автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Гидродинамические процессы на забое скважины и совершенствование систем промывки буровых долот

я

оь

до ^

На правах рукописи

ВАРЛАМОВ Евгений Петрович

ПЩРОДИИЛЛШЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА ЗАБОЕ СКВАЖИНЫ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ПРОМЫВКИ БУРОВЫХ ДОЛОТ

Спецйап ьность - 05.15.10 -Бурение скважин

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

г.Уфа 1996г.

Работа выполнена на кафедр© " Бур'ение нефтяных и газовы скважин" Самарского государственного технического университета

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, профессор Халиков Г.А. доктор технических наук, профессор Алексеев Л.А. доктор технических наук Крысин Н.И.

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ:

институт Типровостокнефть"

Защита состоится декабря 1996г. в ^ часов на заев дании диссертационного совета совета Д 063.09.02 при Уфимског, государственном нефтяном техническом университете по адресу 450062, Уфа-62, ул.Космонавтов,1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимскогс государственного неф1"яного технического университета.

Автореферат разослан " ^ " ноября 1996г.

Учёный секретарь диссертационного Совета, доктор физико-математических

наук, профессор /¿ЙЙ^ Р.Н.Бахгизин

Общая характеристика работы. Актуальность проблемы.

Несмотря на постоянное совершенствование техники и технологии бурения нефтяных и газовых скважин, в цикле строительства скважин основную часть времени занимают работы по формированию ствола, зависящие непосредственно от таких показателей процесса бурения как механическая скорость и проходка за рейс, значения которых тесно связаны с конструктивным совершенством и качеством буровых долот, а также режимом их эксплуатации в процессе рейса.

Проблемы совершенствования породоразрушающего инструмента приобретают особую актуальность при бурении глубоких и сверхглубоких скважин, временные и материальные затраты на строительство которых весьма значительны.

Работы в области оптимизации конструктивных параметров породоразрушающего инструмента и совершенствование режима его работы позволили значительно повысить работоспособность используемых в практике бурения шарошечных долот.

Вместе с тем, большие резервы повышения технико -экономических показателей работы буровых долот, связанные с совершенствованием систем промывки и оптимизации забойных гидродинамических процессов остаются до сих пор в значительной мере не реализованными.

Это вызывает необходимость более глубокого исследования гидродинамических процессов в призабойной зоне и разработки на этой основе новых технико-технологических решений, позволяющих повысить общие показатели проводки скважины. Цель работы.

Повышение производительности и долговечности буровых гидромониторных долот на основе исследований гидродинамических процессов в призабойной зоне скважины, работоспособности гидромониторных узлов и его элементов и совершенствование систем

промывки.

Основные задачи работы.

1. Разработка комплекса методик и технических средств для исследования процессов в призабойной зоне сквшкины при истечении промывочной жидкости из гидромониторных насадок долота и оценка их гидродинамического качества.

2. Разработка методик и технических средств для иссле- дова-ния поперечных потоков промывочной жидкости и влияния шероховатости рельефа забоя скважины на очистную способность гидромониторных струй.

3. Аналитические и экспериментальные оценки коэффициентов расхода гидромониторных насадок в условиях противодавления.

4. Разработка методик и экспериментальной установки для исследования работоспособности гидромониторных узлов буровых долот и долговечности гидромониторных насадок.

5. Разработка на основе аналитических и экспериментальных исследований новых конструкций систем промывки буровых долот с улучшенными гидродинамическими характеристиками, организация их серийного производства и широкого промышленного внедрения. Методы исследования.

Решение поставленных задач осуществлялось на базе разработанных автором комплекса специальных исследовательских методик и технических средств для их реализации.

Этот комплекс методик и технических средств позволил выполнить исследования изучаемых объектов в условиях, максимально приближенных к условиям эксплуатации.

Для получения и обработки лабораторных, стендовых и промысловых данных применялись современные контрольно-измерительные приборы, соответствующее программное обеспечение и вычислительная техника.

При проведении аналитических и экспериментальных иссле-

дований использовались методы математической статистики и классические. положения современной гидродинамики, описывающие физические процессы истечения затопленных струй жидкости, позволяющие осуществить поиск оптимальных решений. Научная новизна.

1. Установлены основные аналитические и экспериментальные зависимости, характеризующие гидродинамические процессы в приза-бойной зоне скважины.

2. Получены критерии, определяющие величину противодавления на забое скважины, при которых коэффициент расхода гидромониторных насадок достигает максимальных величин.

3. Выполнена оценка влияния шероховатости рельефа забоя на поля скоростей поперечных потоков и установлена область организации возвратных потоков.

4. Установлена зависимость для определения ориентации зубьев относительно образующей шарошки, позволяющая оптимизировать геометрические параметры вооружения буровых долот.

5. Установлены закономерности изнашивания канала гидромониторных насадок в процессе эксплуатации долота на основе которых разработаны их оптимальные профили, в том числе предложен новый профиль насадки - профиль естественного износа.

Основные защищаемые положения.

1. Результаты стендовых и промысловых испытаний гидро- динамических процессов в призабойной зоне скважины.

2. Закономерности влияния противодавления в призабойной зоне на коэффициент расхода гидромониторных насадок.

3. Экспериментальное обоснование усовершенствованных систем очистки буровых гидромониторных долот и их работоспо- собнос-ти.

4. Закономерности воздействия поперечных потоков затопленных струй на очистку шероховатой поверхности забоя.

Практическая ценность.

1. Разработана асимметричная система промывки буровых шарошечных гидромониторных долот.

2. Разработан нормальный ряд конических гидромониторных насадок высокого гидродинамического качества.

3. Разработан и внедрён стенд для оперативной оценки основных параметров качества систем промывки буровых долот в условиях их серийного производства.

4. Предложены самоуплотняющиеся схемы крепления гидромониторных узлов.

5. Организован серийный выпуск буровых шарошечных долот с . широкой гаммой типоразмеров с усовершенствованной системой промывки и их широкое промышленное внедрение.

6. Разработаны методические рекомендации по выбору оптимальных режимов эксплуатации буровых гидромониторных'долот новой конструкции в основных нефтегазодобывающих регионах страны.

Результаты работы используются при промышленном выпуске долот с усовершенствованной системой промывки, при бурении скважин в большинстве регионов России и стран СНГ, а так-же в учебных курсах "Разрушение горных пород", "Технология бурения нефтяных и газовых скважин", "Гидроаэродинамика в бурении" и "Промывка скважин".

Апробация работы:

Основные положения работы докладывались и получили одобрение на: Межотраслевом совещании по повышению качества и надежности буровых долот за счет совершенствования конструкций, точности изготовления и применения сталей новых марок (Куйбышев, 1971); координационном совещании по породоразрушающему инструменту (Пермь, 1972); научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Куйбышевского политехнического института имени В.В.Куйбышева (Куйбышев, 1972);

четвертом Всесоюзном семинаре по гидравлике промывочных жидкостей и цементных растворов в бурении (Гомель, 1973); секции бурения нефтяных и газовых скважин Куйбышевского политехнического института имени В.В.Куйбышева (Куйбышев, 1973); заседании кафедры бурения .нефтяных и газовых скважин с кафедрой машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов Грозненского нефтяного института им.академика Миллионщикова и отдела бурения "Сев-КавНИПИнефть" (Грозный, 1973), научно-техническом совете на СКБ по долотам (Куйбышев, 1974); техническом совещании СКБД ПО "Куй-бышевбурмаш" (Куйбышев, 1979); межотраслевой конференции по качеству и испытаниям шарошечных долот (Куйбышев, 1990); областной научно-технической конференции, посвященной 60-летию Куйбышевского политехнического института им.В.В.Куйбышева (Куйбышев, 1990); научно-техническом совете нефтетехнологического факультета Самарского государственного технического университета (Самара, 1995); научно-техническом совете СКБД АО "Самарабурмаш" (Самара, 1995); учёном совете нефтетехнологического факультета СамГТУ (Самара, 1995г.).

Объём работы.

Диссертация состоит из введения, 6 глав, основных выводов и рекомендацйй, списка литературы, включающего в себя 189 наименований. Работа изложена на 269 страницах машинописного текста и приложения на 20 страницах, включает 82 рис. 27 таблиц. Публикация.

Основное содержание диссертации изложено в 48 опубликованных работах, из них семь авторских свидетельств на изобретения. При проведении исследований и практической реализации их результатов автор сотрудничал с И.К.Бикбулатовым, Р.М.Богомоловым, Э.С.Гинзбургом, Н.А.Жидовцевым, К.А.Кафидовым, А.К.Козодоем Г.Н.Матвеевым, П.Ф. Осиповым, А.В.Торгашовым и выражает им глубокую благодарность.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы и изложена общая характеристика диссертационной работы.

о

1. Особенности гидродинамических процессов в

призабойной зоне в процессе промывки скважины при бурении гидромониторными долотами.

В этом разделе дан анализ современному состоянию изученности вопроса промывки скважин.

С ростом глубины бурения наблюдается падение механической скорости углубления и проходки на долота, что, по мнению большинства исследователей, обуславливается, в частности, возникновением в призабойной зоне значительного дифференциального давления, угнетающий механизм действия которого изучен недостаточно.

Регулирование гидродинамических процессов в призабойной зоне при помощи варьирования технологическими параметров затруднено и не всегда приносит ожидаемый результат. Это связано с недостаточной изученностью влияния многих технологических факторов на отдельные этапы процесса очистки призабойной зоны.

Вместе с тем в оптимизации гидродинамических процессов заложен значительный резерв повышения показателей работы долот.

Совершенствование методов гидравлических расчётов и экспериментальных исследований гидравлических систем буровой скважины и её отдельных элементов является аюуальной проблемой техники и технологии глубокого бурения и обуславливается ростом величины рабочих давлений, связанных как с глубинами скважин, так и с интенсификацией очистки забоя при применении гидромониторных долот.

Исследованиям стеснённых затопленных струй посвящены работы следующих авторов: Г.Н.Абрамовича, Б.Т.Агашашвили, Р.Г.Ар-зуманова, А.Д.Альтшуль, Т.Н.Башта, И.К.Бикбулатова, А.М.Гусмана,

Н.А.Жидовцева, А.В.Зубарева, А.К.Козодоя, Н.А.Колесникова, В.Н.Кириллина, А.Э.Кулиева, М.Р.Мавлютова, Р.Х.Мак-Лина, П.Н.Матюшина, Л.С.Мелик-Асланова, Г.М.Муэрса, П.Ф.Осипова, В.В.Симонова, Б.Н.Сиова, А А.Сутко, Р.И.Шищенко, В.С.Федорова, Р.Финстра, А.А.Халилова, Д.Р.Эккела и других.

Для эффективного использования энергетических возможностей затопленных, стеснённых струй, истекающих из отверстий буровых долот, необходимо достаточно точно определить такие параметры, как: полную силу удара струи о забой в зависимости от расстояния насадки до него; геометрию струи и скоростные напоры в различных точках поперечного сечения её в конкретных условиях бурения.

К настоящему времени стеснённые затопленные струи жидкости изучены недостаточно, а большинство работ, к тому же, посвящены свободным струям и воздушным стеснённым струям.

Анализ методов, исследований стеснённых струй и промывочных систем буровых долот показал, что необходима разработка методик и экспериментальных установок, позволяющих получать сопоставимые результаты исследований основных закономерностей, на базе которых можно разрабатывать практические рекомендации, направленные на повышение гидродинамического совершенства процессов промывки скважин.

Почти не изучен вопрос взаимного влияния нескольких затопленных струй на характер поперечных потоков, особенно при асимметричном расположении насадок, нуждаются в коррекции также и результаты исследований симметрично располженных насадок при их совместной работе.

Одним из факторов, влияющих на формирование затопленных струй является изнашивание внутренней полости гидромониторных насадок, при котором меняются основные параметры струи. Эти вопросы к настоящему времени исследованы явно недостаточно.

Выбор рационального профиля насадки является одним из ос-

новных путей снижения гидравлических сопротивлений в насадке и повышения энергетических показателей струи.

Исследования отечественных и зарубежных авторов свидетельствуют о влиянии в различной степени профиля и геометрических параметров насадок на коэффициент расхода. Некоторые исследователи предлагают принимать коэффициент расхода и коэффициент сопротивления для затопленных струй такой же как и для незатопленных.

Анализ исследований подтверждает, что вопросы, связанные с коэффициентом расхода при истечении жидкости в жидкость из насадок различного профиля при значительных давлениях и противодавлениях изучены не достаточно. Это вызывает необходимость проведения дополнительных исследований.

Основным методом изучения явлений, происходящих на забое скважины, является эксперимент, так как чрезвычайная сложность геометрических форм шарошек, забоя и гидродинамических процессов обуславливает невозможность достаточно адекватного математического описания.

Для решения вопросов очистки забоя создано множество различных лабораторных и стендовых установок, отличающихся конструкцией и энергетическими возможностями. Известны экспериментальные установки, выполненные с обращенным забоем." Наибольший интерес представляют установки, выполненные по нормальной схеме, к которой можно отнести установки ВНИИБТ, УГНТУ, ГАНГ, фирм "Зссо", "Шелл" и другие. Однако имитирование условий забоя на этих установках не всегда возможно.

Каждая из применяемых установок обладает определёнными преимуществами, но в то же время ни одна из них не позволяет произвести детальное изучение распределения поперечных потоков на забое без ошибок, вносимых конструктивными решениями измерительного узла и его перемещением по поверхности забоя.

Все установки имеют существенный недостаток, заключа-

ющийся в том, что измерение давлений в ход© эксперимента производится дискретно и что для измерения давления в заранее заданных точках призабойной зоны необходимо прервать измерения и произвести переналадку. При этом установка нескольких измерительных элементов влечёт за собой появление ошибок измерения в следствии неидентичности разных трубок Пито. •

К недостаткам существующих установок для исследования изнашивания насадок можно отнести то, что они не позволяют произвести оценку абразивной способности рабочей жидкости для получения сопоставимых результатов исследований.

В связи с этим, одним из вопросов, решаемых настоящей работой, является разработка экспериментальных установок и соответствующих методик, суммирующих положительные качества известных установок и позволяющих детально исследовать гидродинамические процессы в призабойной зоне скважины.

2. Гидродинамическое совершенство насадок и подводящих каналов гидромониторных буровых долот.

