Спосіб регулювання процесу обертального буріння

1 Спосіб регулювання процесу обертального буріння, що включає подачу промивальної рідини в бурильні труби з нагвинченим породоруйнівним інструментом, створення осьового навантаження на долото, надання обертання його ротору, який відрізняється тим, що регулюють частоту обертання долота до величини, яка враховує конструкцію долота, низу бурильної колони, встановлену потужність приводу ротора, енергоємність процесу руйнування породи, зенітний кут свердловини, параметри промивальної рідини, фізикомеханічні властивості гірських порід і яку визначають за наступною залежністю J Np t 1,37 c x p x H * d 0,6 -об/хв, БТ де пі - частота обертання долота в залежності від потужності приводу ротора, Np - потужність приводу ротора, Ккр - коефіцієнт, який враховує зниження потужності за рахунок зенітного кута свердловини, с - коефіцієнт, який враховує тип гірських порід, 60 хКу ахх ЮхК Kp < dfjxx І_х© де ri5 - частота обертання долота, при якій відсутні низькочастотні коливання низу бурильної колони, Ккр - коефіцієнт, який враховує зенітний кут свердловини, а - коефіцієнт, який враховує число збуджень коливань вибоєм свердловини, X - швидкість розповсюдження поздовжніх коливань в бурильних трубах, р - густина промивальної рідини, Н - поточна глибина свердловини, сівт - ЗОВНІШНІЙ діаметр бурильних труб, 33,3 x D ' ш п2 = :ДРх5х\Л об/хв q де П - частота обертання долота в залежності від 2 енергоємності руйнування породи, Dq - діаметр долота, Рш -твердість породи на стиснення по штампу, 5 - глибина проникнення зубця долота в породу, ДР - диференційний тиск на вибої, VM - плинна механічна швидкість буріння, Pq - осьове навантаження на долото, п3 = txZxD q ' Щ об/хв де пз - частота обертання долота в залежності від пластичності породи, dm - діаметр шарошки, t - час контакту зубця шарошки з породою, Z - КІЛЬКІСТЬ зубців на периферійному ВІНЦІ шарош ки, Dq - діаметр долота, 30xw об/хв g де гц - частота обертання долота в залежності від абразивності породи, ш - колова швидкість обертання периферійних поверхонь долота, Dq - діаметр долота, п4 = j 50мг, с = 0,5м/с о З метою запобігання виникненню низькочастотних по здовжених коливань бурильної колони, які приводять до передчасного зношення зубців, опори доліт, поломок різьових з'єднань елементів компоновки низу бурильної колони, частоту обер 46975 тання породоруинівного інструменту пропонується розрахувати, використовуючи наступну залеж60 х К к р х а х х ЮхК кр Х do Х 10К кр Lx© де ККр - коефіцієнт, який враховує зенітний кут свердловини, а - коефіцієнт, який враховує число збуджень коливань вибоєм свердловини а = 1,25 при j = 3, 6, 9, j - КІЛЬКІСТЬ можливих хвиль (нерівностей на вибої) для збудження коливань, X - швидкість розповсюдження по здовжених коливань в бурильних трубах (для сталі % 5730м/с), LL - сумарна довжина обважнених бурильних труб (ОБТ), do і сік - залежать від КІЛЬКОСТІ ХВИЛЬ J, J = 3, do = 0,9, d K = 1,0 і для j = 6, d 0 = 0,8, d K = 0,9 і для j = 9 d 0 = 0,7, d K = 0,8, © - коефіцієнт пропорційності діаметрів ОБТ і звичайних бурильних труб (БТ) 2 2 Р d @ _ ОБТ ~ OET D iV-diV де DOBT і doBT - ЗОВНІШНІЙ і внутрішній діаметри ОБТ і БТ, DBT І dBT - ЗОВНІШНІЙ і внутрішній діаметри БТ, j - частота збуджень низькочастотних коливань, do, dK - коефіцієнти, які залежать від числа збуджень коливань, 3, 6, 9, Но, Нк - початкова і кінцева глибини інтервалу буріння Регулювання процесу обертального буріння по частоті обертання породоруинівного інструменту в межах величин, вирахуваних по формулах (1, 2, З, 4, 5) являється новим елементом, суттєво відрізняє пропонуємий спосіб від відомих Другою ВІДМІНОЮ являється те, що у способі регулювання процесу обертального буріння, для поглиблення свердловини частоту обертання регулюють до величини рівної середній величині трьох близьких значень частоти обертання, вирахуваних значень ги, П2, пз, гц, ns по формулах (1, 2, З, 4, 5) Визначені по приведених формулах частоти обертання регулюються в процесі обертального буріння при поглибленні свердловини, вони регулюються в залежності від глибини, породи, конструкції низу бурильної колони, породоруинівного інструменту при певному осьовому навантаженні на долото Буріння свердловини при частоті обертання, вирахуваних по формулі (1), дозволяє раціонально використати встановлену на роторі потужність приводу, зменшити витрати енергоносіїв При частотах обертання, вирахуваних по формулі (2) ефективно руйнується порода з врахуванням конкретних умов, які склалися при поглибленні свердловини диференційного тиску на вибої, властивостей розбурюваних порід, осьового навантаження на долото При бурінні свердловини при ність О,25)эб/хв (5) частоті обертання, вирахуваної по формулі (2), енергоємність процесу руйнування порід буде рівна або близька по величині до такого параметру породи, як питома робота руйнування, що відповідає найкращим умовам руйнування и на вибої При бурінні свердловини в пружно-крихких і пластичних породах необхідно, щоб час контакту зубців долота з породою був достатнім для утворення об'ємної