автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.14, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии корректирования траектории и забуривания дополнительных стволов скважин в крепких породах

Государственный комитет РСТОР по делам науки и высшей школы

Московский Ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочный институт им. С. Орджоникидзе

На правах рукописи УДК 662.243.2(574.13)

ГЛАДКОВ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОРРЕКТИРОВАНИЯ ТРАЕКТОРИИ Н ЗЙБУРКВАНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ СТВОЛОВ СКЕ/ШШ В КРЕПКИХ ПОРОДАХ

Специальность 05.15.14 - Технология и техника геологоразведочных работ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993 г.

Работа выполнена на !йф?дре разведочного буреикя Московского ордена Трудового Кралкого Бь&иэид геологоразведочного наституга им. С. Ордюни1«д&е к щоигвояств-зисы геологическом объединении "Запказгеолсгиг**.

Научный рукозоднт&лъ •- доктор техличесчих наук,

• профессор А. Г. Калинин Официальные оплонеЕТЫ - доктор технически* 1»аук.

Л. А. Лачияян.

кандидат технических паук. К.М. Солодюй

Ведусгге предприятие - ИГО "Цеитргеология"

' Зазита состоится " 19 " ноября 1993 г. в ауд. 415 в 15 часов на заседании специализированного совета Д. Обо. 55. 01 по задите диссертаздай на сокскаык ученой степени доктора наук при Московском ордена Трудового Красного Знамени геологоразвецочкоа институте им. С. Ордяояикйдзе (117485, г. Маскка, ул. »клуко-йакдая, д. 23)

С диссертацией можно .ознакоьктск в библиотеке икстнтута.

Атореферат разослан " 19 " октября 1933г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических-наук,

профессор А. и. Лкмитовскай

Цуиага миодитедьная. Печать офсетная. Объем 1.. 1 л. д. Тираж 100 экз.

Актуальности работы. Активная деятельность целого ряда учреждений, коллективов и отдельных работников позволила в настоящее время в области натравленного бурения достигнуть значительны* результатов и накопить определимый объем теоретических данных : изучены закономерности естественного искривления скважин и некоторые обусловливающие их факторы, разработаны методики проектирования траекторий и профилей скважин, создано довольно большое количество средств для направленного бурения одно- и ыногозабойных скважин. Как показывают исследования и многолетний опыт применения средств направленного бурения, возможности этого прогрессивного способа далеко не исчерпаны. Однако, несмотря ка совершенно очевидную эффективность применения направленного бурения, внедрение его в геологоразведочное производство сдерживается рядом ({акторов геологс-технического и технологического характера По данным Министерства геологии объем многозабойиого бурения составляет всего лишь 7-10 X о* общего объеуа работ. Резко снижается результативность этих методов при бурении в крепких породах. Для некоторых типов месторождений полезных ископаемых характеризующихся сложными горно-геологическим! условиями возникают серьезные трудности в буренки направленных и многоствольных скважин. Это выражается, как праэило в повышении частоты отрицательных циклов искривлений при корректировании траектории скважины и забуривании дополнительного ствола, увеличении времени на производство этих операций и в некоторых случаях приводит к тяжелым авариям с отклонителем.

В связи с вьшеизлолэкным, актуальным является исследоват ние и разработка технологии корректирования траектории скважин и забуривания дополнительных стволов в крепких породах, позволяющих расширить область применения методики разведки месторождений многоствольными скважинами и повысить качество исполнения цикла искривления.

Диссертационная работа выполнялась на основе научных и экспериментальных исследований-в соотвествии с тематическим планом ПГО "Запказгеология" (в Восточно-Уральской РРЭ), планом хоздоговорны* работ с НГРИ. Значительная часть лабораторных исследований выполнялась в Московском Ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочном институте

юг. С. Ордяшикндзе на горизонтальном стенде 1сафедры разведочного бурения. ■ •

Ц&гыз ирсавадоваяиа в юяхершовшяпй раЛи» ставится разработка технологических приешь и технических реюэяиЗ -обеслечиваювэа повышение качества корректирования траектории скважины и кадеаное забурир-акке дополнительного ствола в лородах выгоких категорий.

Основа» а&яака 'шжодовакиа. Отставленная цель достигается решенкеи задач :

1. Анализ состоящая технологии шжривд&нияскваяиз в регионе, оценка результатов искривления, взаимосвязь их с горно-геологическими усжвташ мгстороздениЗ, техкологи-чесгаши к техническим« параметрами процесса бурения. ООзор суцэстЕуаза методик по забуривай® дополнительного стйола в скважинах малого диаметра. Обоснование выбора типа откео-нмтеля применительно к работе в породах васоких категорий. '

2. Анализ закономерностей искркьаешш. скважнн на' месторождениях хромитов к разработка методики к программы расчета трасс проектируемых скв&шш с приме&вккем вычеслн--тельной техники.