Исследования гидродинамического совершенства насадок и подводящих каналов гидромониторных долот проводились на разработанном нами многоцелевом экспериментальном стенде СГ-1 с различными камерами высокого давления , который позволяет исследовать истечение промывочной жидкости с расходом до 110 мэ/час при давлении 7,5 МПа из натурных единичных осесимметричных," асимметричных насадок и из насадок и отверстий систем промывки буровых долот диаметром 215,9 мм в условиях имитирующих забойные по разработанной стандартной методике. Камера высокого давления КВД-1, входящая в этот стенд, позволяет измерить осевое динамическое давление струй на различных расстояниях между трубкой Пито и цилиндрическим выходным отверстием насадки при регулируемом в процессе эксперимента давлении.

Задача исследований состояла в анализе достоинств и недостатков существующих насадок различной геометрической формы, поиск- новых форм, соответствующих условиям их практического применения.

Одним из основополагающих принципов при выборе насадок является степень их гидродинамического совершенства, т.е. способность формировать наиболее компактную, стабильную струю.

Учитывая специфику работы насадок в гидромониторных долотах и недостатки, присущие существующим методам их оценки, целесообразно определять их гидродинамическое совершенство по параметрам струй, формируемых этими насадками.

Как установлено, все основные гидродинамические параметры струи можно выразить через один обобщённый параметр - длину ядра постоянных скоростей, который может быть получен непосредственным измерением и применён в расчётных формулах Этот факт создаёт большие удобства для разработки стандартной методики оценки геометрических форм насадок, которая позволяет получать достоверные и воспроизводимые результаты.

В качестве промывочной жидкости используется техническая вода. В заданном режиме испытаний она полностью моделирует применяемые на практике глинистые растворы, так как известно, что при числах критерия Рейнольдса ЮЧ-Ю9, имеющих место в экспериментах, вязкопластические свойства не оказывают влияния на характер течения жидкости.

Количественную оценку степени гидродинамического совершенства насадок предлагается произвести по трём категориям в зависимости от величины относительной длины ядра постоянных скоростей я»,: низкая - т, менее 4.0, средняя - «,=4,0-7-5,0 и высокая - »»,=5,0

и более.

Обработка экспериментальных данных проводилась с помощью статистической программы (БТАТСВАРЮЗ) с использованием

мультипликативной модели у=ах* и экспоненциальной модели у-е"*** кйк наиболее полно аппроксимирующих наклонную часть графиков. Во всех исследованиях коэффициент корреляции находился в пределах 0,76н-0,9Э.

Необходимость разработки стандартной методики подтвердили и эксперименты с насадками различного профиля по опре- делению влияния основных геометрических параметров подводящего канала на формирование струй. Эти исследования проводились без подводящего канала и с подводящими ^налами различной длины. Анализ результатов этих исследований показал, что при испытании насадок без подводящего канала длина ядра постоянных скоростей имеет максимальное значение, а при изменениии длины подводящего канала больше шести его диаметров, длина ядра постоянных скоростей падает. Вследствие этого, при проектировании систем промывки буровых долот длину подводящего канала к насадке необходимо сокращать, а его профилю придавать плавные округлые формы.

На получение компактных струй с максимальной длиной ядра постоянных скоростей и основного участка существенное влияние оказывает конфигурация внутреннего профиля насадок и подводящих каналов.

Для оценки гидродинамического совершенства в работе исследуется и значимость отдельных элементов насадок.

Для исследования влияния геометрических параметров цилиндрического выходного отверстия испытанию подвергались насадки со всеми известными профилями и насадки с профилем естественного износа^ При прочих равных условиях диаметр входа в насадку а, принят равным'двум диаметрам спрыска а,.

Анализ результатов позволил сделать вывод, что цилиндрическое выходное отверстие неоднозначно влияет на гидродинамическое качество насадок. Увеличение длины цилиндрического выходного отверстия А, у наиболее совершенных по своему профилю насадок, практически не влияет на их гидродинамическое качество. При

увеличении А, у конических насадок от 0 до О,Ы, длина ядра постоянных скоростей т, изменяется от 4,67 до 5,34. Дальнейшее увеличение длины Л, также не даёт существенного изменения характеристик этих насадок. Результаты исследования конических насадок свидетельствуют, что можно изменить категорию степени совершенства насадок простых геометрических форм в лучшую сторону за счёт правильного выбора величины А,. При проектировании насадок для гидромониторных долот длину л, достаточно предусмотреть равной 0,54,. Как правило, такие насадки достаточно компактны и хорошо вписываются в конструкцию гидромониторного узла. В том случае, когда необходимо приблизить срез насадки к забою, лучше всего это сделать не за счёт приближения профильной части насадки, а за счёт удлинения цилиндрического выходного отверстия, так как в этом сечении насадка может иметь значительно меньший наружный диаметр, чем в области профилирующей части насадки. Такие насадки имеют компактный корпус гидромониторного узла и удовлетворительно вписываются между шарошками долота.

Это положение нашло подтверждение и в дальнейших исследованиях удлиненных насадок при выборе рациональных форм насад» кй для обеспечения попадания струй промывочной жидкости в задай-ную точку забоя.

Для анализа влияния оформления выходных кромок исследована группа цилиндрических насадок, у которых выходные кромки были в разной степени скруглены. Экспериментом установлено, что наличие округления фаски и любого другого вида нарушения острой кромки на выходе насадки существенно снижает её гидродинамическое качество.

Испытания насадок с различным профилем внутренней полости показали, что все насадки с плавным поджатием струи имеют высокую степень ждродинамического совершенства.

Практический интерес представляет насадка с профилем естественного износа, как износостойкий. Этот профиль на входе имеет цилиндрический участок, плавно переходящий к малому входному диаметру насадки хорошо вписываются в любую конструкцию гидромониторного узла.

Одним из наиболее рациональных решений вопроса о выборе насадок может быть применение конических насадок. При той длине насадок, которая проектируется в современных долотах, практически не всегда возможно обеспечить угол раскрытия 13+14°, который считается рациональным.

Эксперименты, проведённые нами, подтвердили, что такие на- ■ садки имеют не только высокий коэффициент расхода {1=0,946, но большую относительную длину ядра постоянных скоростей, т = 5,2 и что существует целая область рациональных углов раскрытия конических насадок, причём насадка с углом раскрытия 37° обеспечивает длину ядра постоянных скоростей «,=5,4. При увеличении угла раскрытия до 55° наблюдается некоторое снижение гидродинамического совершенства насадок. Дальнейшее увеличение угла раскрытия приводит к неожиданным результатам. Насадки с углом раскрытия 604-75° со скруглением сопряжения образующих конуса и цилиндрического выходного отверстия вновь приводит к повышению совершенства насадок.

Особое внимание следует уделить насадке с углом раскрытия 60°. Результаты экспериментов свидетельствуют о высоком гидродинамическом совершенстве таких насадок. При изменении угла раскрытия насадок.как в меньшую, так и в большую стороны, длина ядра постоянных скоростей резко изменяется, особенно в последнем случае. ' .

Другим примечательным отличием насадки с углом раскрытия. 60° является практическое отсутствие влияния на длину ядра постоянных скоростей скругления образующих конусной полости и цилиндрического ' выходного отверстия, в то время как у насадки с углом

раскрытия в 75° это влияние значительное.

Объяснение причин высокой степени гидродинамического совершенства насадки с углом раскрытия 60° можно найти, сопоставляя её профиль с насадкой эллиптического профиля. Фаска на насадке полностью укладывается в сегмент рационального эллипса, а поджа-тие потока в ней происходит по той же закономерности, что и в эллиптической насадке, округление сопряжения образующих практически не меняет поле скоростей потока.

То же самое объяснение можно дать и в отношении насадки с раскрытием входа на 75°. Без скругления образующих они выходят за пределы рационального эллипса в местах их сопряжения. При этом нарушается естественная структура потока, периферийные участки его, сбегающие с конуса под большим углом навстречу друг другу, приводят к резкому повышению турбулентных пульсаций в насадке, быстрому размыву струи и падению длины ядра постоянных скоростей её. При округлении образующих они практически укладываются в пределы рационального эллипса, не нарушая естественную структуру потока, что значительно повышает гидродинамическое совершенство насадки.

При соединении окончания большой и малой полуосей рационального эллипса, угол между хордами, лежащими по обе стороны от оси насадку составляет 67,5°. Исследования насадки с таким углом раскрытия показали её высокое гидродинамическое качество. Относительная длина ядра постоянных скоростей насадки составила т~5,3. Вместе с тем для гидромониторных долот наиболее приемлема насадка с углом раскрытия 37°, имеющая высокое гидродинамическое качество, хорошо вписывается в любую конструкцию гидромониторного узла. ■ • ;

Исследования насадок с оформлением входной части с различными углами и округлением сопряжения установили возможность конструктивного выполнения насадок с высокой степенью гидродина-

мического совершенства. Длина их может варьироваться в достаточно широких пределах, при этом длина цилиндрического выходного отверстия должна быть не менее 5мм. Профиль канала этих насадок позволяет придавать наружной поверхности их самые разнообразные формы, отвечающие условиям их применения, способу герметизации и крепления в промывочном узле гидромониторного долота.

Регрессионный анализ экспериментальных данных исследований, проведённых с насадками различного профиля, показал, что все графики X— /(т), где т - длина струи до забоя, хорошо аппроксимируются с высоким коэффициентом корреляции одним уравнением: X = ехрСа+Ьт), (1)

где а и Ь постоянные величины.

Для обобщения результатов исследований насадок с различным профилем можно принять т,--— и коэффициенты а, и Ь„ которые будут постоянны для всех насадок.

Для определения этих коэффициентов использованы экспериментальные данные исследований конических насадок без округления перехода от конуса к цилиндрическому выходному отверстию с углом раскрытия 14,2°;37°;55;700 и 90°, гидродинамическое совершенство которых колеблется в больших пределах (относительная длина ядра постоянных скоростей т, соответственно равна: 5,25;5,34; 4,86;2,74 и 2,9). После обработки данных по принятой методике получено обобщающее уравнение, что позволяет прогнозировать характеристики струй проектируемых насадок:

Х= ехр(а,+Ъ/п), (2)

где: «,= 0,4556, Ь, =-0,6623.

Коэффициент корреляции в этом случае равен д=0,98, что говорит о высокой степени аппроксимации. Используя постоянные величины а, и Ь„ можно построить график х- /(т,) для насадок с любым

профилем и различной длины с высокой степенью точности, если известна относительная длина ядра постоянных скоростей «,.

Для анализа влияния угла раскрытия на гидродинамическое совершенство конических были получены коэффициенты а и Ь и введена величина относительного угла раскрытия

При статистической обработке результатов экспериментов получены величины свободных членов а' и а" и коэффициентов Ъ' и Ь" обобщённых линейных уравнений регрессии, характеризующие конические насадки X «= /((X'; т), которые имеют.вид:

X = ехр [а'+Ь'а'+Са" +Ъа.')т], (3)

или X = ехр (0,709-0,43Ш-€Дб2т-0,112ат) (4)

X = ехр (5)

или X = ехр (0,70ШЗт-6д2?273а). (6)

Струя промывочной жидкости, истекающая из коротких насадок буровых долот, срез которых расположен, как правило, на высоте 12(М-150мм. над забоем, при своём движении в сторону забоя создаёт эжекционный эффект, увлекая за собой уже вынесенный шлам с поверхности забоя вновь под шарошки долота. Наибольшая скорость подъёма промывочной жидкости при симметричной системе промывки зафиксирована за спинками лап долота, то есть в самых стеснённых вертикальных сечениях системы "скважина-долото". Это способствует так-же интенсивному износу спинки лап, опор шарошек и вооружения.

Для улучшения гидродинамической ситуации в призабойной зоне скважины были проведены исследования удлинённой насадки с эллиптическим входным участком и сменной цилиццрической частью различной длины, позволяющей разместить срез насадки на любой высоте от забоя.

Установлено, что с целью увеличения поперечных потоков и снижения эжекционного воздействия истекающих струй промывочной жидкости на качество очистки забоя от выбуренной породы срез насадок необходимо максимально приблизить к забою. Для сохранения высокого гидродинамического совершенства удлинённых насадок их профиль необходимо выполнять, из нескольких участков, тем самым

снижая потери на длинном цилиндрическом участке диаметром равным (!„ увеличивая коэффициент расхода на 10-Т-15Х. Отношение осевого давления на забой к перепаду на насадке р, увеличивается с приближением среза насадки к поверхности забоя, однако при практической реализации этой идеи возникают большие трудности, в основном, из-за механического повреждения насадок. Проведённые нами исследования показали возможность установления среза на расстоянии 6</, от забоя, что расширяет возможности конструктивного решения систем очистки буровых долот. Анализ результатов исследований насадок с различным профилем внутренней полости позволяет сделать вывод, что наиболее приемлемым профилем внутреннего канала удлинённых насадок для буровых долот является профиль с углом раскрытия первого и третьего участков равным 37°; 60°, а также с биради-альным профилем этих участков, как наиболее технологичном при серийном изготовлении насадок методом прессования или литья.

У удлинённых насадок отмечается некоторое снижение коэффициента расхода, что объясняется естественным увеличением потерь на трение промывочной жидкости и местных потерь, обусловленных сужением канала. Вместе с тем, высокое гидродинамическое качество этих насадок, обеспечивается правильным выбором профиля входного участка и длины цилиндрического выходного отверстия. Зависимость Х=/(т,) таких насадок аналогична обобщённым зависимостям для коротких насадок с соответствующим профилем. ч

Удлинённые насадки, сосотоящие из нескольких участков, позволяют конструировать их с искривлённым последним цилиндрическим участком с целью направления струй промывочной жидкости в заданную точку забоя. Это способствует снижению дифферен- циаль-ного давления потоков на поверхность забоя и активизирует поперечные потоки.

3. Гидродинамические процессы в призабойной зоне скважины.

Одной из важнейших проблем, определяющих работоспособность буровых шарошечных долот, является повышение эффективности очистки забоя на основе всесторонних исследований и оптимизации на их основе гидродинамических процессов в призабойной зоне.

Для проведения этих исследований в условиях, максимально приближенных к забойным, разработана специальная камера высокого давления КВД-2, работающая в комплексе с экспериментальным стендом СГ-1 и методика, позволяющая исследовать натурные долота и специальные устройства с различными композициями систем промывки.

Отличительной особенностью камеры КВД-2 является возможность непрерывного измерения давления в имитируемой призабойной зоне с применением специального измерительного узла, с использованием одной трубки Пито без изменения конфигурации забоя. Оригинальность конструкции этой камеры подтверждена авторским свидетельством.

Для проведения исследований использовалось серийное долото с установленными специальными устройствами, позволяющими производить смену цилиндрической части насадки.

При проведении экспериментов рабочее давление промывочной жидкости колебалось в пределах Рля-=5+6 МПа при расходе £=14,3 + 16,8л/с и скорости истечения из насадок в пределах У=60,9+71,6м/с, противодавление в рабочей камере создавалось в пределах ^=2,6+ 3,3 МПа, при котором кавитации не наблюдалось. В этих условиях производились исследования полей давлений, вызывающих поперечные потоки в призабойной зоне.

