Метою роботи є підвищення ефективності процесу буріння спрямованих свердловин за рахунок розробки теоретичних основ та технічних засобів керування траєкторією їх стовбура. Для досягнення цієї мети перед роботою були поставлені наступні завдання: - вдосконалити методи проектування неорієнтованих КНБК та складових еле ментів компоновок з метою підвищення ефективності їх застосування; -розробити неорієнтовані КНБК для різних задач спрямованого буріння із розширеним діапазоном та уточненими величинами відхиляючої сили на долоті, а також конструкції їх складових елементів; - дослідити процес викривлення свердловин в анізотропних геологічних структурах; -розробити науково-методичні основи підвищення точності проведення спря мовано викривлених свердловин; - перевірити в промислових умовах основні результати досліджень. ЗМІСТ ВСТУП 6 РОЗДІЛ 1 СТАН ПРОБЛЕМИ БУРІННЯ СПРЯМОВАНИХ СВЕРДЛОВИН І ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ДОСЛІДЖЕННЯ 11 1.1. Причини і механізми викривлення стовбурів свердловий 11 1.2. Аналіз ефективності застосування існуючих методів та технічних засобів для боротьби з викривленням свердловин 26 1.3. Сучасний стан дослідження процесу просторового викривлення похило-спрямованих свердловин 37 1.4. Постановка задач дослідження і вибір методів їх вирішення 66 РОЗДІЛ 2 ПРОЕКТУВАННЯ НЕОРІЄНТОВАНИХ КОМПОНОВОК НИЗУ БУРИЛЬНОЇ КОЛОНИ ДЛЯ РІЗНИХ ЗАДАЧ СПРЯМОВАНОГО БУРІННЯ СВЕРДЛОВИН 70 2.1. Розробка методики розрахунку розмірів компоновок низу бурильної колони (КНБК) 70 2.2. Конструювання неорієнтованих вибійних компоновок 100 2.2.1. Вибір критерію оптимізації КНБК 101 2.2.2. Розрахунок і оптимізація розмірів вибійних компоновок для роторного способу буріння 103 2.2.3. Розрахунок і вибір розмірів КНБК для буріння із застосуванням гідравлічних вибійних двигунів 114 2.2.4. Аналіз стійкості КНБК на проектній траєкторії 123 2.2.5. Комплектація та вибір типорозміру КНБК 132 Висновки до розділу 142 РОЗДІЛ З РОЗРОБКА КНБК ДЛЯ РІЗНИХ ЗАДАЧ СПРЯМОВАНОГО БУРІННЯ З РОЗШИРЕНИМИ ФУНКЦІОНАЛЬНИМИ МОЖЛИВОСТЯМИ 144 3.1. Дослідження механізму роботи пристрою із змінним робочим профілем 144 3.2. Методика розрахунку вибійних компоновок з пристроями із змінним робочим профілем 159 3.3. Розрахунок і оптимізація КНБК для набору зенітного кута свердловини на базі пристроїв із змінним робочим профілем 161 3.4. Розрахунок компоновок підвищеної активності для боротьби з викривленням свердловин 170 3.5. Дослідження ефективності роботи КНБК на базі модификовапого долота із підвищеною стабілізуючою здатністю 184 3.5.1. Аналіз процесу фрезерування стінки свердловини шарошковим долотом із підвищеною стабілізуючою здатністю 184 3.5.2. Дослідження впливу модифікованого долота із підвищеною стабілізуючою здатністю на стійкість бурильної колони у вертикальному стовбурі свердловини 192 Висновки до розділу 197 РОЗДІЛ 4 ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ВИКРИВЛЕННЯ СПРЯМОВАНИХ СВЕРДЛОВИН ПРИ БУРІННІ В АНІЗОТРОПНИХ ГЕОЛОГІЧНИХ СТРУКТУРАХ 199 4.1. Обґрунтування та розрахунок геометричних критеріїв оцінки впливу відхиляючого фактору анізотропії механічних властивостей гірських порід на процес викривлення свердловини 198 4.2. Визначення та аналіз відхиляючого фактору анізотропного середовища 205 4.2.1. Розрахунок зенітної та азимутальної складових відхиляючого фактору анізотропної геологічної структури 206 4.2.2. Аналіз впливу анізотропії гірських порід на тенденцію свердловини до зміни зенітного та азимутального кутів її просторового положення 212 4.3. Розробка математичної моделі просторового викривлення стовбура свердловини при бурінні неорієнтованими КНБК 220 Висновки до розділу 232 РОЗДІЛ 5 ФОРМУВАННЯ НАУКОВИХ ОСНОВ ПІДВИЩЕННЯ Р0Б0ТОЗДАТНОСТІ ОПОРНО-ЦЕНТРУВАЛЬНОГО ІНСТРУМЕНТУ НА СТАДІЇ ЙОГО КОНСТРУКТОРСЬКОГО ПРОЕКТУВАННЯ 233 5.1. Розробка раціональної схеми озброєння лопатевих конструкцій калібрувального-центрувального інструменту 234 5.2 Розробка геометричних основ автоматизованого проектування опорно- центрувальних пристроїв КНБК в шарошковому виконанні 243 Висновки до розділу 261 РОЗДІЛ 6 РОЗРОБКА НАУКОВО-МЕТОДИЧНИХ ОСНОВ ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ ПРОВЕДЕННЯ СПРЯМОВАНО ВИКРИВЛЕНИХ СВЕРДЛОВИН 262 6.1. Створення методики розрахунку та прогнозування викривлення свердловин 262 6.2. Розробка теоретичних основ та методів контролю за траєкторією стовбура свердловини та коригування її параметрів викривлення 275 6.3. Аналіз конструктивних особливостей сучасних тришарошкових доліт та методичний підхід до їх раціонального вибору для буріння похило-спрямованих свердловин 398 Висновки до розділу 309 РОЗДІЛ 7 РОЗРОБКА ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ І ПРОМИСЛОВІ ВИПРОБУВАННЯ КНБК НА ЇХ ОСНОВІ ТА АПРОБАЦІЯ МЕТОДИКИ РОЗРАХУНКУ І ПРОГНОЗУВАННЯ ВИКРИВЛЕННЯ СВЕРДЛОВИН 310 7.1. Створення конструкцій пристроїв із змінним робочим профілем та дослідження КНБК на їх основі 310 7.1.1. Пристрій для буріння похило-спрямованих свердловин ПБПС-295,3 та його апробація в складі дослідних КНБК 310 7.1.2. Відхилювач бурильної колони ВБК-295,3 та промислове випробування КНБК на його основі 315 7.2. Промислові дослідження неорієнтованих пасивних компоновок низу бурильної колони 319 7.3. Розробка конструкцій пересувних опорно-центрувальних пристроїв вибійних компоновок 323 7.4. Розробка конструкції пристрою для вимірювання зенітного кута свердловини КВ-295,3 328 7.5. Розробка конструкції шарошкового долота із підвищеною стабілізуючою здатністю 331 7.6. Промислова апробація методики розрахунку і прогнозування викривлення свердловин 333 ВИСНОВКИ 337 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 339 ДОДАТКИ 364