3. [Ъсггановка экспериментальных яссдодовавнд по кауче-ммк кинематики двиязная отбурочяого сгдряда. усилия его взаимодействия с кликом ■ оценка выходных шзраштрое искривления при формировании пидот-сктешсны.

4. Обобщение эксоедадоитадышх данкьа. с теоретическими представав нняш со этом? вопросу.

5. днажэ технологическая оиераций с кяхаовш опшшг-теяеы, ваЗор их тша» разработка технических средств доставки баггротвердеодга смэсей даа квготошвеяяя висоюпрэчяых искусственных вабоев.

6. (Х&ежа ревультатов исследований. Вз&даю'кэсадовашй. . Постанленные задачи репашкь путей' аванса и оОобдашва литерш'уркях кточявз», проведений теоретических. прокгводствеюшх к стендовых эксперт«кталь-шлс кссгедоваиий с нсваазозакием согрейвашх методов та- * тфоватш и обр&бопсв аксоаджжвта. РаботосаосоОаость к эффективность разра&Лашшх технжчггких средств псдтверддева достагочиш объемом вроазводствегаых исшяааий. технические рев«пая гащдены авторскими свидетельствами.

- з -

Научная новизна работ №. основании проведенных теоретических, экспериментальных и производственных исследований автором впервые:

- устаноь-ено несоответствие значения полного угла искривления скважины технической храктеристике отклонителя клинового типа;

- установлены зависимости изменения полного утла искривления скважины от изменения параметров системы: "клин - отбу-рочкая компоновка - стенка скважины";

тановлено наличие отрицательного углового азимутального смешения траектории пилот-скважины в интервале ложка клина;

- установлено, что траектория движения отбурочного сааряда в системе: "клин - отбурочная компоновка - стенка скважины" не лежит в плоскости действия отклонителя, . а представляет собой пространственную кривую;

- установлены реальные численны? значения усилий откаоните-ля на искусственный забой и изменение их величин по мере формирования пилот-скважины;

- дана силовая характеристика системы "каин - отбурочзая компоновка - стенка сквапшЫ, определены условия забурива-ния дополнительного ствола и величины интервала цадяцего режима бурения;

- преодолено уравнение для расчета проектное траектории дополнительного ствола в интервале ложка клина.

Достоверность тучных тлояенхй, вмвдюв и рекоммдацкй

о4ормули{.-зь.чкных в диссертации, обоснована значительным объемом теоретических и экспериментальных исследований, удовлетворительной сходимостью их результатов я подтверчде-н'а проверкой в производственных условиях созданных в процессе выполнения работы технических средств: для перекрытия скважины, возведения искусственных забоев, забуривания и проработки дополнительного ствола.

Практическая цккшсл дмесертащюювоа рабопи заключается ? о ле думаем.

предложена и реализована методика забуривания дополнительного от года б породах • высоких категорий, включающая: разработку технических средств перекрытия ствола скважины, доставку быетретБердеицих смесей в заданный интервал, подготовку. закуривание и проработку нового ствола, разработку

-технологических режимов бурения и методику расчета проектной траектории скважины;

- обобщены данные искусственных искривлений в регионе;

- разработана методика и программ тасчета вероятностного положат трассы скважины в массиве по дакнш йшиинаметрк-ческих замеров.

Р&швация работ в щхявлшвкяоехв. Разработанные технология и технические средства корректирования"трасс сквадак и забуривания дополнительных стволов использовалась в экспедициях ЕГО "Запказгеология". Экономическая эффект-. кость результатов исследований"составила за 1987-1993 года более 5 млн/рублей.

Анробадяа работ Основные положения диссертации дэклг»-днвались на научных конференциях-профессорско-преподавательского состава и научных сотрудников ИГРИ в 1989,1991 гг. на научно-технических советах ИГО "Запказгеодогия" 1988, 1990, 1993 гг.;заседании кафедры разведочного бурения ЫГРЙ в 1993 г.

бублмкацгш. Основные вопросы диссертации изложены в 4 статьях в одном научно-исследовательском и 5 производственных опытно-методических отчетах. Технические решения защищены авторскими свидетельствами.

. Объем к структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и обода выводов, содержит 191 стр. машинопистного текста, 46 рисунков. 37 таблиц, бибдногра&ш из 102 наименований и 11 стр. приложений.