При проведении экспериментов по предложенной методике изменяется лишь один фактор - величина динамического давления,

что существенно облегчает анализ результатов исследований.

Основным недостатком системы промывки гидромониторных долот с тремя боковыми насадками является стеснение свободного сечения в призабойной зоне. Исследования долот с симметрично расположенными тремя насадками показали, что динамическое давление, а, следовательно, и соответствующие скорости поперечных потоков на поверхности забоя значительно уменьшаются по мере удаления от периферии к центру и наоборот при центральном расположении гидромониторного узла.

Анализ условий гидромеханического подобия и использования второй теоремы подобия позволяет использовать для обобщения экспериментальных данных критериальную зависимость вида:

(7)

где: Ви - критерий Эйлера; Ке - критерий Рейнольдса; Рг - критерий Прандтля; Ъ - расстояние от среза насадки до плоскости забоя; й, - диаметр выходного отверстия насадки; г - текущий радиус забоя; г, - радиус забоя.

Исследования систем промывки с насадками, расположенными на различной высоте от забоя показали, что динамическое давление на забое увеличивается во всех точках при движении по радиусу к периферии до оси струи и с приближением среза насадок к поверхности забоя. Анализ критериальной зависимости показал, что результаты исследований подчиняются экспоненциальному закону. Эффективность системы промывки долот повышается с приближением среза насадок к поверхности забоя. Получены зависимости подтверждены промысловыми испытаниями долот 5К214СГ с модернизированными гидромониторными узлами, удлинённый патрубок которых позволил приблизить насадку к забою. Так проходка возросла на 50», а механическая скорость бурения на 14,3%.

Экспериментально установлено так-же, что под шарошками движение промывочной жидкости, которое существенно повлияло бы

на качество очистки скважины, практически отсутствует. Это объясняется тем, что под шарошкой происходит встреча потоков от двух соседних струй. При этом возникает большее движение жидкости под набегающую шарошку. Результаты бурения гидромониторными долотами с одной заглушённой насадкой показали перспективность асим--метричной системы промывки, при которой возможны значительные поперечные потоки промывочной жидкости в области шарошки и под ней.

Для оценки качества системы промывки проведены сравнительные исследования серийных долот с тремя симметрично расположенными насадками и долота с модернизированной системой промывки, у которого одна насадка направлена вниз, вторая по оси шарошки, а третья, эжекционная, вверх. Установлено, что при испытании серийного долота на эпюре отмечается три пика динамического давления, а у модернизированного только один - по оси насадки, направленной вниз.

Промывочная жидкость, истекая из насадок систем промывки серийного долота, почти всю поверхность забоя подвергает воздействию динамического давления, что с одной стороны, способствует" увеличению поперечных потоков на забое, а с другой стороны, затрудняет организацию возвратных потоков, освобождающих призабойную зону от шлама, перемещаемого поперечными потоками промывочной жидкости и неоднократно перемалываемого шлама, набегающими шарошками. Экспериментальное долото обладает тем преимуществом, что у него в зоне тангенциальной насадки и насадки, направленной вверх, возможна более лёгкая организация возвратных потоков. Применение такой конструкции системы промывки способствует улучшению качества очистки забоя, о чём свидетельствует опыт бурения такими долотами на промыслах объединения "Нижневолжскнефть", который подтверждает выводы, сделанные на основании стендовых исследований долот ИК214СГ.

При исследовании влияния различных схем промывки на организацию поперечных и возвратных потоков бурового раствора для оценки величины динамических давлений принята безразмерная величина />=у~, где р,=р.^р,,., р^ - осевое динамическое давление струи. Замеры производились с большой плотностью по всей площади забоя.

Для проведения исследований разработано специальное приспособление с сохранением вида поперечного сечения, соответствующего сечению долота в области, где потоки бурового раствора меняют направление движения с асимметричной схемой промывки с периферийной, тангенциальной и эжекционной насадками, серийное долото ГК214СГ с тремя симметрично расположенными насадками и экспериментальное долото НК214СГ с асимметричной схемой промывки.

При исследовании экспериментального и серийного долота изучено поле распределения давлений, возникающее при взаимодействии струй, истекающих из трёх насадок при различных вариантах их расположения.

При исследовании поля давлений поперечных потоков на забое скважины изучалось действие каждой насадки в отдельности и дифференцированное действие различных комбинаций насадок, а результаты испытаний представлены в виде объёмных эпюр.

Анализ результатов этого эксперимента свидетельствуют о возможности регулирования величины давления на забой скважины, варьируя расход жидкости, направляемый через эжекционные насадки, увеличивая их число или диаметр и создавать наиболее благоприятные условия для очистки забоя скважины и разрушения породы.

Выявилась перспективность двух комбинаций насадок: первая - установка на долоте периферийной, эжекционной и тангенциальной насадок, вторая - установка при различных комбинациях периферийной и тангенциальной насадок, двух эжекционных насадок.

Исследования гидродинамических процессов при имитации

взаимодействия натурных долот с забоем скважины проводились без вращения долота. Этим фактором можно пренебречь, так как скорость истечения бурового раствора из гидромониторных насадок и частота вращения долота несопоставимы. Струя бурового раствора, формируемая насадками при реальных частотах вращения долота, практически не отклоняется.

Исследования проводились на натурных долотах диаметром 215,9 мм. Экспериментальные долота позволяли изменять систему промывки в широких пределах с установкой боковых, центральных, зжекционных насадок с различным приближением их среза к поверхности забоя.

При построении объёмных эпюр динамических давлений на забой скважины при исследовании долот с различными системами промывки отмечается максимальное динамическое давление по осям гидромониторных насадок, а в тех зонах, где отсутствует прямое воздействие струй на забой, отмечается резкое падение этих величин также, как при измерении их по радиусам забоя.

Распределение давлений по забою скважины у гидромониторных долот с тремя симметрично расположенными насадками не способствует удалению шлама, вызывает повышение износа вооружения долота, в то время как у долот с упорядоченной схемой промывки распределение давлений на забое благоприятно сказывается на процессе очистки и как следствие на уменьшение износа долота. С помощью наклона насадок к плоскости забоя можно так же добиться увеличения силы поперечных потоков и уменьшения дифференциального давления, способствующих более качественной очистки забоя от шлама.

Впоследствии результаты этих исследований подтверждались неоднократно и другими исследователями, что подтверждает справедливость вывода об эффективности асимметричной промывки буровых долот.

Значительный объем испытаний долот с усовершенствованны-

ми системами промывки приведён на базе СКБ АО "Волгабурмаш". Промысловым испытаниям были подвергнуты 930 экспериментальных и 1105 серийных долот при бурении глубоких скважин в сопоставимых условиях.

Исследованиям подвергались долота:

111215,9СЗ-ГВ-1 с асимметричной промывкой с двумя удлинёнными гидромониторными насадками;

Ш393,7СЗ-ГВ с боковой промывкой, оснащённым тремя удлинёнными насадками;

Ш393.7М-ГВ. Система промывки этого долота состоит из трёх гидромониторных узлов с насадками, одна из которых расположена в центре долота, а две другие боковые приближены к забою скважины;

Ш444,5С-ГВ с комбинированной системой промывки, состоящей из четырёх промывочных узлов, один из которых расположен в центральной части, две боковые насадки направлены вниз и одна эжекционная - вверх.

Эффективность этих долот подтверждена результатами государственных приёмочных испытаний турбинным и роторным способами бурения в ПО "Пермнефть", "Удмуртнефть", "Башнефть", "Укр-нефть", "Грознефть"; ПГО "Ухтанефтегазгеология"; ПО "Татнефть", "Ноябрьскнефтегаз", "Прикаспийбурнефть", "Туркменнефть", "Аз-нефть" и др. -

Данные о повышении показателей бурения экспериментальных долот по сравнению с серийными приведены в таблице 1.

Промысловые испытания гидромониторных долот подтверждают вывод о том, что асимметричная система промывки и приближение насадок к поверхности забоя с целью интенсификации поперечных потоков, стимулирующих очистку забоя от шлама и организацию возвратных потоков, являются одним из перспективных направлений совершенствования породора- зрушающего инструмента.

Таблица 1.

Рост показателей бурения экспериментальных долот по сравнению с серийными.

Тип экспериментального долота. Проходка, % Стойкость, % Механическая скорость, %

111215,9СЗ-ГВ-1 35,5 22 и,з

П1393.7СЗ-ГВ 162 105. 55

111393,7М-ГВ 62,5 22,8 37,3

111444,59С-ГВ 32,3 11,8 20

4. Факторы, влияющие на качество очистки забоя скважины и их оптимизация.

Противоречивость подходов к определению коэффициента расхода ц гидромониторных насадок и отсутствие систематизированных исследований этой величины для системы промывки натурных долот в целом при истечении промывочной жидкости на забой скважины, представляющий собой цилиндрический тупик, в среду с противодавлением, существенно отличным от атмосферного, определили необходимость проведения экспериментальных работ с максимальной имитацией забойных условий.

С этой целью разработаны методика и стенд позволяющие исследовать истечение струй промывочной жидкости из одной центральной или из группы насадок долот диаметром 190,5мм. 215,9мм. в цилиндрический тупик, имитирующий забой скважины.

Промывочная жидкость в стенд подавалась многоступенчатым центробежным насосом, который развивал давление до 6.5 МПа, а противодавление в рабочей камере до 4 МПа. Целью практических расчётов гидравлических систем в бурении является определение перепада давления не столько на насадках долота, сколько на долоте в целом, считая подводящий канал продолжением насадки. При совершенном • оформлении входного участка подводящего канала

коэффициент расхода долота цд практически не отличается от коэффициента расхода насадок

Испытанию подвергались две группы насадок: с некалиброван-ным цилиндрическим выходным отверстием - для определения характера влияния противодавления на коэффициент расхода и с калиброванным для определения абсолютного значения ц с заданной точностью.

Промывочная жидкость поступала через подводящий патрубок с диаметром канала 20 мм. В соответствии с этим все конические насадки и насадки других профилей имели диаметр отверстия на входе 20 мм.

• Все опыты проведены при скоростях истечения не менее 60 м/с. Критерий йе во всех случаях был не менее 0,7-10". Это даёт право относить опыты к области турбулентной автомодельности и считать описанные результаты исследований справедливыми не только для воды, но для неньютоновских жидкостей.

• В результате экстпериментов установлено, что коэффициент расхода ц в зависимости от отношения противодавления р} к перепаду на насадке Р, для калиброванных конических насадок с цилиндрическим выходным отверстием, при изменении р = ~ от 0 до 0,35, увеличивается линейно с 0,890 до единицы.

При дальнейшем росте р коэффициент ц остаётся постоянным. Таким образом, величина Р=0,35 является критической для конических насадок.

Для цилиндрических насадок критическое значение р= 0,75.

С целью уточнения абсолютного значения коэффициента расхода цилиндрических насадок с острыми кромками испытаны калиброванные цилиндрические насадки разной длины при р>рф. Влияние относительной длины насадок ~ на р. в пределах изменения т от

0 до 0,25 не зависит от длины цилиндрической насадки и равна 0,615. При 0,25<»К1,6 существует функциональная связь между ц и яь При »>1,6 коэффициент (1=0,825, причём он остаётся постоянным до тех

пор, пока линейные потери по длине насадки не станут существенными.

Результаты опытов свидетельствуют о том, что механизм влияния противодавления на ц связан с гидродинамическими процессами, протекающими внутри насадок, в частности-, с образованием кавита-ционных каверн. •

В табл. 2 приведены рекомендуемые значения коэффициента расхода для описанных насадок в зависимости от условий их применения.

Полученные величины для цилиндрических и конических насадок хорошо согласуются с опытами Б.Н.Сиова.

В связи с тем, что для конических насадок и насадок сложных профилей величины коэффициента расхода при Р = оказалась близкой к единице.

В табл. 3 приведены результаты экспериментов по определению коэффициентов расхода насадок ци и в целом промывочной системы гидромониторных долот (I д .

Таблица 2.

Значение коэффициента расхода цилиндрических и конических насадок в зависимости от величины р.

Характеристики насадок Коэс зфициент расхода.

истечение жидкости при атмосфе рном давлении,^=0 истечение в среды с ограничен ным проти-во давлением истечение в среды с противодавлением

Длинная цилиндрическая с острой кромкой </.=7.93 я 0.31 0.628±0.07 0.628±0.303^ 0.825±0.01

Короткая цилиндрическая с острой кромкой (диафрагма) ¿„=7.93; 10.31 0.615±0.08 0.615;Ь0.08 0.615±0.08

Коническая с утлом конуса 37° и цилиндрическим участком длиной более 0.5«/., <=7.92 10.26 0.890±0.011 0.890±0.337| 1.000±0.001

Проведенные исследования свидетельствуют о том, что при использовании в долотах цилиндрических отверстий и конических насадок с углом конуса 37° коэффициент расхода зависит от глубины скважины и реализуемого перепада давления на долоте.

С увеличением глубины скважины ц возрастает. При равном

расходе промывочной жидкости через долото, перепад давления на долоте в забойных условиях (при (3 > р^) уменьшается в 1,29 раза при конических насадках и в 1,78 раза - при цилиндрических.

Таким образом, рекомендуемые в справочной и научно-технической литературе величины ця (0,64+0,67 - для цилиндрических насадок и 0,9 - для конических) нельзя применять при расчётах перепада давления на долоте при бурении скважин на глубинах свыше 300+350 м. Учитывая, что сменные насадки реальных долот имеют чистоту поверхности не выше 3+4 класса, для расчёов в глубоком бурении рекомендуются следующие величины цд: для цилиндрических насадок -0,82+0,85; для конических насадок с углом конуса 35+40° и более совершенных профилей - 1,00.

Таблица 3.

Коэффициенты расхода отдельных конических насадок и промывочных систем долота.

Коэффициенты Относительное противодавление Р^Д-Р

0,035 0,645

промывочной системы . 0.900+0.01 0.985+0.01

конической насадки 0.904±0.01 0.990±0.01

Гидродинамическое совершенство долота заключается в основном в эффективности очистки забоя скважины от частиц выбуренной породы.

Исследованиями установлено, что решающее влияние на процесс удаления шлама с поверхности забоя скважины оказывают поперечные потоки промывочной жидкости, истекающей из гидромониторных насадок, поэтому вопрос распределения, динамического давления промывочной жидкости по радиусу забоя скважины имеет

практическое значение.

