Спосіб регулювання осьового навантаження на долото при бурінні свердловин

Спосіб регулювання осьового навантаження на долото при бурінні свердловин оснований на його ЗМІНІ в залежності від частоти обертання долота, кривизни свердловини, фізико-механічних властивостей порід, який відрізняється тим, що осьове навантаження на долото регулюють до величин, визначених за номограмою для конкретної твердості порід після визначення оптимальної частоти обертання, з подальшим збільшенням осьового навантаження на 10-30% в залежності від зенітного кута свердловини і густини промивальної рідини Винахід відноситься до буріння свердловин на нафту і газ, а саме, до способів управління самого процесу обертового буріння Відомий спосіб регулювання оптимального осьового навантаження на долото при бурінні свердловин, за яким пружні коливання бурильної колони модулюються тиском промивальної рідини, задається коефіцієнт модуляції пружних коливань бурильної колони пульсаціями тиску промивальної рідини, вимірюють його плинне значення, порівнюють його із заданим і шляхом регулювання осьового навантаження підтримують рівність плинного і заданого значення коефіцієнту модуляції пружних коливань бурильної колони пульсаціями тиску промивальної рідини Коефіцієнт модуляції К н фіксується спеціальним пристроєм, який включає датчики, канали сприйняття тиску промивальної рідини, інформаційний канал зв'язку, блок фільтрації двонапівпровідниковий випрямлювач, інтегратор, дільник, суматор і т п Пристрій складний по конструкції, потребує кваліфікованого обслуговування Недоліком способу є наявність на буровій складного електронного пристрою і додаткового числа висококваліфікованих спеціалістів при його обслуговуванні та вирахуванні коефіцієнту модуляції, спосіб можна застосовувати тільки при бурінні вибійними гідравлічними двигунами, і він не враховує фізико-механічних властивостей породи, а регульоване осьове навантаження в більшості не приводить до об'ємного руйнування породи на вибої, що знижує ефективність буріння свердловин Відомий також спосіб регулювання оптимального навантаження на долото при бурінні свердловин, який включає зміну навантаження на долото і обмеження його критичною величиною, визваною повздовжнім прогином низу бурильної колони При виникненні перегину має місце вертикальне переміщення бурильної колони Визначають відношення цього переміщення до величини навантаження на долото і по його величині (переміщенню) визначають критичну величину навантаження на долото (див а с СРСР № 1157214 МПК 4 Е 21 В 45/00, Бюл № 19 від 23 05 85 р ) Недоліком відомого способу регулювання оптимального навантаження на долото при бурінні свердловини, являється те, що наявність поздовжніх перегинів низу бурильної колони не характеризує навантаження на долото необхідне для руйнування породи на вибої Переміщення колони по причині виникнення перегинів низу бурильної колони при розвантаженні її на вибій в більшій мірі Електричний сигнал від приймача механічних коливань поступає на пристрій, показання якого підставляють у формулу і вираховують коефіцієнт модуляції За величиною К н оцінюють ступінь завантаження вибійного двигуна і регулюють осьове навантаження на долото, що сприяє підвищенню техніко-економічних показників процесу буріння свердловин (див а с СРСР № 1469105 МПК 4 Е 21 В 44/00, Бюл № 12 від 25 12 86 р ) (О пов'язана з жорсткістю низу бурильної колони Маса розвантаженої частини бурильної колони не відповідає оптимальному осьовому навантаженню на долото, не завжди руйнує в об'ємному режимі При наявності в нижній частині бурильної колони калібраторів (центраторів) повздовжніх перегинів переміщень колони не буде В цьому випадку буде відсутня база для оцінки і регулювання осьового навантаження на долото Задачею винаходу є підвищення ефективності руйнування порід на вибої свердловини Для вирішення поставленої задачі у відомому способі регулювання осьового навантаження на долото при бурінні свердловин, основаному на ЗМІНІ його в залежності від переміщення прогинів в нижній частин бурильної колони, стосовно винаходу, осьове навантаження на долото регулюють до величин, визначених з номограми для конкретної твердості порід після розрахунку оптимальної частоти обертання долота з подальшим збільшенням його на 10 - 30% в залежності від густини промивальне рідини і зенітного кута свердловини Вихідним моментом для регулювання осьового навантаження на долото з метою підвищень ефективності руйнування породи на вибої є умова, при якій осьове навантаження створює питомі навантаження на породу рівні аС більші твердості гірської породи При цьому час дії питомого навантаження на породу, яке передається зубцями долота, повинен бути достатнім до утворення лунки (ямки) руйнування породи Це означає, що процес руйнування породи буде ефективним, якщо величина осьового навантаження і частота обертання долота взаємно пов'язані з властивостями розбурюваних порід По цій причині пропонується після розрахунків оптимальної частоти обертання долота конкретно для кожної породи регулювати (визначати) величину осьового навантаження на долото з врахуванням твердості розбурюваних порід Для визначення осьового навантаження на долото для конкретної частоти обертання долота, твердості породи на основі