Во введении обосновывается актуальность темы исследований.

Первая глава посвявдэна анализу суээствуицих методик забуривания дополнительного ствола с применением различных типов отклонителей. Прудится-сравнительный анализ параметров искусственных искривлений различных типов отклонителей для условий исследуемого региона. Проведен анализ существующих методов возведения искусственных забоев в скважинах малых дизштров. На оснований проведенного анализа сфо радирована цель и поставлены задачи исследований.

Бо ьторой главе : представлена методика исследований. Обоснован EbíCop формул для расчета параметров искусственных искривлений по-данным инклинометрических замеров (полного

угла и угла установки отклонителя). Приведены описание и характеристика экспериментального стенда для исследования работы отклонителей.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям параметров систеьлс "клин - отбурочная компоновка .-• стенка скважины" в интервале ложка клина. Определены характеристики изменения выходных параметров клинового отклонителя по мере углубления пилот-скважины. Определены силовые параметры системы "клин - искусственный забой". Результаты обработаны методами математической статистики, экспериментальные зависимости аппроксимированы уравнениями регрессии.

В четвертой главе экспериментальные исследования обобще-.ны с теоретическими представлениями по вопросу кинематики отбурочной компоновки в пределах желоба клина. Рассмотрены стадии развития искусственного направления, обосновываются условия забуривания, взаимосвязь изменения полного угла искривления и неучтенного азимутального смешения от характеристики отклонителя и формы движения снаряда. Приводятся формулы расчета ожидаемых параметров искривления. Анализируется линия траектории новой скважины и силовая характеристика системы "клин - отбурочная компоновка - стенка сквадины".

В пятой главе приводится разработка методики определения закономерностей искривления скважин на месторождении хромитов и программа расчета проектной траектории с учетом имек>-щэгося набора данных инкдянометрических наблюдений.

В шестой главе проанализированы технологические операции с клиновым отконителем применительно к использованию его в крепких породах. Проработаны вопросы создания прочных искусственных забоев в сложных горно-геологических условиях с использованием быстротвердекщг-' смесей на основе, тампо-нажных цементов и инертных напо.'. /елей. Технические решения защишэны авторскими свидетельствами.

В заключении сформулированы основные выводы по работе.

Автор выражает признательность и благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору А. Г. Калинину, научному консультанту кандидату технических наук, профессору К П. Зиненко, сотруднику кафедры разведочного бурения кандидату технических наук, дгм^чту А.А. Тунгусову.

OCKOraOS 0088РМШШ PABOIil

Цразюв сзвяшв ю Ша&чтшаа аонросу. Кзучеиие вопросов связанных с темой диссертации строилось на основе анализов исследований характеристик траектория скважин, анализа литературных источников, проведения экспериментальных работ vi обобщения полученных результатов с теорети-ческики представлениям^ Этой проблеме, азсвяоекы работьс Сулакшина С. С., Калинина А. Г.. Шрозова 50. Т.. Вйтихина R'R. Зинекко ЕII. Ливанова Е. Л , Сграбшика И. К* и. других. В результате анализа кх исследований, обобщений ироиа-водственного опыта и негсосредствеиных наблюдений баю установлено, что клинья являются самым надежным и ! простш тшю* отклонитедей применяема при врзЕатедыюм буренки скважкк. Их эффективность несомненна и в настоазее время, даае при наличии более совершенных, постоянно де'—вухщих откаэнжте-лей скользящего типа - ТЗ-З. СБС и др. Лтаетим, что наибольшей надежностью обладает стационарный клиновой отклони- ■ те ль.

Однако, как следует аз обзора, кэсмотра на длительность применения клиньев, их выходяда параметры не установлена: угловое отклонение к возмодвостъ крушения ствола..

Каковы яг реальные вкзодные хареюгернстив» оекжмшеааа кланового типа? Какоз рг>щ& угол искркаявадгя - соответствует ли он углу скоса дока киша, кли Ииеет большее значение и по чему? Соответствует ля направлен»* искрйьлеккя щиот -скважины направлена». ус?ааовкк оводокитела. Какова силовая характеристика откдовягеля - усшдае со стороны клена на опору., выходной крутящейся mdobet е& откохштеле, что определяет технологию отбурки, характержтаку . средств раофеаяеиия откдокнтелей и расчет параметров искусс^везашх .забоев. Эти вопросы были поставлена гмрёд серией нагурных искусственных искривлений с поисе&с клинового отклоннтеля КОС-57 в добораторяых условмах.