С целью исследования характера распределения поперечных потоков на забое скважины разработаны методика и специальная экспериментальная установка со сменным дном - забоем. Первая часть эксперимента заключалась в исследовании распределения давлений в поперечных потоках жидкости при истечении струй из осесимметрич-ной насадки на плоский забой, снабженный сменными центрами различных геометрических форм. ^

Как усановлено нашими исследованиями, угол отражения струи от плоскости забоя равен 118+120°. В следствии этого угол конусности центральной проточки модели забоя выполнен таким-же. Углубление забоя в месте проточки выбрано максимально возможным при внедрении зубьев шарошки в породу.

Для- изменения глубины проточки и создания выступов конической формы при том же угле конусности были испытаны несколько вариантов сменного центра искусственного забоя, что дает возможность проанализировать характер распределения динамического давления и скорости в поперечных потоках жидкости при различной геометрической форме центра забоя скважины.

Вторая часть эксперимента заключалась в исследовании распределения динамического давления и скоростей поперечных потоков жидкости на искусственном забое скважины с концентрическими проточками по всей поверхности забоя с конусностью проточек, также 120°. Давление жидкости в поперечных потоках контролировать с помощью трубок Пито по радиусу на трех уровнях над забоем и = 0,5мм; 5,0мм; 10мм.

Такое размещение точек контроля трубками Пито позволило качественно оценить влияние гидромониторных струй на распространение поперечных потоков в тех областях искусственного забоя, которые закрыты выступами от прямого потока бурового раствора.

На основании экспериментальных данных можно сделать вы-

вод, что максимальные скорости поперечных потоков бурового раствора имеют место непосредственно на поверхности забоя.

Движение жидкости в цилиндрическом тупике происходит с чередующимися концентрическими областями повышенного перепада давления, где поперечные потоки достигают своего максимума, с областями пониженного перепада давления, где возможна организация возвратных потоков.

Исследования поперечных потоков на поверхности забоя с центральными коническими выступами с углом 120* показали, что характер распределения динамического давления бурового раствора по забою соответствует описанию изменения величины Ар на плоском забое, с той лишь разницей, что амплитуда колебания величины ДР при измерении ее на высоте и, = 0,5мм значительно меньше, и подтверждают вывод о том, что жидкость, истекающая из насадок, отражается под углом 120'.

На рис.1 представлен график распределения динамического давления Ар по искусственному забою с концентричными коническими проточками, из которого видно, что сила поперечных потоков максимальна при измерении величины Ар на уровне я = 0,5мм в области первого выступа, который соответствует радиусу забоя л = 12,5мм. В области впадины (я = 25мм) величина поперечных потоков резко снижается, а на следующем выступе (я = 37,5мм) наблюдается дальнейшее падение величины Ар. Величины Ар на уровне я = 5мм над

поверхностью забоя невелики по абсолютной величине, а на уровне Н = 10,0мм имеют минимальные значения.

Анализ экспериментальных данных позволяет сделать вывод о том, что рельеф забоя активно влияет на величину динамического давления бурового раствора в поперечных потоках, а резкий перепад давления в поперечных потоках при контакте струи с плоским забоем свидетельствует о сложном характере движения жидкости на забое и о возможности организации возвратных потоков в областях пониженного динамического давления. Максимальные скорости поперечных

потоков имеют место непосредственно на поверхности забоя, а величины динамической составляющей от общего давления промывочной жидкости уже на высоте 10мм от забоя имеют минимальные значения, что свидетельствует о присутствии в этой области организованного возвратного потока. Снижение динамического давления жидкости в поперечных потоках способствует направлению частиц шлама обратно

на забой и вторичному перемалыванию шлама, снижению эффективности работы гидромониторных долот.

Исследования модели забоя скважины с коническими проточками, имитирующими шероховатость, показали, что влияние поперечных потоков на очистку забоя от шлама резко снижается и одним из путей повышения работоспособности как системы очистки, так и самого долота является выравнивание поверхности забоя, т.е. повышение фрезерующей способности шарошечных долот за счёт ориентации вооружения шарошек.

Режущие кромки зубьев на шарошках располагаются, как правило, по направлению образующих конусов шарошек. В результате такого расположения режущих кромок зубьев при работе долота не полностью используется эффект проскальзывания шарошек относительно забоя. Это снижает фрезерующее воздействие, особенно долот со смещением осей шарошек типа М, МС, С и новых марок долот, используемых при бурении мягких и средних по твердости пород. Кроме того, подобное расположение режущих кромок зубьев ведет к распределению усилий на опору таким образом, что она преждевременно

Рис.1. Распределение динамического дпплених по забою с концентрическими проточками: 1- Н, = 0,5 мм; 2- Н2= 5,0 мм; 3-Н,= 10 мм;

выходит из строя, так как результирующая усилии имеет направление • вдоль опоры.

Направление проскальзывания на различных венцах шарошек различно, поэтому с целью обеспечения максимальной площади фрезерования режущие кромки зубьев по венцам должны располагаться под различными углами ф. '

На основании аналитических исследований нами разработана и внедрена на Самарском АО "Волгабурмаш" методика определения угла ф, который обеспечивает расположение режущей кромки зубьев перпендикулярно направлению, проскальзывания. Для определения этого угла получена формула:

(и>

где ф - угол разворота режущей кромки зубьев относительно образующей шарошки; к - осевое смещение шарошки; А - расстояние от венца по оси шарошки до вершины конуса; Р9 - фактическая конусность венца; 9 - угол наклона оси шарошки; ¡5 -. координатный угол в конической системе координат между образующей от вершины конуса до рассматриваемого венца и осью шарошки.

Анализ формулы показывает, что, если режущие кромки зубьев расположены по образующей шарошки, угол их отклонения от норма- ' ли весьма велик у вершины шарошки и уменьшается к периферийной части до 2+3'. '

Абразивное действие породы на инструмент возникает при проскальзывании инструмента относительно породы и зависит от касательных напряжений в зоне контакта, Л^.е. от силы трения и определяющей ее силы нормального давления.

В процессе фрезерования горной породы, способствующий выравниванию рельефа забоя, величина тангенциальной составляющей силы достигает значительных величин, и действие её направлено на разрушение рабочей поверхности инструмента от абразивного действия породы.

При ориентации режущей кромки твердосплавных зубцов или

фрезерованного зуба по предлагаемой формуле, то- есть нормально по направлению проскальзывания, приращение коэффициента перекрытия составило до 1,7%, что позволило увеличить поверхность фрезерования и лучшее выравнивание рельефа забоя без дополнительных затрат энергии на бурение. Такое конструктивное решение вооружения долота повысило эффективность очистки забоя от шлама за счёт интенсификации поперечных потоков бурового раствора.

С целью увеличения долговечности фрезерованного зуба в этом случае необходимо армировать их твёрдым сплавом по торцевой части со стороны вершины шарошки и по атакующей поверхности фрезерования. Промысловые испытания таких долот показали их высокую работоспособность.

5. Экспериментальные исследования эксплуатационных параметров гидромониторных узлов буровых долот.

Основными факторами, определяющими эксплуатационную долговечность систем промывки буровых долот, являются герметичность насадок и гидромониторного узла в целом, а так же износостойкость всех элементов системы промывки, результаты иссле дования которых изложены в этом разделе.

Необходимость исследований герметичности гидромониторных узлов обусловлена тем, что фактические размеры элементов промывочных систем реальных буровых'долот и зазоры между уплотняемыми поверхностями зачастую не отвечают требованиям гидравлики и существующим нормалям, резко снижая показатели бурения. .

Эти исследования производились по разработанной нами методике на экспериментальной установке , состоящей из камеры.высокого давления КВД-3 в комплекте с плунжерным насосом, которая позволяет производить испытания систем уплотнения гидромониторных узлов путём их многократной опрессовки до 70 МПа. Испытанию подвергались различные конструкции систем уплотнения со значи-

тельными отклонениями размеров сопрягаемых элементов от допустимых, что позволило более полно выявить конструктивные и технологические недостатки реальных гидромониторных узлов.

В результате стендовых и промысловых исследований установлены основные причины разгерметизации узла, а также разработаны простые и надёжные в эксплуатации схемы крепления и герметизации гидромониторного узла на основе самоуплотнения, которые легли в основу конструкции промывочных систем при создании долот 111215,9МГ, Ш215,9МЗГВ-2, Ш215.9МЗГВ-3, П!215,9СГВ-1 и других, снабжённых удлинёнными насадками.

Для исследования изнашивания насадок в зависимости от их материала и скорости истечения промывочной жидкости из них нами разработаны соответствующие методики и экспериментальная установка, состоящая из камеры высокого давления КВД-4 и двух цементировочных агрегатов ЦА-700 с дополнительными компенсаторами на нагнетательной линии. Камера КВД-4 позволяет так же исследовать абразивные свойства бурового раствора по износу контрольных образцов, выполненных из стали 40Х. В этих экспериментах в качестве промывочной жидкости использовался глинистый раствор плотностью 1200 кг/м3 с добавлением различного количества кварцевого песка и барита, Скорость истечения жидкости составляла 60 м/с, а противодавление 1+1,2 МПа.

Анализ результатов исследований показал, что износ контрольных образцов существенно зависит от состава и количества абразивных добавок. Глинистый раствор с добавкой 15* кварцевого песка или 1% барита обладает высокой абразивной способностью. Использование таких растворов в качестве рабочего агента при проведении исследований износа насадок позволило приблизить эксперименты к реальным условиям бурения скважин, когда буровые растворы подвергаются утяжелению или насыщению шламом высокоабразивных пород.

При исследовании насадок на износостойкость (на потерю веса), изготовленных из различных материалов скорость истечения промывочной жидкости принята равной 220+240 м/с при перепаде давления на насадке 42+46 МПа с противодавлением в рабочей камере 3+4 МПа. В качестве промывочной жидкости применялся высокоабразивный глинистый раствор плотностью 1380+1400. кг/м3, вязкостью 50+55с.,водоотдачей 10+15 см3/30мин., условия испытания позволили выявить возможность применения исследованных насадок при их работе в более сложных условиях по сравнению с реальными и выявить закономерности их изнашивания.

Исследованиями установлено, что на первом этапе продолжительностью 1,8+2,2 часа происходит неравномерное изнашивание насадки, обусловленное степенью чистоты поверхности их внутреннего профиля. В дальнейшем процесс изнашивания стабилизируется и подчиняется линейному закону. Установлено так же, что катастрофического или неравномерного износа насадок, изготовленных ,из металлокерамических и минералокерамических материалов и твёрдых сплавов, не происходит в течении длительного времени, не сопоставимого с максимальным присутствием долота на забое.

С целью проведения сравнительного износа и контроля качества насадок, изготовленных из различных материалов в заводских условиях, и оценки их пригодности в серийном производстве долот нами разработана и внедрена в АО "Волгабурмаш" методика и установка СН-1. В качестве рабочего агента в этом случав используется сжатый воздух, а в качестве абразивного материала - песок. Исследования, проведённые на этой установке, полностью подтверждают результаты исследований в камере КВД-4. ' -

Исследование влияния скорости истечения промывочной жидкости через' насадки на их изнашивание проводились по специально разработанной методике с использованием камеры КВД-4 при скоростях истечения 80; 120; 230 м/с. Противодавление в рабочей камере поддерживалось соответственно 2; 3; 5 МПа. В качестве промывочной

жидкости использовался глинистый раствор с добавлением 1% барита плотностью 1400 кг/м3. Износ насадок и в этом случае для установившегося процесса износа подчиняется линейному закону.

Анализ полученных данных позволяет утверждать, что при скоростях истечения 80 м/с насадки практически не изнашиваются, если не принимать во внимание периода их приработки, в процессе которого происходит не столько изнашивание, сколько шлифование внутренней поверхности. При увеличении скорости истечения интенсивного изнашивания насадок в течении длительного времени не происходит.

Исследования влияния профиля насадок на их износ проводились по разработанной нами методике в камере высокого давления КВД-5 в комплекте с двумя насосами У8-4 и дополнительными компенсаторами. Противодавление в камере поддерживалась в пределах 3+3,5 МПа при одновременном испытании трёх различного профиля насадок с прокачкой высокоабразивного бурового раствора. Характер износа насадок различного профиля устанавливался путём сопоставления их продольного разреза.

В результате исследований установлено, что насадки биради-ального профиля в процессе опытов размываются равномерно по всей внутренней поверхности. У радиальных насадок входной участок принимает форму цилиндра высотой 1+1,5 мм, и входной участок принимает форму цилиндра. Остальная поверхность изнашивается равномерно. Конические насадки размываются на входе образуя цилиндр высотой 3,5+4,0 мм. Интенсивно изнашивается область сопряжения конической поверхности с цилиндрическим выходным отверстием.

При износе цилиндрических насадок их профиль полностью видоизменяется. Входная часть насадки принимает вид цилиндра высотой 1+1,5 мм с диаметром равным подводящему каналу. Далее дно цилиндрической части насадки плавно, по профилю радиальной насадки сопрягается с цилиндрическим каналом, который на выходе расширяется и имеет вид усечённого конуса с большим диаметром на срез© насадки. Такие насадки износостойки, обладают высоким

гидродинамическим качеством и названы нами насадками с профилем естественного износа.

В работе исследован механизм образования такого профиля и влияние длины цилиндрического выходного отверстия на их гидродинамическое совершенство.

6. Промысловые испытания серийных и экспериментальных гидромониторных долот с усовершенствованной

системой промывки, организация их производства и промышленного внедрения.

На основании результатов исследований гидродинамических процессов в призабойной зоне скважины, проведённых нами и изложенных в предыдущих разделах работы, разработаны соответствующие конструктивные и технологические решения, направленные на совершенствование промывочной системы и её элементов серийных буровых шарошечных долот. В этих долотах впервые осуществлена асимметричная система промывки с дифференцированным назначением гидромониторных насадок, обеспечивающим минимизацию вредного взаимодействия струй, истекающих на забой и в затрубное пространство. Такая система состоит из вертикальной насадки, направленной на забой, а так же тангенциальной и эжекционной насадок, способствующих организации возвратного потока промывочной жидкости с транспортировкой шлама в проёме, выполненном между лапами долота.

Эти конструктивные решения реализованы при разработке и организации серийного выпуска буровых долот типа 11К214СГ на Куйбышевском долотном заводе. Выпуск аналогичной конструкции долота под шифром ЗУ295СЗЭ осуществлялся на Ульяновском заводе.

Опытно-промышленные испытания экспериментальной партии долот проводились при бурении скважин в различных геолого-технических условиях на режимах бурения, соответствующих режимам,

установленным технологическими службами буровых предприятий. При проведении испытаний опытной партии долот (234 штуки) в качестве базовой использовалась методика промысловых испытаний буровых долот разработанная и рекомендованная ВНИИБТ.

