенном ориентировании?

- Каков порядок ориентирования отклонителей на поверхности с помощью штыревого ориентатора типа УШО?

- Каков принцип работы сигнализаторов СТ-2М и УШО-15?

РАБОТА №6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЗАЛЕГАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПО ОРИЕНТИРОВАННОМУ КЕРНУ

Цель работы – изучение конструкции, принципа действия керноскопов и освоение методики определения элементов залегания горных пород на кернометре КР-2.

Общие сведения

Для решения задач разведки месторождений полезных ископаемых необходимо располагать сведениями о пространственной ориентации структурных элементов горных пород – напластования, слоистости, кливажа, трещиноватости и т.д. Ориентация структурных элементов горных пород определяется тремя параметрами: углом падения β, азимутом простирания α пр. и азимутом линии падения α лп. При отсутствии выходов коренных пород на поверхность информация об этих параметрах получается по данным кернового опробования. При согласном залегании пластов горных пород и наличии маркирующих горизонтов это может быть обеспечено как минимум по данным трех скважин.

Применение специальных технических средств и методов позволяет получить инфирмацию о параметрах пространственного залегания горных пород по керну одной скважины.

Для того, чтобы определить параметры залегания структурного элемента горной породы достаточно установить керн с видимым структурным элементом точно так, как он располагался в массиве. Для этого керну необходимо дать наклон и направление в соответствии с данными инклинометрических замеров зенитного угла и азимута скважины в точке отбора керна, а также повернуть его вокруг своей оси так, чтобы лежачая стенка керна совпадала с лежачей стенкой скважины, т.е. определить положение апсидальной плоскости относительно керна. Получение информации о последнем параметре достигается с помошью керноскопии.

Сущность керноскопии состоит в нанесении на несорванный с забоя керн метки, привязанной через угол керноскопа к апсидальной плоскости. Устройства для нанесения метки называются керноскопами, а керн с нанесенной меткой – ориентированным керном. Угол керноскопа отсчитывается на верхнем торце керна по ходу часовой стрелки от лежачей стенки до линии метки.

Метка на керн может наноситься с помощью различных устройств и методов. К ним относятся бесприборный способ, с помощью отклонителей, с использованием шариковых, отбуривающих, сверлящих керноскопов и др.

Керноскоп К-5 относится к сверлящему типу и состоит из четырех основных узлов: сверлящего механизма с пусковым автоматом, приводного механизма, устройства однократной фиксации барабана и отвеса с фиксатором. Более детальное изучение его конструкции и эксплуатации производится с помощью технического описания и натурного образца.

Определение параметров залегания структурных элементов горных пород по ориентированному керну называется кернометрией и производится с помощью специальных приборов – керноскопов. Керноскоп КР-2 имеет три независимых угломерных лимба: 1) горизонтальный, расмещенный на цетральной оси со шкалами азимута скважины и азимута простирания структурного элемента горных пород; 2) вертикальный, расположенный на горизонтальной оси центральной рамки со шкалой угла наклона скважины; 3) вертикальный лимб на поворотной рамке, совмещенный с визирной трубкой, со шкалами угла керноскопа и угла падения пород.

Порядок работы с керноскопом.

1. Керн с метками керноскопа (четко обозначенной линией меток) и видимым структурным элементом закрепляется в центральном кольце так, чтобы верхний торец керна был обращен в сторону надписи «верх» на кольце.

2. Закрепленный керн устанавливается горизонтально, что контролируется по лимбу 2.

3. Визирную трубку поворотной рамки устанавливают соосно с керном, а лимб 3 «угол керноскопа» устанавливают в соответствии со значением этого угла.

4. Керн освобождается от зажимов и поворачивается вокруг своей оси до совмещения линии меток со стрелкой визирной трубки, после чего керн вновь фиксируется

5. Керн устанавливается наклонно в соответствии с углом наклона скважины, что контролируется по лимбу 2.

6. Центральная рамка с керном поворачивается до значения азимута скважины по лимбу 1.

7. Визирная трубка ориентируется так, чтобы ее ось располагалась на одной линии с линией простирания структурного элемента, а стрелка была бы направлениа вниз по линии его падения.

8. В этом положении считываются показания угла падения по лимбу 3 и азимута простирания по лимбу 1. Азимут линии падения отличается от азимута простирания на 90 град. : если стрелка визирной трубки направлена в левую нижнюю четверть окружности, то к полученному значению азимута простирания прибавляют 90 град.. а если в правую – то вычитают.

Порядок выполнения работы

1. Изучить устройство керноскопа К-5, используя при этом натурный образец и техническое описание.

2. По заданным исходным параметрам определить параметры залегания структурного элемента горной породы по ориентированному керну.

Исходные данные и результаты измерений занести в таблицу :

Исходные данные, град.	Измеренные данные, град.
α скв.	η скв.	λ	α прост.	α л.п.	β

Содержание отчета

1. Краткое описание механизма получения ориентированной метки с помощью керноскопа К-5.

2. Таблица исходных данных и результатов измерений на кернометре КР-2

Контрольные вопросы

- Что такое «ориентированный керн»?

- Какую информацию содержит метка на керне?

- Что такое и как отсчитывается угол керноскопа?

- Принцип действия керноскопа К-5.

- Устройство кернометра КР-2.

- Порядок воспроизведения пространственной ориентации ориентированного керна.

- Порядок определения параметров залегания структурных элементов горных пород.

Литература

1. Сулакшин С.С. Направленное бурение: Учебник для вузов.- М.: Недра, 1987. –272 с.

2. Костин Ю.С. Современные методы направленного бурения скважин. М. Недра, 1981, 152 с.

3. Зиненко В.П. Направленное бурение: Учебн. пособие для вузов. – М.: Недра, 1990, - 152 с.