Шишенае надежности отклоюшцж сварвдоэ в' крепках во-„родах невозмошо без соадакни вагошарешадх иск^ествензш забоев. Разработкой технических средств и тезиоасгачесюсс схем возведения искусственных забоев в скаажшах эашш&шсь

Ашрофьян М. О., Булатов А. И., Беллер Н. И., Табанов Л. С., Бо-локитенков А. А., Волков А. С., Мельник Э. Л., Карповский Э. а Леонтьев О. П., Лиманов Е. Л., Страбыкин И. Н., Елизаров М. И. и другие. Анализ их работ позволил создать новые технические решения доставки быстротвердеодих смесей для изготовления высокопрочных искусственных забоез.

В результате анализа предшествующих работ были сформулированы цели и задачи исследований направленные на создание технологической схемы и технических средств по забуриванию дополнительного ствола в крепких породах и совершенствованию технологии корректирования трасс глубоких скважин.

Ссшзныв заяхвае&в тяаавнма. Обобщение результатов аналитических, экспериментальных и производственных исследований позволило сформулировать защитемые положения.

1. Геометрически© параметры мскркзленмя не соответствуют характеристика отклоните ля. Ккнематака двкшюя отбурочного снаряда к уемкхя его взаимодействуя с клином ие одвозк&чиы п зависят от стадии развития процесса заОурмванкя, техколо-гтэскни М тгхюмесюа параметров.

Успешность выполнения задачи во многом зависит от стабильности выходных параметров применяемых отклонителей, один из которых общий (полный) угол искривления, изменение величины которого в значительной степени влияет как на расчет угла установки отклонителя,• так и на результативность отклонения. Для каждого технического средства в конкретных горно-геологических условиях при стандартизированной технологии имеются вполне определенные значения выходных параметров. Производственный опыт искривления скважин в условиях месторождения хромитов показывает, что имеется большой разброс выходных Величин в циклах искусственного искривления. Так, например, съемные отклонители СНБ-НО в комплекте со средствами ориентации по разработанной применительно к месторождению технологии имеют следующий разброс выходных параметров: полный угол искривления в интервале 1.5-6 градусов за цикл и в некоторых случаях достигает значений более 8 градусов при скосе угла ложа клина з градуса, при этом погрешность угла установки отклонителя изменяется в широких пределах и принимается результат положительным при Д'Л -40 градусов. Реальный процент отрицательных

циклов искусственного искривления составляет. 35-50 из них 50 X из-за невыполнения заданного'направления.

' Для уточнения зависимостей"изменения Характеристик искривления от некоторых внешних факторов, был.проведен анализ результатов более 150 циклов искривления в условиях мзсто-ролденкя хромитов. В таблицах 1,2 приёсдятся усредненные результаты наблюдений.

Таблица 1. .

Среднее значение полного угла искривления снарядами СНБ-КО-89, в зависимости от категории пород со буримости.

ГЬроды и их категории по буримости

Показатели Дуниты VI Перидотиты VII Габбро-ам фиСсдиты IX Габбро X

- Количество циклов 20 45 16 16

Среднее значение полного угла , град. 4:34 4.12 2.94 2.76

Коэффициент вариации, V г ; 26: 20 36.' 40

Таблица 2.

Зависимость полного угла искривления от длины пилот-скважины.

Категория ш буримости (ЕНВ) Полный угол при длине пилот скважины, м

0.5 0.6 ' 0. 7 ' 1.0

VII 4.197 4.375 4.133 4.310

IX 2.845 3.209 2. 680.

х - 3.100 . 2.230 .2.580. "

Как следует из таблиц обвдй угол искривления к цикле искусственного направления превышает угол скоса ложка клинового от клонителя, что, несомненно, связано со свойствами горной породы и ее категорией по буримости и определяется совокупностью технических характеристик- отклонителя и отбу--рочного снаряда и технологией отбурки пилот-скважины.

В исследованиях влияния внешних факторов на изменение выходных параметров отклон;гтелей единого мнения нет. В ряде

работ анализируются результаты искривлений с помощью СНЕ-КО для некоторых месторождений и делается вывод, что величина угла и качество искривления зависят, главным образом, от технологии развития искривления, а разнообразие горно-геологических условий приводит, практически, к нерегулируемое™ величины угла и интенсивности искусственного искривления.

Для уточнения выходных параметров отклонителей клинового типа проведены экспериментальные исследования на горизонтальном стенде с использованием натуральных буровых колонн муфто-замкового соединения.