Долота типа 11К214СГ отрабатывались при турбинном способе бурения горных пород средней твердости и твердых в скважинах Куди-новской площади Арчединского УБР объединения "Нижневолжск-нефть" в интервалах 950-2073 м. • Долота типа ЗУ295СЗЭ отрабатывались при турбинном и роторном способах бурения в породах средней твердости на Крестищенской площади Красноградского УБР объединения "Укргазпром" в интервале 1278-2614 м, на'Смилнан-ской площади Бориславского УБР в интервале 3272-3367 м. и на Урич-ской и Ивановской площадях Бориславского УБР объединения "Укрнефть" в интервале 3125-3695 м.

Анализ полученных результатов промысловых испытаний опытных и серийных долот подтверждает основные результаты наших исследований. Улучшение очистки призабойной зоны скважины, обеспечиваемые предложенными нами конструктивными решениями, в зависимости от геологических условий, позволило увеличить проходку на долото на 30-И1 Ох и механическую скорость бурения на 11 -г-78ж. В то же время, за счёт более качественной очистки забоя от шлама кратно уменьшился износ долот по диаметру.

Промысловые испытания показали высокую работоспособность этих долот и перспективность их серийного производства.

Дальнейшее совершенствование системы промывки привело к созданию в ПО "Куйбышевбурмаш" долота Ш215.9СЗ-ГВ-1. На базе этого долота разработано и изготовлено опытное долото 111215,9СЗ-ГВ-184, которое отличается от базового системой промывки, состоящей из двух удлинённых насадок.

Конструкция третьей лапы выполнена без промывочного узла и без прилива под этот узел с целью увеличения кольцевого пространства между стенкой скважины и корпусом этой лапы.

Было отработано 66 опытных долот в сравнении с серийными в ПО "Укрнефть", "Удмуртнефть" и "Пермнефть". Отработка долот производилась в соответствии с "Типовой методикой испытания шарошечных долот " (РД 39-2-754-82).

Дальнейшим развитием предложенных нами систем промывки являются системы, использованные в конструкциях долот типа 111215,9СГВ-198, 111215,9СЗ-ГВ-184, 111215,9М-ГВ-183, Ш215,9С-ГН-4 и других.

Большой объём промысловых испытаний экспериментальных долот, оснащённых асимметричной системой промывки с приближенными насадками к поверхности забоя проводился в период с 1988 по 1993 год. За этот период было испытано 19 модификаций трехшаро-шечных гидромониторных долот диаметром 215,9 мм типа М, МЗ, С, СЗ с усовершенствованной системой промывки в количестве 930 штук.

Испытания экспериментальных долот проводилось в 22 производственных объединениях и акционерных обществах, в частности в ПО "Башнефть", АО "Мегионнефтегаз", ПО "Удмуртнефть", ПО "Ман-гышлакнефть", ПО "Туркменнефть", ПО "Укрнефть" и других.

• Промысловая отработка четырёх модификаций серийного долота 111215,9С-ГВ-3 показала весьма значительный рост показателей бурения скважин. Так механическая скорость бурения в отдельных интервалах возросла на 10ж, а прохода на 63%.

Полученные результаты отработки экспериментальных и серийных долот дали основание для постановки разработанных долот в серийное производство.

При подготовке серийного производства в конструкторско-тех-нологическую документацию были внесены коррективы на основании анализа результатов промысловых исследований экспериментальных партий долот. В частности, внесены коррективы по герметизации гидромониторного узла и профиля насадки.

4.1

При бурении этими долотами в различных регионах СНГ и России показатели бурения в среднем заметно возросли (таблица 4).

Эффективность этих долот при роторном и турбинном способах бурения подтверждены также результатами государственных приёмных испытаний, а результаты внедрения разработанных с нашим участием серийных буровых долот оформлены в виде актов о внедрении научно-технической продукции буровых предприятий и АО "Волга-бурмаш".

Промысловая отработка экспериментальных долот позволила внести существенные коррективы в их конструкцию и подготовить к внедрению в серийное производство долот типа Ш215,9М-ГВ-2, 111215,ЭМЗ-ГВ-З, 111215,9С-ГВ-2, 111215,9СЗ-ГВ-1, Ш393.7М-ГВ, Н!393,7СЗ-ГВ и И!444,5С-ГВ, отличающиеся от базовых долот системой промывки. Они оснащены двумя удлиненными насадками, а прилив под насадку в третьей лапе удалён с целью улучшения организации возвратного потока промывочной жидкости и более качественной очистки забоя скважины от шлама. Объём выпускаемой и реализованной продукции за период с 1989 по 1995 год составил 570 тысяч штук долот, в том числе: 111215,9М-ГВ-2 - 35т.шт.; 111215,9МЗ-ГВ-Э -260т. шт.; 111215,9С-ГВ-2 - 165т.шт.; 111215,9СЗ-ГВ-1 - 100т. шт.; Ш393.7М-ГВ, Ш393.7СЗ-ГВ и !!1444,5С-ГВ - 10т.шт.

Промысловые испытания гидромониторных долот и результаты их широкого производственного использования в различных регионах СНГ полностью подтвердили выводы о том, что асимметричная система промывки и приближение насадок к поверхности забоя с целью интенсификации поперечных потоков, стимулирующих очистку забоя от шлама и организацию возвратных потоков, являются одним из перспективных направлений совершенствования породоразруша- ющего инструмента.

Таблица 4.

Результаты внедрения долот с усовершенствованной системой промывки в период с 1989 по 1995г.

Тип внедрённого долота Районы отработки Рост показателей бурения

Проходка, % Стойкость, % Мех. Скорость, %

Ш215.9М-ГВ-2 ПО "Краен оленинскнефтегаз" 46 16 26

ПО "Ставропольнефтегаз" 55 37 13

Ш215,9С-ГВ-2 ПО "Юганскнефтегаз" 31 15 14

ПО "Нижневартовскнефтегаз" 39 28 9

ПО "Урайнефтегаз" 68 22 38

Ш215.9МЗ-ГВ-3 ПО "Юганскнефтегаз" 64 27 29

ПО "Сургутнефтегаз" 42 35 5

ПО "Варьеганнефтегаз" 52 37 И

Ш215,9СЗГВ По "Удмуртаефть" 39 8 29

ПО "Башнефть" 56 27 23

Ш393,7МГВ ПО "Татнефть" 92 52 26

Ш393.7МГВ ПГО "Ухтанефтегазгеология" 74 26 38

ПО "Прикаспийбурнефть" 45 80 50

ПО "Туркменнефть" 66 68 0

Ш444.5СГВ ПО "Татнефть" 54 43 8

ПО "Азнефть 33 0,4 32

ПО "Башнефть" 10 0 20

Основные выводы и рекомендации.

1. Разработан комплекс методик и соответствующих технических средств, на основе которых выполнен цикл экспериментальных исследований систем промывки буровых долот в условиях, имитирующих их работу на забое скважины.

2. Установлены основные аналитические и экспериментальные зависимости, характеризующие гидродинамические процессы в приза-

бойной зоне скважины на основе которых улучшены основные параметры системы промывки гидромониторных долот.

3. На основе проведённых исследований разработан нормальный рад конических насадок высокого гидродинамического совершенства, позволяющий существенно повысить эффективность работы гидромониторных долот.

4. Для оснащения гидромониторных долот рекомендуется использовать конические насадки с углом раскрытия 37°, формирующие затопленные струи с максимальной длиной ядра постоянных скоростей и высоким значением коэффициента расхода.

5. Разработана асимметричная система промывки гидромониторных буровых долот и предложены конструктивные варианты оптимального расположения гидромониторных узлов.

6. Получены критерии, определяющие величину противодавления на забое скважины, при которых коэффициент расхода гидромониторных насадок достигает максимальных величин.

Обоснованы и рекомендованы для расчётов процесса промывки скважин коэффициенты расхода для гидромониторных насадок, применяемых в системе промывки буровых долот.

7. Выполнена оценка влияния шереховатости рельефа забоя на поля скоростей поперечных потоков и установлена область организации возвратного движения промывочной жидкости в зависимости от конструкивных особенностей системы промывки гидромониторного долота.

8. Установлена зависимость для определения угала ориентации зубьев относительно образующей шарошки, позволяющая оптимизировать геометрические параметры вооружения буровых долот со смещёнными шарошками и повысить эффективность их работы.

9. В результате стендовых и промысловых исследований установлены условия обеспечения герметизации и предложены самоуплотняющиеся схемы крепления всех элементов гидромонитор-

ных узлов.

10. Установлены закономерности изнашивания канала гидромониторных насадок в процессе эксплуатации долот на основе которых разработаны их оптимальные профили, в том числе предложен новый профиль насадки - профиль естественного износа.

11. На основе экспериментальных и теоретических исследований разарботана и внедрена гамма долот с асимметричной системой промывки с приближенным срезом насадки к забою, серийный выпуск которых в период с 1989 по 1995 год составил 570000 штук.

12. В результате широкого промышленного внедрения долот с усовершенствованной системой промывки в основных нефтегазодобывающих регионах страны получение данные свидетельствуют о том, что основные показатели их работы, в сопоставимых геолого-технических условиях, существенно превосходят показатели ранее применяемых буровых долот.

Основные материалы диссертации изложены в 48 работах, в том числе:

Варламов Е.П. Экспериментальная установка для исследования движения потоков струй жидкости в призабойной зоне скважины. Межвузовский сб.научн.тр. Нефтепромысловое дело. Бурение нефтяных и газовых скважин, добыча нефти. Куйбышев, 1973., с.22-25.

Варламов Е.П. Буровое долото A.C. 417601 (СССР) опубл. Б.И., 1974 N 8.

Варламов Е.П., Сутулин П.К., Ермолаева Л.В. Анализ работы долот на месторождениях Западной Сибири. В сб. • "Совершенствование конструкций и технологий буровых шарошечных долот". Куйбышев, 1972., с. 163-165.

Варламов Е.П., Козодой А.К. О гидравлическом совершенстве конических насадок гидромониторных долот и методике его оценки. IV Всесоюзный семинар по гидравлике промывочных жидкостей й цемен-

тных растворов в бурении, Гомель, 1973, с.73.

Варламов Е.П., Синев C.B. Прибор для контроля геометрических параметров бурового долота. Информационный листок ЦНТИ N 2-73. Куйбышев, 1973.

Варламов Е.П. Исследование движения потоков и струй жидкости в призабойной зоне скважины в процессе бурения шарошечными долотами., Куйбышев, 1974.

Варламов Т., Козодой А.К. Устройство для непрерывного измерения давления в любой точке модели забоя скважины. A.C. N 540882 (СССР) опубл. Б.И. N 8, 1975.

Варламов Е.П., Козодой А.К., Ткачев O.A., Юдин A.C. Экспериментальные исследования гидродинамики истечения промывочной жидкости из гидромониторных насадок. "Нефтепромысловое дело", Бурение нефтяных и газовых скважин, добыча нефти. Межвузовский сборник научных трудов, выпуск 2, Куйбышев, 1975г., с. 49-54.

Варламов Е.П., Осипов П.Ф.,Козодой А.К. Зависимость коэффициента расхода насадок гидромониторных долот от противодавления. Межвузовский сборник научных трудов "Нефтепромысловое дело" вып.2 КПтИ, г.Куйбышев, 1975.

Варламов Е.П., Ермолаева A.B., Козодой А.К., Прогнозирование гидродинамического качества конических насадок гидромониторных долот. Межвузовский сборник научных трудов "Нефтепромысловое дело" вып.2 КПтИ, г.Куйбышев, 1975., с.103-106.

Варламов Е.П., Сутугин П.К. Влияние отклонения зубьев шарошек от нормали к направлению движения на работу долота. Сборник научных трудов "Бурение нефтяных и газовых скважин, добыча нефти" зып.2 КПтИ, Куйбышев, 1976., с.44-48.

Варламов Е.П., Козодой А.К. Методика оценки совершенства -еометрических форм насадок гидромониторных долот. Межвузовский тематический сборник научных трудов., КПтИ, Куйбышев, 1976.,67-71 с.

Варламов Е.П., Дорофеев Ю.В., Шуваев А.М., Дудкин A.B. Сна-

ряд для гидромониторного бурения скважины. A.C. 938648 (СССР) опубл. Б.И. N 7 1980.

Варламов Е.П., Дорофеев Ю.В., Магомедов И.А., Шуваев A.M. Буровое шарошечное долото, A.C. 866109 (СССР), опубл. Б.И., N 35 1981.

Варламов Е.П., Дорофеев Ю.В., Шуваев А.М. Разделитель промывочной жидкости при эрозионном бурении скважины. A.C. 924334 (СССР) опубл. Б.И. N 16, 1982.

Варламов Е.П., Подавалов Ю.А., Костин Д.В. Разработка экспериментальной установки для комплексного исследования гидродинамических процессов в призабойной зоне в процессе бурения скважин. "Материалы областной научно-технической конференции, посвященной 60-летию института", КПтИ, Куйбышев, 1990., с.58.

Варламов Е.П., Подавалов Ю.А., Черкасова И.Ю., Богомолов P.M., Торгашев A.B., Косиров В.М., Янтурин А.Ш. Гидромониторное долото. А.С.164845(СССР), on.B.H.,N44, 1991.

Варламов Е.П., Козодой А.К. Методика исследования гидродинамического совершенства насадок. "Нефть и газ", Баку, 1973.

Варламов Е.П. Влияние приближения гидромониторных насадок к забою на эффективность работы системы промывки буровых долот. М., ВНИИОЭНГ Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море 1995, N 4-5. с Л 4-17

Варламов Е.П., Бикбулатов И.К. Влияние ориентации зубьев шарошек на работоспособность буровых долот. М. ВНИИОЭНГ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море 1995, N 7-8, с.22-24.

Варламов Е.П. Динамическое давление гидромониторной струи на поражаемую площадь забоя скважины. М. ВНИИОЭНГ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 1994. N Э-Ю.с.5-8.

Варламов Е.П., Торгашев A.B., Бикбулатов И.К., Гинзбург Э.С.,

Богомолов P.M. Экспериментальные и промысловые исследования долот с различными видами систем гидромониторной промывки забоя скважины. М. ВНИИОЭНГ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море 1995, N б.с.7-11.

Варламов Е.П. Влияние формы забоя скважины на распределение давления промывочной жидкости на его пове- рхность. М. ВНИИОЭНГ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на моро. 1994, N 11-12.C.2-5.

Козодой А.К., Варламов Е.П., Кафидов К.А., Матвеев Г.И, Осипов П.Ф. Пути совершенствования промывочных узлов гидромониторных долот. ВНИИОЭНГ, М., 1974., с.28.

