Спосіб регулювання режимів буріння

Изобретение относится к бурению скважин. Цель изобретения - повышение эффективности бурения за счет выбора и поддержания оптимальных режимных параметров. Для этого оптимизационные зависимости строят при изменении режимных параметров отдельно в областях устойчивого или неус 36-88 пш] тойчивого равновесия упругой линии продольного изгиба низа бурильной колонны. Измеряют амплитуду и частоту продольных колебаний бурильной колонны. При отсутствии на устье скважины интенсивных высокочастотных колебаний бурильной колонны оптимальные значения режимных параметров задают в соответствии с оптимизационной зависимостью, полученной при устойчивом равновесии упругой линии продольного изгиба низа бурильной колонны. При возникновении на устье скважины интенсивных высокочастотных продольных колебаний бурильной колонны оптимальные значения режимных параметров задают в соответствии с оптимизационной зависимостью, полученной при неустойчивом равновесии упругой линии продольного изгиба низа бурильной колонны. 2 ил. С™ «на 1 1427915 Изобретение относится к бурению скважин и может применяться при оперативном управлении процессом бурения скважин. с Целью изобретения является повышение эффективности бурения за счет выбора и поддержания оптимальных режимных параметров. На фиг.1а,б и 2а,б представлены Ю зависимости изменения нагрузки на породоразрушающий инструмент во времени без подачи верхнего конца бурильной колонны и соответствующие различным формам равновесия низа бурильной 15 колонны оптимизационные зависимости . для случаев отсутствия и наличия на устье скважины высокочастотных продольных колебаний бурильной колонны , соответственно. 20 Техническая суть способа заключается в следующем. Нагрузка на долото создается массой нижней части бурильной колонны, которую, как правило, компонуют из 25 труб по возможности больших диаметра и массы. Согласно теории устойчивости упругих систем утяжеленный низ при разгрузке на забой скважины теряет продольную устойчивость. Происходит 30 продольный изгиб низа колонны с образованием полуволн. Количество полуволн зависит от величины создаваемой на долото нагрузки и жесткости низа. Формирование каждой полуволны не 35 мгновенный акт. Формирование каждой полуволны продольного изгиба в условиях скважины ~ динамический процесс. Например, если величина очередной критической нагрузки при статических 40 условиях нагружения равна 140 кН, то в условиях скважины в динамике потеря продольной устойчивости упругой пинии имеет место уже при нагрузке 120 кН, а завершается процесс образо- 45 вания очередной полуволны при нагрузке 160 кН. В пределах нагрузок 120160 кН продольная форма изгиба упругой линии имеет неустойчивую форму равновесия и малейшие изменения'на5Q грузки на долото приводят к изменению упругонапряженного состояния низа колонны. При единичном акте изменения нагрузки изменение'положения упругой линии будет, естественно, 55 незначительным. Однако в процессе бурения невозможно обеспечить постоянство величины нагрузки на долото. Микроизменения в буримости пород, за паздывание поступления забойной информации на устье скважины, инерционность регулирующей и управляющей техники и аппаратуры, а также действий бурильщика - все это приводит к колебаниям передаваемой величины нагрузки на долото. Практически неуправляемые изменения нагрузки на долото приводят к продольным изгибным колебаниям утяжеленного низа, которые передаются на долото. Данный вид колебаний, как и все изгибные колебания, имеет низкую частоту и оказывает разрушающее действие на вооружение и опоры долот. Специально проведенные исследования на скважинах показали, что бурение при нагрузках на долото, при которых упругая линия изогнутого низа колонны принимает неустойчивую форму равновесия, снижает стойкость опор долот с негерметизируемыми опорами на 30-40%, а стойкость долот с герметизируемыми опорами снижается в 2,5-3 раза по сравнению с режимами бурения, при которых упругая линия принимает устойчивую или близкую к ней ,форму равновесия. Проведенные на скважинах исследования показали, что зависимость между механической скоростью и нагрузкой на долото по виду аналогична графику: темп изменения нагрузки - нагрузка на долото, построенного по данным бурения с заторможенным барабаном лебедки, т.е. при неустойчивых положениях равновесия изогнутого низа механическая скорость снижается, при устойчивых положениях - повышается. Способ осуществляют следующим образом. Расчетным путем илис помощью бурения с заторможенным барабаном лебедки определяют области режимных параметров, при которых низ бурильной колонны принимает устойчивые и неустойчивые формы равновесия. В зависимости от интенсивности высокочастотных колебаний бурильной колонны, возникающих в результате взаимодействия долота с забоем скважины, задают форму равновесия упругой линии продольного изгиба низа бурильной колонны, которая должна поддерживаться в процессе бурения. При обеспечении заданной формы равновесия осуществляют бурение контрольных отрезков при разных значениях режимных параметров. 