наукових досліджень розроблена номограма, яка приведена на рисунку На горизонтальній осі відкладені частоти обертання долота, на вертикальній - питоме осьове навантаження на 1 сантиметр діаметра долота Криві 1 - 1 відповідають твердості гірських порід від 250 до 3250МПа (весь спектр твердості порід, які розбурюються) Після розрахунку оптимальної частоти обертання долота з врахуванням п'яти факторів (конс 46271 трукції низу бурильної колони, фізико-механічних властивостей порід, кривизни свердловини, розміру і типу долота, встановленої потужності приводу ротора) визначають осьове навантаження на долото конкретно для породи, яку планується розбурювати Наприклад, розрахована оптимальна частота обертання долота дорівнює 60 обертів за 1 хвилину (точка А ), поставимо з неї перпендикуляр до перетину з кривою 1-1 твердості порід 750МПа, 1 1 одержимо точку В 3 точки В вліво до вертикальної осі проводимо горизонтальну ЛІНІЮ В перетині 1 одержимо точку С , яка дорівнює питомому осьовому навантаженню на 1 сантиметр діаметра долота (у даному випадку 6кН) При бурінні свердловини долотом діаметром 21,59см в породах з твердістю 750МПа осьове навантаження на долото буде бкНх 21,59см = 129,54кН (=13 тс) Для частоти обертання 45об/хв (точка А) твердості порід 1250МПа (точка В), питоме осьове навантаження складе 10,5кН (точка С) При бурінні долотом діаметром 21,59см осьове навантаження на долото становитиме 10,5кН х 21,59см = 226,7кН (= 23,0тс) При бурінні свердловини наявність зенітного кута призводить до збільшення коефіцієнта тертя колони по СТІНЦІ свердловини, що зменшує її вагу і в результаті фактичне осьове навантаження на долото не відповідає показанням індикатора ваги Це навантаження буде менше на величину втрати ваги бурильної колони із-за тертя и у викривленій свердловині Другим чинником, який суттєво впливає на фактичне осьове навантаження на долото, є дія на бурильну колону витисняючої Архімедової сили, яка залежить від густини промивальної рідини Зменшення ваги бурильної колони в залежності від зенітного кута свердловини і густини промивальної рідини на основі наших досліджень приведена в таблиці Зменшення ваги бурильної колони прямо впливає на осьове навантаження на долото у ВІДПОВІДНІЙ залежності В зв'язку з викладеним розраховане осьове навантаження на долото згідно номограми (фіг) повинно бути збільшене на величину втрати ваги бурильних труб, визначених по таблиці Наприклад при кривизні свердловини 5° і густині промивальної рідини 1,2г/см втрата ваги становить 10% На таку величину (10%) необхідно збільшити осьове навантаження на долото розраховану по рисунку 1 При кривизні 15 навантаженні на долото треба збільшити на ЗО % Таблиця Зменшення ваги бурильних колони в залежності від зенітного кута і густини промивальної рідини (для свердловини глибиною 5500м, бурильні труби діаметром 140, 127 1114мм) Зенітний кут Густина промивальної рідини, г/см'5 свердловини, 1,0 1,2 1,3 1,4 1,6 1,5 градуси Вага бурильної колони, тони 1 2 3 4 5 6 7 1-2 140,4 136,2 132,2 130,0 128,0 123,8 2-5 126,4 122,4 119,0 117,0 115,2 111,4 5-Ю 112,2 109,0 105,8 104,0 102,4 99,6 10-15 98,2 95,6 92,4 91,1 89,6 86,7 46271 Для реалізації запропонованого способу регулювання осьового навантаження на долото при бурінні свердловини необхідно мати наступні ВИХІДНІ дані діаметр і тип долота, зенітний кут свердловини, густину промивальної рідини, величину твердості порід, розрахункову частоту обертання долота Розглянемо конкретний приклад для свердловини 51 Схід но-Полтавського газоконденсатного родовища Свердловина буриться трьохшарошковими долотами діаметром 21,59см в породах з твердістю 1250МПа, частота обертання 45об/хв , кривизна свердловини 5°, густина промивальної 3 рідини 1,3г/см Осьове навантаження видержувалось 180кН (18тс) Механічна швидкість була 0,4м/год Проведені розрахунки (на рисунку точки А, В, С) показали, що навантаження на долото необхідно видержувати 225,8кН (« 23тс), але з врахуванням густини рідини і кривизни свердло \ \ \ \ \ \ \ \ \ N 4 \ \ \\ \ к \ \\ \ \ 4 ч \ N \ \ \ NN s \ 4 У 4 4 і 4 X A ^. "^ ^ • ^ , • ^ . ^ * ^ ^ ^-^ ^ > — —— -^-^ -L " 4 ч .O S \ 4 • A! 40 \ \ \ \ \ \ ч"' \ \ \ \ ч\ \ \ \ \ \ \ v \ \ \ 'ui \ \ \ s вини и треба збільшити на 10%, тобто буріння необхідно вести при осьовому навантаженні на долото 225,8кН х 1,1 = 248,4кН («25 тс) При такому навантаженні поглиблення свердловини 51 Східно-Полтавського родовища проводилося в інтервалі 4624 - 4727м при частоті обертання 45об/хв За 172 години пробурено 103м, тобто механічна швидкість була рівна 0,6м/год , що в 1,49 рази більше ніж до встановлення осьового навантаження згідно пропонуємого способу Аналогічні результати одержані при бурінні свердловин 2 Гашинівського, 6, 78 Валюхівського, 524 Абазівського газоконденсатних родовищ, на яких збільшення механічної швидкості склало від 37 до 54%% Спосіб регулювання осьового навантаження на долото при бурінні свердловин дозволяє суттєво збільшити механічну швидкість буріння, не потребує додаткових матеріальних витрат, має новизну і, як підтверджують результати його використання, має народногосподарське значення — ^ • — . • ^ - ^ / r— '-'-• •^ 70 10 С ФІГ. 11U aofMJifl cC*pcio Ja 1 : ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 —