Козодой А.К., Варламов Е.П, Осипов П.Ф., ТкачевО.А., Юдин A.C. Некоторые особенности гидродинамики потоков промывочной жидкости на забое скважины при бурении гидромониторными долотами. Вопросы прикладной механики., Волгоград, 1974., с. 18-24.

Козодой А.К., Варламов Е.П Количоственная оценка силового воздействия гидромониторной струи на забой скважины. Сб.трудов "Совершенствование технологии проводки глубоких скважин в Нижнем Поволжье", Волгоград, 1975., с. 18-26.

Осипов П.Ф., Козодой A.A., Варламов Е.П. Влияние противодавления на величину коэффициента расхода конических насадок и цилиндрических промывочных отверстий буровых долот. Вопросы прикладной механики, Волгоград, 1974., с.25-28.

Лодавапов Ю.А, Варламов Е.П., Богомолов P.M. Экспериментальная установка для исследования гидромониторных насадок шарошечных долот. Межвузовский тематический сборник научных трудов "Современные проблемы буровой и нефтепромысловой механики", Уфа., 1992., с. 130-133.

Основные обозначения б

Введение.

1. Особенности гидродинамических процессов в призабойной зоне в процессе промывки скважины при бурении гидромониторными долотами.

1.1. Влияние динамического давления, поперечных 10 потоков промывочной жидкости и других факторов на очистку забоя скважин.

1.2. Анализ влияния профиля гидромониторных 20 насадок буровых долот на коэффициент расхода.

1.3. Технические средства для изучения 26 гидродинамических процессов в призабойной зоне скважины.

Постановка задач.

2. Гидродинамическое совершенство насадок и 35 подводящих каналов гидромониторных буровых долот.

2.1. Экспериментальный стенд и методика для исследования гидродинамического совершенства гидромониторных насадок.

2.1.1. Устройство и принцип работы 35 гидравлического стенда СГ-1.

2.1.2. Устройство и принцип работы 40 испытательной камеры высокого давления

КВД-1.

2.1.3. Методика исследований на стенде СГ-1 42 в комплекте с испытательной камерой

КВД-1.

2.2. Влияние подводящего канала к насадкам на 55 формирование струй.

2.3. Критерии оценки профиля гидромониторных 61 насадок.

2.4. Гидродинамическое совершенство конических 76 насадок.

2.5. Гидродинамические процессы при истечении 88 промывочной жидкости из удлиненных насадок.

Выводы.

3. Гидродинамические процессы в призабойной зоне скважины.

3.1. Экспериментальная установка и методика 97 исследований гидродинамических процессов в призабойной зоне при истечении промывочной жидкости из насадок буровых долот.

3.2. Исследование влияния приближения 110 гидромониторных насадок к забою на эффективность работы системы промывки буровых долот.

3.3. Исследование гидродинамических процессов в 131 призабойной зоне скважины при создании долот с асимметричной схемой промывки.

3.3.1. Исследование распределения поперечных потоков на забой скважины и полей скоростей в призабойной и надшарошечной зоне.

3.3.2. Распределение поперечных потоков на забое скважины и полей скоростей в призабойной и надшарошечной зоне при исследовании серийного и экспериментального долота с асимметричной схемой промывки.

Выводы.

4. Факторы, влияющие на качество очистки забоя скважины.

4.1. Влияние противодавления на величину 148 коэффициента расхода гидромониторных насадок при истечении промывочной жидкости в цилиндрический тупик.

4.2. Влияние рельефа забоя на величину поперечных 174 потоков.

4.3. Выравнивание рельефа забоя как путь 192 совершенствования очистки забоя скважины и повышения работоспособности буровых долот за счет оптимизации эффекта фрезерования.

Выводы.

5. Экспериментальные исследования эксплуатационных параметров гидромониторных узлов буровых долот.

5.1. Исследование герметичности гидромониторных 206 узлов.

5.1.1. Экспериментальная установка КВД-3 и методика исследования герметичности гидромониторных узлов.

5.1.2. Результаты исследования герметичности гидромониторных узлов.

5.2. Исследование износа гидромониторных насадок.

5.2.1. Экспериментальная установка для 216 исследования гидромониторных насадок на износ.

5.2.2. Методика и результаты исследований 241 влияния абразивных сред на износ насадок.

5.2.3. Методика и результаты исследований 223 насадок на износ, изготовленных из различных материалов.

5.2.4. Методика и результаты исследований 228 влияния скорости истечения бурового раствора из насадок на их износ.

5.2.5. Методика и результаты исследований 230 влияния профиля насадок на их износ.

Выводы.

6. Промысловые испытания серийных и экспериментальных гидромониторных долот с усовершенствованной системой промывки, организация их производства и промышленного внедрения.

Несмотря на постоянное совершенствование техники и технологии бурения нефтяных и газовых скважин в цикле строительства скважин существенную часть времени занимают работы по формированию ствола, зависящие непосредственно от таких показателей процесса бурения как механическая скорость и проходка за рейс, значения которых тесно связаны с конструктивным совершенством и качеством буровых долот.

Проблемы совершенствования породоразрушаюцего инструмента приобретают особую актуальность при бурении глубоких и сверхглубоких скважин, временные и материальные затраты на строительство которых весьма значительны.

Работы в области оптимизации конструктивных и технологических параметров породоразрушаюцего инструмента, проведенные отечественными и зарубежными исследователями, позволили в последние годы значительно повысить работоспособность используемых в практике бурения шарошечных долот.

Вместе с тем, большие резервы повышения технико-экономических показателей их работы, направленные на совершенствование систем промывки и оптимизации связанных с ними забойных гидродинамических процессов, остаются до сих пор в значительной мере не реализованными.

Это вызывает необходимость более глубокого исследования гидродинамических процессов в призабойной зоне и разработки новых технико-технологических решений, позволяющих повысить общие показатели проводки скважин.

Вопросам исследования основных закономерностей гидродинамических процессов в призабойной зоне скважины, работоспособности гидромониторных узлов и совершенствованию на этой основе систем промывки Суровых гидромониторных шарошечных долот посвящена настоящая работа.

При проведении исследований и практической реализации их результатов автор сотрудничал с И.К.Бикбулатовым, Р.М.Богомоловым, Э.С.Гинзбургом, Н.А.Жидовцевым, К.А.Кафидовым,

А.К.Козодоем,| Г.Н.Матвеевым |, П.Ф.Осиповым, А.В.Торгашовым и выражает им глубокую благодарность.

Автор выражает искреннюю благодарность доктору технических наук, профессору М.Р.Мавлютову за ценную методическую помощь и консультации при работе над диссертацией.

Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего в себя 189 наименований. Работа изложена на 266 страницах машинописного текста, семи приложений на 20 страницах, включает 82 рисунка и 27 таблиц.

Основные выводы и рекомендации.

1. Разработан комплекс методик и соответствующих технических средств, на основе которых выполнен цикл экспериментальных исследований систем промывки буровых долот в условиях, имитирующих их работу на забое скважины.

2. Установлены основные аналитические и экспериментальные зависимости, характеризующие гидродинамические процессы в призабойной зоне скважины на основе которых улучшены основные параметры системы промывки гидромониторных долот.

3. На основе проведённых исследований разработан нормальный ряд конических насадок высокого гидродинамического совершенства, позволяющий существенно повысить эффективность работы гидромониторных долот.

4. Для оснащения гидромониторных долот рекомендуется использовать конические насадки с углом раскрытия 37°, формирующие затопленные струи с максимальной длиной ядра постоянных скоростей и высоким значением коэффициента расхода.

5. Разработана асимметричная система промывки гидромониторных буровых долот и предложены конструктивные варианты оптимального расположения гидромониторных узлов.

6. Получены критерии, определяющие величину противодавления на забое скважины, при которых коэффициент расхода гидромониторных насадок достигает максимальных величин. Обоснованы и рекомендованы для расчётов процесса промывки скважин коэффициенты расхода для гидромониторных насадок, применяемых в системе промывки буровых долот.

7. Выполнена оценка влияния шереховатости рельефа забоя на поля скоростей поперечных потоков и установлена область организации возвратного движения промывочной жидкости в зависимости от конструкивных особенностей системы промывки гидромониторного долота.

8. Установлена зависимость для определения угала ориентации зубьев относительно образующей шарошки, позволяющая оптимизировать геометрические параметры вооружения буровых долот со смещёнными шарошками и повысить эффективность их работы.

9. В результате стендовых и промысловых исследований установлены условия обеспечения герметизации и предложены самоуплотняющиеся схемы крепления всех элементов гидромониторных узлов.

10. Установлены закономерности изнашивания канала гидромониторных насадок в процессе эксплуатации долот на основе которых разработаны их оптимальные профили, в том числе предложен новый профиль насадки - профиль естественного износа.

11. На основе экспериментальных и теоретических исследований разарботана и внедрена гамма долот с асимметричной системой промывки с приближенным срезом насадки к забою, серийный выпуск которых в период с 198 9 по 1995 год составил 570000 штук.

12. В результате широкого промышленного внедрения долот с усовершенствованной системой промывки в основных нефтегазодобывающих регионах страны полученые данные свидетельствуют о том, что основные показатели их работы, в сопоставимых геолого-технических условиях, существенно превосходят показатели ранее применяемых буровых долот.

1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М., Физматгиз, 1.60., 264с.

2. Абрамсон М. Г. Гяндаунцев П.А., Кистлеров И.Д. и др. Типовая методика испытаний шарошечных долот при бурении нефтяных и газовых скважин. РД39-2-754-82. ВНИИБТ., М., 1982г., 124 с.

3. Агроскин Н.Н., Дмитриев Г.Т., Пикалов Ф.И., Гидравлика, M.-JI., Госэнергоиздат, 1964, 292с.

4. Агашашвили Т. Г. Исследование и разработка износостойких материалов для гидромониторных насадок буровых долот. Труды ВНИИБТ, М., N 62, 1985., с. 159-172.

5. Агашашвили Б.Т., Акимов А.Ю. и др. Выбор материалов для удлинённых насадок шарошечных работ. ВНИИОЭНГ "Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море". М., N 1-2, 1993.,с.37-40.

6. Агашашвили Б. Т., Буяновский И.Н. и др. Стенд для исследования гидравлического воздействия гидромониторной струи долота на поверхность забоя. А.С.1518478 (СССР) Опубл Б.И., N 40, 1989.

7. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М. "Наука", 1976., 278 с.

8. Айриянц А. С. О дроблении шлама между корпусом шарошечного долота и стенками скважин. Известия вузов, "Нефть и газ", 1965, N 2.

9. Акчурин Х.И. Разработка системы промывки долот режуще -скалывающего действия. Труды V Всесоюзной научно-технической конференции "Разрушение горных пород при бурении скважин". Уфа, 1990, с. 18-19.

10. Акчурин Х.И., Ахметшин Д.М., Шарипов Н.Б. Пути улучшения промывочной системы долот режуще скалывающего действия (РСД). Труды V Всесоюзной научно-технической конференции "Разрушение горных пород при бурении скважин". Уфа, 1990, с. 18-19.

11. Алескеров Н.М. Влияние некоторых режимных параметров на очистку забоя. "Азербайджанское нефтяное хозяйство", 1970, N 7., с. 10-11.

12. Альтшуль А. Д. Гидравлические сопротивления. М., "Недра", 1982., 223 с.

13. Альтшуль А.Д., Животовский С.А., Иванов Л.П., Гидравлика и аэродинамика. М., Стройиздат, 1987, 414 с.

14. Арзуманов Р.Г. К вопросу исследования динамического воздействия на забой затопленной струи, истекающей из отверстия буровых долот. В сб. "Технология буренияскважины в осложненных условиях". J1., "Недра", 1967., с.71-75.

15. Асатурян А.Ш., Свиридов В.П., Болдов Н.Г. Движение реальной жидкости в конических трубах и насадках., М., "Нефтяное хозяйство" 1961, N 2., с.11-13.

16. Бабаян P.J1., Филькелыдтейн Г.М., Гольфгат Я.А. Выбор критерия определения оптимального расхода бурового раствора. М. "Нефтяное хозяйство", 1983, N 11., с. 16-20.

17. Батурин В.В., Ханжонков В. В. Циркуляция воздуха в помещении в зависимости от расположения приточных и вытяжных отверстий. "Отопление и вентиляция", 1939, N 4,5., с.5-6.

18. Бахарев В. А. К теории расчета свободных турбулентных струй. В сб. "Теория и расчет ' вентиляционных струй". Л.,1965.

19. Бахарев В.А., Трояновский В.Н. К вопросу о закономерности стеснённых струй. В сб. "Теория и расчет вентиляционных струй". Jl.,1965., с. 43-44.

20. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. М., "Машиностроение", 1971., 496 с.

21. Бингхем М. Г. Проблемы буримости горных пород. М., ВНИИОЭНГ,1966., 42 с.

22. Бицута В.К. К вопросу о динамическом взаимодействии зубцов шарошек с горной породой. "Нефть и газ", 1959, N 9., с.4-5.

23. Бицута В.К. Взаимодействие зубчатых венцов шарошечных долот с горными породами. ГрозНИИ, 1962.

24. Блехман И.И., Мышкис А.Д., Пановко Я.Г. Механика и прикладная математика. Логика и особенности приложений математики. "Наука" М., 1990, 2изд., 232 с.

25. Богомолов А.И., Михайлов К.А. Гидравлика. М., Стройиздат, 1972., 242 с.

26. Большаков В.А. и др. Справочник по гидравлике. 2-е изд.,перераб. и дополненное. Киев,Высшая школа, 1984.,343 с.

27. Бойко П., Буняк П., Филь В. Экспериментальное исследование свойств несвободных затопленных струй из насадок с различными наклонами к забою. М., "Недра", "Нефтянник",И 9, 1992., 6-9 с.

28. Бойко П. Выбор оптимальной формы внутреннего канала изогнутых удлиненных насадок буровых долот. М. "Недра", "Нефтяник", N9,1992., 3-5 с.

29. Бойко П. Влияние пространственной ориентации удлиненных насадок в схемах промывки трехшарошечных долот наочистку забоя скважины от выбуренной породы. М. "Недра", "Нефтяник", N9, 1992., с.9-11.

30. Браженцев В.П., Буяновский И.Н., Никитин С. В. Новая конструкция удлиненных насадок, предотвращающая сальнико-образование в шарошечных долотах. ВНИИОЭНГ, "Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море". М. 1993 N 1-2, с.34-37.

31. Буцкий А.Л., Мациевский В.П. Руководство по эксплуатации гидромониторных долот. Киев, 1967., 60 с.