1427915 4 По полученным данным строят оптимизатотных колебаний, которые при высоционную зависимость между временем кой интенсивности также оказывают бурения контрольных отрезков или меразрушающее действие на вооружение и ханической СКОРОСТЬЮ буреНИЯ И ИССЛЄ' опоры долота. Кроме того, сами низкодуемыми режимными параметрами. По почастотные колебания демпфируются вылученной зависимости определяют оптисокочастотными. мальные значения режимных параметров , Приведенные зависимости доказывакоторые поддерживают в процессе буют, что наблюдаемый ранее спад мехарения. JQ нической скорости бурения V M e , при На фиг.1а приведена зависимость увеличении осевой нагрузки в области ее больших абсолютных значений, обустемпа изменения нагрузки (—--) от ловленный недостаточной очисткой забоя скважины, при использовании даннагрузки на долото (G). Данные для построения графика получены по дан15 ного способа регулирования режимов ным бурения с заторможенным барабабурения отсутствует и, следовательно, ном лебедки. На фиг.16 приведены опнет необходимости увеличивать расход тимизационные зависимости, в данном бурового раствора. случае зависимости между механичесПредлагаемый способ можно примекой скоростью бурения и осевой наг2Q нять как в процессе бурения, так и рузкой на долото, полученные для раз на стадии проектирования режимов буличных форм равновесия упругой линии рения и промывки, а также количества продольного изгиба низа бурильной устанавливаемых в компоновку нира буколонны. рильной колонны утяжеленных иуриль25 ных труб. Способ достаточно прост Устойчивым положениям равновесия при реализации программного управлесоответствовали значения нагрузок 80 , ния процессом бурения. 140 и 180 кН (точки А, В, С на фиг.1а). Неустойчивым положениям рав Ф о р м у л а и з о б р е т е новесия соответствуют значения наги я рузок 100, 160 и 200 кН (точки D, Е, 30 К на фиг.1а). При этих значениях наг Способ регулирования режимов бурерузок определяли время бурения метро ния, включающий измерение изменения вых отрезков и рассчитывали механинагрузки на породораэрушающий инстческую скорость бурения. Через нанерумент во времени при бурении без по1 сенные на график точки проведены две дачи верхнего конца бурильной колонкривые: оптимизационная кривая 1 для 35 ны, определение областей разновесия устойчивых положений равновесия упруупругой линии продольного изгиба нигой линии изогнутого низа и кривая 2 за бурильной колонны и измерение редля неустойчивых положений равновежимных параметров при бурении с пода-» сия (фиг.16). 4Q чей верхнего конца бурильной колонВ приведенном примере отсутствованы с последующим определением по опли высокочастотные колебания бурильтимизационным зависимостям и поддер** ной колонны на устье скважины. Аналожанием их оптимальных значений, о тгичные зависимости при наличии на л и ч а ю щ и й с я тем, что„ с устье скважины высокочастотных прод5 целью повышения эффективности буредольных колебаний бурильной колонны ния за счет выбора и поддержания опприведены на фиг.2, тимальных режимных параметров, опти* Использование оптимизационной кримизационные зависимости строят при вой 2 (фиг.26) и выбор нагрузки на изменении режимных параметров отдельдолото, при которой имеет место неус- е- но в областях устойчивого или неустойтойчивая форма равновесия упругой личивого равновесия упругой линии пронии продольного изгиба низа колонны, дольного изгиба низа бурильной колоноснованы на известном свойстве гашены, измеряют амплитуду и частоту прония данного вида колебаний или уменьдольных колебаний бурильной колонна шения их интенсивности путем наложеи при отсутствии на устье скважины ния на них колебаний другой частоты. 55 интенсивных высокочастотных колебаний Б данном случае низкочастотные колебурильной колонны оптимальные значебания низа колонны используются как ния режимных параметров задают в содемпфирующее средство для высокочасответствии соптимизационной записи 5 1427915 ные значения режимных параметров замостью, полученной при устойчивом . дают в соответствии с оптимизационравновесии упругой линии продольного ной зависимостью, полученной при неизгиба низа бурильной колонны, а при устойчивом равновесии упругой линии возникновении на устье скважины ин5 продольного изгиба низа бурильной котенсивных высокочастотных продольных лонны. колебаний бурильной колонны оптималь Щ.нНІс 2,8- &t 2ft2,0 а) • 0,8D 40 60 100 80 201612 і 120 140 Фиг.іа T T 160 І І І і 180 200 &,кії 4 • Г 8... І І 60 Г f 80 І і 1 WO 120 140 Фиг. If 160 180 200 G,KH U279I5 0,200,1В0,120,08 60 80 100 120 140 160 180 ZOO G.KH 60 Редактор З.Ходакова Заказ 1119/ДСП вО 100 120 Фиг. т Составитель В.Шилов Техред М.Ходанич Тираж 4I1 ВИИИПИ Государственного 160 180 200 Корректор Л.Патай Подписное комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, Ул. Проектная,