ямки (лунки) в породі Якщо цього часу недостатньо, то зубці проскакують (прослизають) по породі і не руйнують її В таких випадках необхідно точно регулювати процес обертального буріння частотою обертання долота вирахуваною по формулі (3) При цьому будуть створені умови для утворення ямок руйнування в породі, тобто об'ємне її руйнування При бурінні свердловин в абразивних породах, якщо колові швидкості перевищують 0,5м/с, має місце інтенсивне зношення бокових поверхонь доліт, працездатність їх на вибої зменшується, суттєво знижуються показники роботи доліт Для запобігання такого явища пропонується регулювання процесу обертального буріння проводити частотою обертання долота, вирахуваною по формулі (4) Це дозволить створити умови для зменшення від'ємного впливу абразивності порід на показники буріння Перекачування зубців долота на вибої, обернення шарошки, наявність на вибої нерівностей, неоднорідність подачі інструменту, осьового навантаження на долото, імпульси коливань промивальної рідини, талевої системи приводять до виникнення поздовжніх низькочастотних коливань бурильної колони, що при певних умовах призводить до появи резонансних коливань Такі коливання являються причиною поломок зубців, опори долота, різьових з'єднань елементів низу компоновки бурильної колони, суттєво зменшують темп поглиблення свердловини Для запобігання виникнення коливань регулювання процесу обертального буріння проводять по частоті обертання породоруинівного інструмента, врахованої по формулі (5) Для визначення конкретної частоти обертання після проведення розрахунків по формулах (1, 2, З, 4, 5) вибирають 3 близькі величини частоти, знаходять по них середньоарифметичне значення, яке являється основним для регулювання процесу обертального буріння Таким чином, другою ВІДМІННОЮ способу являється те, що у способі регулювання процесу обертального буріння при поглибленні свердловини регулювання проводять по частоті, величина якої рівна середній величині трьох близьких значень частот обертання ги, П2, пз, гц, ns вирахуваних по формулах (1, 2, 3, 4, 5) Для реалізації пропонованого способу регулювання процесу обертального буріння розроблена методика, програма розрахунків на ПЕОМ оптима 46975 10 льної частоти обертання по формулах (1), (2), (3), розрахунків, які одночасно записуються принтером (4) і (5) Для проведення розрахунків вводяться в на папері Для приведених даних в розділах 1 і 2 в ПЕОМ наступні дані для конкретної свердловини результаті розрахунків одержані наступні значення (121 Кулічіхінського родовища) Перший розділ частоти обертання ги = 117об/хв , П = 74об/хв , пз 2 1 Кінцева і поточна глибина = ббоб/хв , гц = 72об/хв , П = 71об/хв Із п'яти ве5 свердловини 2250м - 900м личин частоти обертання вибирають три приблизно одинакові (74, 72 і 71об/хв), вираховують сере2 Коефіцієнт, який характеднє арифметичне (72об/хв), воно прийнято за ризує породу 0 002 основу для регулювання процесу обертового бу3 Густина промивальної 3 ріння при поглибленні свердловини 121 Кулічіхінрідини 1 2г/см ського родовища 4 ЗОВНІШНІЙ діаметр бурильних труб 127мм Пропонований спосіб регулювання процесу обертального буріння застосовувався при бурінні 5 Зенітний кут свердловини 2град 9 глибин свердловин на газ в буровому управлінні 6 Абразивність породи 20мг "Укрбургаз" в інтервалі глибин 900 - 5550м в різних 7 Діаметр долота 295 Змм породах долотами діаметром 152, 215 9 і 295 Змм 8 Механічна швидкість буріння 4м/с В усіх випадках суттєво збільшилася механічна швидкість буріння, працездатність доліт на ви9 Осьове навантаження на бої, не було поломок елементів низу бурильної долото 150кН колони Наприклад, при поглибленні свердловини 10 Твердість породи 500МПа 51 Східно-Полтавська при регулюванні процесу 11 Глибина проникнення при обертальному бурінні в інтервалі 3668 - 3842м зубця долота в породу 0 0004м механічна швидкість буріння долотами діаметром 12 Діаметр шарошки 190мм 215 9мм збільшилася в 1,6 рази, а час роботи до13 Число зубків на перифелота на вибої на 26%, на буровій 121 Кулічіхінськорійному ВІНЦІ шарошки 23шт го родовища в інтервалі 900 - 2254м при бурінні 14 Коефіцієнт пластичності долотами діаметром 295 Змм ці показники збільпороди 1 9 шилися ВІДПОВІДНО на 22% і на 49% Аналогічні Другий розділ результати одержані і при бурінні інших 7 сверд1 Початкова і кінцева глибиловин на буріння 900м, - 2250м Пропонований спосіб регулювання процесу 2 ЗОВНІШНІЙ і внутрішній обертального буріння враховує ряд факторів, які діаметр ОБТ 229мм, -80мм впливають на ефективність руйнування породи, 3 ЗОВНІШНІЙ І внутрішній дозволяє суттєво підвищити працездатність доліт діаметр БТ 127мм, - 107мм на вибої, механічну швидкість буріння, запобігає 4 Сумарна довжина ОБТ 100м поломці різьових з'єднань елементів низу компо5 Крок зміни глибини сверднування бурильної колони, має новизну і, як свідловини для розрахунків 25м чать результати застосування, народногосподарПісля введення перерахованих даних в ПЕОМ ське значення через 1 хвилину на екрані з'являються результати ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71