32. Варламов Е.П. Экспериментальная установка для исследования движения потоков струй жидкости в призабойной зоне скважины. Межвузовский сб.научн.тр. Нефтепромысловое дело. Бурение нефтяных и газовых скважин, добыча нефти. Куйбышев, 1973., с.22-25.

33. Варламов Е.П. Буровое долото А.С. 417601 (СССР) опубл. Б.И., 1974 N 8.

34. Варламов Е.П., Сутулин П.К., Ермолаева JI.B. Анализ работы долот на месторождениях Западной Сибири. В сб. "Совершенствование конструкций и технологий буровых шарошечных долот". Куйбышев,1972., с. 163-165.

35. Варламов Е.П., Козодой А. К. О гидравлическом совершенстве конических насадок гидромониторных долот и методике его оценки. IV Всесоюзный семинар по гидравлике промывочных жидкостей и цементных растворов в бурении, Гомель, 1973, с.73.

36. Варламов Е.П., Синев С.В. Прибор для контроля геометрических параметров бурового долота. Информационный листок ЦНТИ N 2-73. Куйбышев, 1973.

37. Варламов Е.П. Исследование движения потоков и струй жидкости в призабойной зоне скважины в процессе бурения шарошечными долотами., Куйбышев, 1974.

38. Варламов Т., Козодой А. К. Устройство для непрерывного измерения давления в любой точке модели забоя скважины. А.С. N 540882 (СССР) опубл. Б.И. N 8, 1975.

39. Варламов Е.П., Осипов П.Ф.,Козодой А.К. Зависимость коэффициента расхода насадок гидромониторных долот от противодавления. Межвузовский сборник научных трудов "Нефтепромысловое дело" вып.2 КПтИ, г.Куйбышев, 1975.

40. Варламов Е.П., Ермолаева А. В., Козодой А. К., Прогнозирование гидродинамического качества конических насадок гидромониторных долот. Межвузовский сборник научныхтрудов "Нефтепромысловое дело" вып.2 КПтИ, г.Куйбышев, 1975., с.103-106.

41. Варламов Е.П., Сутугин П.К. Влияние отклонения зубьев шарошек от нормали к направлению движения на работу долота. Сборник научных трудов "Бурение нефтяных и газовых скважин, добыча нефти" вып.2 КПтИ, Куйбышев, 1976., с.44-48.

42. Варламов Е.П., Козодой А. К. Методика оценки совершенства геометрических форм насадок гидромониторных долот. Межвузовский тематический сборник научных трудов., КПтИ, Куйбышев, 1976., 67-71 с.

43. Варламов Е.П., Дорофеев Ю.В., Шуваев A.M., Дудкин А.В. Снаряд для гидромониторного бурения скважины. А.С. 938648 (СССР) опубл. Б.И. N 7 1980.

44. Варламов Е.П., Дорофеев Ю.В., Магомедов И.А., Шуваев A.M. Буровое шарошечное долото, А.С. 866109 (СССР), опубл. Б.И., N 35 1981.

45. Варламов Е.П., Дорофеев Ю.В., Шуваев A.M. Разделитель промывочной жидкости при эрозионном бурении скважины. А.С. 924334 (СССР) опубл. Б.И. N 16, 1982.

46. Варламов Е.П., Подавалов Ю.А., Черкасова И.Ю., Богомолов P.M., Торгашев А.В., Косиров В.М., Янтурин А.Ш. Гидромониторное долото. А.С.164845(СССР), оп.Б.И.,Ы44, 1991.

47. Варламов Е.П., Козодой А.К. Методика исследования гидродинамического совершенства насадок. "Нефть и газ", Баку, 1973.

48. Варламов Е. П. Влияние приближения гидромониторных насадок к забою на эффективность работы системы промывки буровых долот. М., ВНИИОЭНГ Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море 1995, N 4-5. с.14-17

49. Варламов Е.П., Бикбулатов И. К. Влияние ориентации зубьев шарошек на работоспособность буровых долот. М. ВНИИОЭНГ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море 1995, N 7-8, с.22-24.

50. Варламов Е.П. Динамическое давление гидромониторной струи на поражаемую площадь забоя скважины. М. ВНИИОЭНГ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 1994. N 9-10.с.5-8.

51. Варламов Е.П., Торгашев А.В., Бикбулатов И.К., Гинзбург Э.С., Богомолов P.M. Экспериментальные и промысловые исследования долот с различными видами систем гидромониторной промывки забоя скважины. М. ВНИИОЭНГ.

52. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море 1995, N 6.с.7-11.

53. Варламов Е. П. Влияние формы забоя скважины на распределение давления промывочной жидкости на его поверхность. М. ВНИИОЭНГ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 1994, N 11-12.с.2-5.

54. Васильев А. В., Марик Б.В., Саблуков Б. Б. и др. Исследование влияния схем промывочного узла долта на гидравлические процессы на забое скважины. Труды МИНГ, N 210, М., 1987.,с.36-43.

55. Васильев А.В., Марик Б.Б., Саблуков Б.Б. и др. Стенд и некоторые результаты исследования гидродинамики работы долота на забое скважины. Труды МИНГ, N 202, М., 1987., с.14-18.

56. Васильев А.В., Бикбулатов И.К., Губарева И.М. Исследование схем промывочных устройств долота на очистку забоя скважины. Машины и нефтяное оборудование. М., 1982, N11, с.8-10

57. Вениев А.В., Керимов А.Г. О влиянии удельного веса промывочной жидкости и гидродинамического давления на механическую скорость. Азербайджанское Нефтяное хозяйство 1979, N 5, с.21-22.

58. Войтенко B.C., Сорокоумов В.К. Влияние забойных факторов на разрушение горных пород. Киев,ФИПК МингеоСССР, 1989.

59. Вулис J1.A., Кашкаров В.П. Теория струй вязкой жидкости. М., "Наука", 1965., 370 с.

60. Галиакбаров В.Ф., Мавлютов М.Р., Котельников И.Е. Разработка насадок для интенсификации процесса разрушения пород шарошечными долотами. Труды V Всесоюзной конференции "Разрушение горных пород при бурении скважин", Уфа, 1990., с.21-23.

61. Герман О.И., Сорокоумов В.К., Хакуринов А.Н. Основные направления совершенствования схем промывки шарошечных долот. В сб. "Проблемы освоения нефтегазовых ресурсов Западной Сибири" Гос. Университет, Тюлень, 1990., с.96-100.

62. Гусак И. В. Некоторые вопросы энергетической характеристики свободной турбулентной струи. В сб. "Вопросы водного хозяйства Молдавии", вып. 1., Кишинев, 1964., с.17-19.

63. Гусман A.M., Малкин Н.Б., Шумилов Л.П. Методика исследования процесса очистки забоя. Тр. ВНИИБТ, вып.XXIV. Гидравлика в бурении., М., 1970., с.127-129.

64. Гусман A.M. Влияние условий очистки забоя скважин на механическую скорость бурения. Тр. ВНИБТ вып. XXIV, Гидравлика в бурении., М., 1970., с.56-57.

65. Гусман A.M. Состояние и направления совершенствования схем промывки буровых шарошечных долот. Труды ВНИИБТ, N 66, 1988., с.175-182.

66. Жидовцев Н.А., Рубах В.М., Гильман K.J1., Матвеев Г.И. Исследование работы гидромониторных долот рациональными профилями промывочных устройств. Тр. УкрНИИПНД, вып.2, М., "Недра", 1967.,с.8-11.

67. Жидовцев Н.А., Бикбулатов И.К., Васильев А.В. и др. Совершенствование промывочного узла трехшарошечных долот. В сб."Технология бурения нефтяных и газовых скважин", Уфа, 1989.,с.34-39.

68. Жидовцев Н.А., Марик В.В., Губарева И.М. Совершенствование центральных схем промывки техшарошечных долот. "Нефтяная и газовая промышленность" N 3, 1991., с.18-21.

69. Жидовцев Н.А. и др. Исследование движения потоков промывочной жидкости в надшарошечной и призабойной зонах при бурении гидромониторными долотами. РНТС сер. Машины и нефтяное оборуд., вып.8,1976., с.12-15.

70. Жидовцев Н.А., Кершенбаум В.Я., Гинзбург Э.С., Бикбулатов И.К., Бородина Е. Н. Долговечность шарошечных долот. М.,"Недра",1992.,с.266.

71. Жидовцев Н.А., Кириллин В.И. Выбор и оптимизация схем промывочных устройств шарошечных долот. ВНИИОЭНГ, "Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море", М., N 8,1992.,с.6-12.

72. Завгородний Г.С. К вопросу гидравлического совершенствования промывочного узла шарошечных долот. Изв.вузов, Нефть и газ., 1987, с.17-18.

73. Забурдаев А.К., Кораблёв Г.А., Логинов А.А., Позднышев В.Н., Поздняков В.Н., Торгашов А.В. Типовая методика государственных испытаний шарошечных долот. РД39-07/01-0002-89. ВНИИБТ, М., 1989.,с.62.

74. Зейналов О.С. Влияние гидродинамического состояния забоя скважины на эффективность процесса бурения. Изв. вузов, Нефть и газ, N 2, 1989., с.16-19

75. Зубарев А.В. Некоторые вопросы нижней промывки в буровых долотах. Тр. ГрозНИИ, вып.III, Гостоптехиздат, 1958., с.71-78.

76. Зубарев А.В., Лошкарев К.Н., Саркисянс Т.Х., Карнаухов Л. А. Повышение эффективности работы долота. Тр. ГрозНИИ, вып. VI.Гостоптехиздат, 1959., с.14-17.

77. Зубенко В.М., Тихомиров А. А. и др. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. "Энергоатоммаш", М., 1990., с.128.

78. Идельчик И.В. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. "Машиностроение", М., 1990., с.230.

79. Ильский В. А. Расчет и конструирование бурового оборудования. М., Гостоптехиздат, 1962.

80. Ищаев Г.Г., Мавлютов М.Р., Алексеев JI.A. и др. Исследование энергетики разрушения и доразрушения горных пород гидродинамическим воздействием. Труды V Всесоюзной конференции. "Разрушение горных пород при урении скважин", Уфа, 1990., с.130-132.

81. Касьянов В.М. Кинематическая характеристика шарошечного долота, работающего на гладком забое. Труды МНН, вып.14, 1955., с.212.

82. Кафидов К.А., Козодой А.К. Исследование износа насадок гидромониторных долот. М.,"Нефтяник",1972,N 10., с.10-12.

83. Кириллин В.И. Выбор и оптимизация схемы промывочных устройств шарошечных долот, М., ВНИИОНГ, 1991.,с.126.

84. Кириллин В.И., Жидовцев Н.А., Крестьянская Н.Ю. Гидродинамическое совершенство насадок со сложным внутренним профилем. "Нефтяное хозяйство", N 1, 1994., с.33-36.

85. Коваленко Ю.И., Литвинов А. И. Совершенствование гидравлических характеристик промывочных систем гидромониторных шарошечных долот. М., "Нефтяное хозяйство", N 10, 1984., с.19-20.

86. Коваленко Ю.И., Литвинов А.И. К вопросу об определении гидродинамического давления на забой скважины. Труды ВНИИБТ, N 59, 1984., с.191-196.

87. Козодой А.К., Зубарев А.В., Федоров B.C. Промывка скважин при бурении. М., Гостоптехиздат, 1963., 170 с.

88. Козодой А.К. Анализ потерь давления в промывочных устройствах гидромониторных долот. В сб. "Совершенствование бурения нефтяных и газовых скважин", М., "Недра", 1965., с.32-35.

89. Козодой А.К., Босенко А.А. К вопросу расчёта гидромониторных затопленных струй. В сб. "Бурение глубоких скважин в Нижнем Поволжье". Тр. ВолгоградНИПИнефть, вып.II. Волгоград, 1967., с.8-11.

90. Козодой А. К. К расчету гидромониторных затопленных струй. Тр.Сев.Кав.НИИ. вып 8. Бурение нефтяных и газовых скважин. М., "Недра", 1969, N 4., с. 9-10.

91. Козодой А.К., Босенко А. А. Распространение затопленных струй в ограниченном пространстве. Изв.вузов. "Нефть и газ", 1969, N 4., с.91-93.

92. Козодой А.К., Босенко А. А. Влияние эрозионных свойств жидкости на разрушающую способность затопленных струй. Изв. вузов, "Нефть и газ", 1970, N II., с.17-18.

93. Козодой А.К., Варламов Е.П., Кафидов К.А., Матвеев Г.И, Осипов П.Ф. Пути совершенствования промывочных узлов гидромониторных долот. ВНИИОЭНГ, М., 1974., с.28.

94. Козодой А.К., Варламов Е.П, Осипов П.Ф., ТкачевО.А., Юдин А. С. Некоторые особенности гидродинамики потоков промывочной жидкости на забое скважины при бурении гидромониторными долотами. Вопросы прикладной механики., Волгоград, 1974., с.18-24.

95. Козодой А.К., Варламов Е.П Количественная оценка силового воздействия гидромониторной струи на забой скважины. Сб.трудов "Совершенствование технологии проводки глубоких скважин в Нижнем Поволжье", Волгоград, 1975., с.18-26.

96. Колесников Н.А., Дугнистый Г.М., Дубенко В.Е. Дифференциальное давление как фактор увеличения механической скорости проходки при бурении глубоких скважин. ■ М., "Нефтяное хозяйство", N 12, 1975., с.8-11.

97. Колесников Н.А. и др. Пути повышения показателей работы долот на площадях объединения "Грознефть". НТС, сер. Бурение, вып.8, М., ВНИИОЭНГ, 1976., с.5-8.

98. Колесников Н.А. Процесс разрушения горных пород и пути ускорения бурения. ВНИИОЭНГ, сер. "Бурение" N 5(88), 1985., с.40.

99. Колесников Н.А., Рахимов А.К., Брыков А.А., Булашов А.И. Процессы разрушения горных пород и резервы повышения скоростей бурения. Ташкент, Издательство "ФАН" Узбекской ССР, 1990., с.186.

100. Крамаренко Б.Н., Айрумов A.M., Арзуманов Р.Г. Работа трехлопастных гидромониторных долот конструкции Азинмаш. Н.Н.Т. Серия "Нефтяное дело", вып.1. 1962., с.4-5.

101. Кузмичев Д.А., Гадкевич И.А., Смирнов А.Д., Автоматизация экспериментальных исследований., "Наука", М., 1983., с.120.

102. Кулиев А.Э. Развитие струи в условиях забоя скважины. Изв. АН Азербайджанской ССР. Серия геологогеогра-фических наук., Баку, 1965, N 2., с.17-19.

103. Кулиев А.Э. Исследование энергетических показателей струй, вытекающих из насадок долот. Труды III Всесоюзнойконференции "Разрушение горных пород при бурении скважин", Уфа, 1982., с.238-240.

104. Кулиев А.Э. Теория гидроструйного разрушения забоя скважины. Труды III Всесоюзной научно-техническая конференция "Разрушение горных пород при бурении скважин", Уфа, 1982., с.36-38.

105. Кулиев А.Э., Кулиев В. Т. Методика определения скорости движения зашламленного потока в зоне шарошек долота. Труды IV Всесоюзной конф. "Разрушение горных пород при бурении скважин", Уфа, 1986.

106. Кулиев А.Э. К вопросу растекания потоков на поверхности забоя скважины. Изв. АН АзССР. Сер. "Наука о земле", N6, 1987., с.74-77.

107. Курнев Е.М. Анализ работы забойного металло-уловителя со струйным насосом. Киев, Нефтяная и газовая промышленность, 1972, N 5, с.18-20.

108. Лопатин Ю.С., Зорэ О.В., Филатов Б.С., Карлов Р.Г. Исследование влияния конструкции долота на эффективность очистки от шлама призабойной зоны при бурении с продувкой воздухом. "Нефтяное хозяйство", 1966, N 9., с.8-10.

109. Лышевский А.С. О некоторых закономерностях резания горных пород струей жидкости высокого давления. Киев, "Уголь Украины", 1962, N 9., с.15-17.

110. Мавлютов М.Р., Матюшин П.Н. Основные результаты исследования поля скорости и давления промывочного агента в призабойной зоне шарошечных долот. Всесоюзный семинар по гидравлике промывочных жидкостей и цементных растворов, М., 1973.

111. Мавлютов М.Р., Седаков Р.Г., Муфазалов Р.Ш., Крючков Ю.В. Совершенствование гидравлических схем промывки буровых долот. Обз. инф. ВНИИОЭНГ сер. "Бурение", 1984, N 7/69., с.50.

112. Мавлютов М.Р., Корыпаев П.Н., Ткаченко В.И. и др. Стендовые исследования эффективности промывки шарошечных долот с одной боковой насадкой. Изв. вузов, Нефть и газ, 1985, N 3., с.21-24.

113. Маковей Н. Гидравлика в бурении. (Перевод с румынского) . М., "Недра", 1986., с.533.

114. Мальков И.А. Теория и практика применения гидромониторных долот в США. М., Гостоптехиздат, 1958., с.118.

115. Масленников И.К., Матвеев Г.Н. Инструмент для бурения скважин. М., "Недра", 1981.

116. Матюшин П. Н., Мавлютов М. Р. Исследование механизма очистки забоя скважин от шлама при бурении шарошечными долотами. Тр.УНИ, вып.7, Уфа, 1969.

117. Матюшин П.Н., Мавлютов М. Р. Влияние скорости истечения жидкости из центральной насадки на характер распределения скоростей и давления в призабойной зоне шарошечного долота. Тр. УНИ, вып,8, Уфа, 1972.

118. Мелик-Асланов Л.С., Сидоров С.А. Гидропескоструйный метод перфорации скважин и вскрытие пласта. Баку, Азербайджанское гос. издательство, 1964., с.126.

119. Мительман Б.Н. Справочник по гидравлическим расчетам в бурении. М., Гостоптехиздат, 1963., с.348.

120. Мокшин А. С., Федотов Г. И. Опыт применения гидромониторных долот. В сб.: "Породоразрушающий инструмент для бурения", Тр.ВНИИБТ, вып.6, М., Гостоптехиздат, 1962., с.37-39.

121. Мокшин А. С., Владиславлев Ю.Е., Комм Э.Л. Шарошечные долота, "Недра", 1971.

122. Мурашов М.У., Симонов В.В. Улучшение гидравлических характеристик сопел долот. Новости нефтяной техники. Серия "Нефтепромысловое дело", 1958, N 12., с.19-21.

123. Муратов М.У., Латылов Э.К. Эффективность очистки забоя от выбуренной породы при турбинном бурении. М., ВНИИОЭНГ, сер. "Бурение", 1970., с.42.

124. Обесекера Раджит Кумар. Определение частоты вращения шарошек трехшарошечных долот с учетом времени контакта зуба с породой и порядка размещения зубьев на венцах шарошек. Изв.вузов, Нефть и газ, 1985, N5., с.34-36.

125. Орлов А. В., Панов А. А., Черепанов Г. П. О рациональном выборе нормального ряда диаметров выходных сечений насадок гидромониторных долот, "Нефтяное хозяйство", М., 1983, N 11., с.20-22.

126. Осипов П.Ф. Некоторые вопросы применения гидромониторных долот в турбинном бурении. ВНШБТ, вып. III, Гидравлика промывочных и цементных растворов, М., 1969., с.71-74.

127. Осипов П.Ф., Козодой А.А., Босенко А.А. Методика и результаты испытания гидромониторных долот 2К-214СГ при турбинном бурении. "Бурение", 1969, N 2., с.5-7.

128. Осипов П.Ф., Козодой А.А., Варламов Е.П. Влияние противодавления на величину коэффициента расхода конических насадок и цилиндрических промывочных отверстий буровых долот. Вопросы прикладной механики, Волгоград, 1974., с.25-28.

129. Осипов П.Ф., Зелепухин В.И. Фильтрационные потоки на забое скважины при бурении гидромониторными долотами. "Нефтяное хозяйство", М., 1986, N 9., с.32-34.

130. Палий П.А., Корнеев К.Е., Буровые долота, Справочник. М., "Недра", 1971., с.476.

131. Палащенко Ю.А., Богомолов P.M. Стендовые и промысловые испытания буровых шарошечных долот с поперечным расположением вставных клинообразных зубцов. Труды III Всесоюзной конференции "Разрушение горных пород при бурении скважин", Уфа, 1982., с.21-24.

132. Педько А.И. и др. Исследование некоторых вопросов взаимодействия зубьев долота с породой забоя в процессе их износа. Известия вузов, "Нефть и газ", 1970, N 5., с.42-45.

133. Поляков B.C., Короткое В.А. О скольжении зубьев одноконусных шарошек бурового долота. НГИБ ЛПИ им. М.И. Калинина, N 4, Л., 1961., с.121-124.

134. Повх И. Л. Техническая гидромеханика, Ленинград, "Машиностроитель", 1976г., с.420

135. Рейнольде А.Дж. Турбулентные течения в инженерных приложениях. М., Энергия, 1979., с.292.

136. Романовский В.Н. Основные задачи теории ошибок. Гостехиздат, 1974., с. 214.

137. Садовская Н.Н. Циркуляция воздушных потоков в помещении при сосредоточенной подаче воздуха. В сб. : "Сосредоточенная подача воздуха в помещения", Л., 1955., с.76-79.

138. Сакипов З.Б. Экспериментальное исследование турбинных струй. В сб.:"Теория и расчет вентиляционных струй", Л., 1965., с.5-7.

139. Симонов В.В. Экспериментальные исследования коэффициентов расхода жидкости при движении через промывочные сопла долот. Изв.вузов, Нефть и газ, 1958, N 8, с.31-32.

140. Симонов В. В. К вопросу определения перепада давления в промывочных соплах долот. Изв.вузов,Нефть и газ,1958,N 11, с.111-114.

141. Симонов В.В. О методах расчета перепада давления в промывочных соплах трехшарошечных долот. Тр. МИНХи ГП, вып.35, М., Гостоптехиздат, 1961., с.17-20.

142. Сиов Б.Н. Истечение жидкости через насадки в среды с противодавлением. М., "Машиностроение", 1968., с.236.

143. Старцев А.А., Закиров М.Х., Ризванов М.Н., Шайду-ллин М.Г. Результаты отработки шарошечных долот с различными системами промывки забоя. НТС'Бурение" ВНИИОЭНГ,М.,1967,N 12.

144. Степанов Р.В., Мавлютов М.Р., Матюшин В.П. и др. Совершенствование систем промывки шарошечных долот. Труды республиканской научно-технической конференции "Проблемы нефти и газа", УНИ, Уфа, 1990., с.20-21.

145. Тагиев Э.И., Джалилов Н.М., Арзуманов Р.Г. О хара-ктре движения и динамическом давлении на забой скважины струи жидкости, истекающей из сопел долота. Изв.вузов, Нефть и газ, 1966, N 11., с.63-65.

146. Тагиев Э.И., Арзуманов Р.Г., Джалилов Н.М. О механизме размыва забоя скважины промывочной жидкостью, истекающей из сопел долот. Изв.вузов, Нефть и газ, Баку, 1967, N 1., с.28-31.

147. Торгашов А.В., Анализ отличительных особенностей и практика создания высокоэффективных долот для низкооборотного бурения нефтяных и газовых скважин. ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, М., 1989., с.40.

148. Торгашов А.В., Логинов А.А., Поздняков В.И., Забурдаев А.К., Гук Р. И. Создание и совершенствование шарошечных долот для строительства скважин на нефть и газ. М., ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1990., с.48.

149. Фараджев Т.Г., Агеев С.Г. Ахундов А.А. К вопросу вы бора оптимального профиля насадок гидромониторных долот. "Нефть и газ", N 9, 1974.,с.51-54.

150. Фараджев Т.Г., Зейналов О.С., Гусейн-Заде М.М. К вопросу очистки забоя скважины при бурении на больших глубинах. Изв.вузов, Нефть и газ, 1988, N 9., с.21-26.

151. Федоров B.C. Проектирование режимов бурения. Гостоп- техиздат, 1958., с.214.

152. Федоров B.C., Козодой А.К., Зубарев А.В. Потери давления в промывочных отверстиях и насадках буровых долот. Изв. вузов, Нефть и газ, 1962, N II., с.38-41.

153. Халилов А.А. Анализ конструкций и работы трехшарошечных долот гидромониторного типа. Баку, "Азербайджанское нефтяное хозяйство", 1961, N 4., с.4-6.

154. Халилов А.А. К вопросу расчета промывочного устройства гидромониторных долот. Изв.вузов, Баку, Нефть и газ, 1961, N 4., с.17-21.

155. Халилов А. А. Исследование гидравлических параметров насадок гидромониторных долот. Изв.вузов, Нефть и газ, 1962, N 4., с.28-30.

156. Халилов А.А. Влияние конструктивных особенностей гидромониторных долот на эффективность их работы. М., "Недра", 1964., с.128.

157. Цукалов А.И., Дашевский А.С., Османов Ж.К. Об исследовании влияния дифференциального давления на удаление шлама с поверхности забоя. Труды III Всесоюзной конференции "Разрушение горных пород при бурении скважин", Уфа, 1982., с.114-115.

158. Шабазов Ш.А., Ашихмин В.Н. К вопросу истечения жидкости из затопленных внешних цилиндрических насадок. Изв.вузов, Нефть и газ, 1972, N 9., с.4-6.

159. Шабазов Ш.А., Ашихмин В.Н. Исследования истечения жидкости из затопленных внешних цилиндрических насадок. Изв.вузов, Нефть и газ, 1973, N 1., с.33-38.

160. Шищенко Р.И., Есьман Б.И. Практическая гидравлика в бурении. М., "Недра", 1966., с.294.

161. Bizanti M.S. Jet pulsing may allow better hole cleaning. Oil and Jas j., 1990-88, N 2., p.67-68.

162. Bizanti M.S. Effect of nozzle diameter on cross flow. Petrol. Eng. Jnt. 1989-61 N 7., p.46-48.

163. Bizanti M.S., Blick E.F. Proper nozzle configuration helps clean around the bit. "Word Oil", 1984-199 N 7., p.104-107

164. Bumgardner B.M. Engineered Hydraulic Programs Reduce California Drilling Cost. "World Oil", X, V.153, N 5, 1961., p.30-35.

165. Cheatham J.В., Ir., Varbrongh J.G. Cheap removal by a hydraulic jet. Society Petroleum Engineers J.,V4,N 1, 1964.

166. Colebrook R.W. Maximum Hydraulie Power on the bit. "World oil", X, V. 147, 1958., p.18-23.

167. Cunningham R.A., Ecnink J.G. Laboratory Study of Effect of verburden, Formation and Mud Column Pressures on Drilling Rate of Permeable Formations. Trans., AIME, 216, 9, 1959., p.4-14.

168. Eckel J.R. and Nolley J.P. An Analysis of Hydraulic Factors Affecting the Rate of Drag-type Rotary Bits. Drilling and Petroleum Practice, API 1949.

169. Eckel J.R. and Billstein W.J. Nozzle design and its effection drilling rate and pump operations. Drilling and production practice, API, 28, 1951.

170. Eckel J.R. Microbit studies of the effect of fluid properties and hydraulies on Drilling rate. Journal of Petroleum Technlogy, April, XIX, N 4, 1967.

171. Ehenghou Shen, Qiungxiao Sun. Stydy of pressure attenuation of a Submerged, nonfree jet and a method of calculation for bottomhole hydranlic parameters. "SPE Drill Eng", 1988, N 1.3., p.69-76.

172. Feenstra R. van Leeuuwen J.J.M. Full-Scale Experiments on Jets in Imtermeable Rock Drilling. Journal of Petroleum Technology March, 16, N 3, 329, 1964.

173. Kitslos E.E., Zijsling D.H. Drill bit eguipped with vortex hozzles and vortex nozzle for use the bit. Shell Internationale Research Masischappie B.V. N 88229125, 1990., p.10-60.

174. Liao Ronggig. Increased ROP of jet drilling from inprovement of the bottomhole flow field. "SPE Drill Eng." 1988-3, N 2., p.204-210.

175. Mc. Leas R.H. Grossflow and Impact under jet bits. Journal of Petroleum Technology, November v. 16, N 11, 1964., p. 18-27.

176. Mc. Leas R.H. Velocites, kinetic Energy and Sheer in Grossflow Under Three-jet Bits. Journal of Petroleum Technology", December, 1965., p.20-22.

177. Oil tool division. Huges tool company. Honston, Texas,vol.2, 1970.

178. Ramsey M.S., Robinson L.H., Miller J.E. Bit hydraulics: Net pessure are lower than jon think., "World Oil", 1983-197 N 5., p.65-67.

179. Sutko A.A. The effect of nozzle size, number and extension and the pressure distribution under a tricone bit. Journal of Petroleum Technology, 22, XI, 1971.

180. Van Lingen N.H. Bottom Scavenging A Majos Foctor Coverning Penetration Rates at Depth. Journal of Petroleum Tecnology. Feb., 187, 1962.

181. Warren Tommy M. Evaluation of jet-bit pressure loses. "SPE Drill Eng.", 1989-4 N 4., p.335-340.