Скважины иммитиравались трубами 73/62 и 86/75 ( наружный диаметр Он ./ внутренний диаметр Ов). Длина скважин 50 м. В опытах применялись бурильные трубы СБТН-50 и .ПЕГИ-42. Бурение осуществлялось станком СКВ-5. Забуривание дополнительных сквахин проводилось в блоке горной породы. 4изико -механическая характеристика породы по методу ЦНИГРи: № = 13.2; Кабр •= 1.3; = 30.7; что позволяет отнести породу к IX категории по буримости. Схема измерения представлена на рис. 1

Выходные геометрические параметры экспериментальных скважин приведены в таблице 3. Во всех абсолютно случаях угол между осями скважин или полный угол искривления превышает значение угла скоса ложа клина, в среднем на 1® или на 35%. Полученные зависимости иллюстрированы рис. 2, 3, 4, 5.

При анализе данных производственных наблюдений, так же наблюдалось увеличение общего угла искривления, но на большую величину, на 2° и выше.

В опытах по забуриванию пилот-скважины получено азимутальное смепение. По терминологии, принятой в бурении, собственно этот угол является приращением угла установки отклонителя - л иг. Во всех, без исключения, опытных циклах бурения получено отрицательное значение углад*. Со стороны забоя основного ствола смещение забоя пилот - скважины происходит по часовой стрелке относительно начального заданного направления искривления. Как видим, по данным табл. 3, величина угла * лежит в большом интервале 3.5 - 21.5, - что. по всей видимости, связано не только с жесткостью бурильного вала, конструкцией отбурочной компоновки, но и с

параметрами режима бурения, что нуждается в более детальных исследованиях. Отлетим лиаа>, «по величина д- » . значима, т. к. ее среднее значение ко опытным данным составляет 1Í и, . например, кии отклонении вертикальной сквамгны дает^а -д»г. • Ш схеме рис. 1 регистрировались силовыз. параметры системы "члин - иескуственаый забой". Результаты наблюдений свежуны t" телицу 4 »г ¡шшртрирсвакы графиками 5, б. ?кспер$»»ентапгнае данные подвергались статистической обработке. :küGo¿ée вероятное уравнение регрессия изгёнения осевой нагрузки на искусственный забой по мере углубки пило?-скгйиикй имеет степенной вид : ♦ •

-(.24? . •

-Y-= 6.89 х '

Как следует кг эксперимента максимальнее значение уешам. искусственный забой испытывает в момент начала процесса за-бурКЕания к составляет оно 302 от осевой нагрузки,..но уже череь. 0.2 к. его величина снижается вдвое, т. е. 85% осевой нагрузки воспринимает уяе стенка- скванины. В это время ширина уступа ь стенке скважины составит 10ьа*, (при скосе ложка клина 3°), что составит значение сирины матрицы породорасрузаюгзего инструмента. 14« углубке пилот- скважины на величину длины отбурочного снаряда (т.е. при5» -fiad 90Z осевой силы воспринимает горная порода и лишь 10S искусственный забой. Момент дезориенткрукЩ|*.й клин в начальный . интервал имеет, максимальное значение Г50 Н/см), а при углублении на 0.2м снижается вдвое, и далее замшить его . применяемой аппаратурой становиться невозможны*. Значения начального крутящего момента коррелирует с расчетными дак-нш! приведенными в литературе. ...

. . Следует отметить, что предполагаемое увеличение угла от- ' клонекия больае к приводит, как результат, к резкому снижений усилия клина на забой и снижению выходного крутя в» го момента и мояет служить основанием для принятия ревения о возможности увеличение технологических пара^тров отбуркк для интенсификации процессов ' без угрозы нарупеная каде*-ности искусственного направления. " " "

На рисунке 7 приводится график изменена величина проходки за оборот по мере продвижения отбурочиой компанов-

Рис, I. Схема измерения выходных параметров клинового отклонителя и геометрическая характеристика пклот-сквдошы I - основной cTijoji скввжшш; 2 - тиют~скмяина; 3 - клиновой отхлснитьль; 4 - швроиая опора; 5 - дншшокггтр.

Таслваа з

Параметры реаимсе Суреими и геоиет^мческая лар«.ос^истмка пиклов искусственного искривления-

N СКВ Диаметры Состав и размеры отбурочнся ксипоиоики Резимы ©ургня» во итервал^и камеры по снгыати-

KCíJCHtíN/ лмаиетр СКС»«ИВЫ ИИ. о - и ОО/ИИН с г» с, 1. с г об/мин 11 и с. я глубимэ визк-'Т-сквэячии ни гасстс- мсяяу -осями, ни дельт) ГрДЛ

I 42/60 1 шяримр, 1 :0 5tL44) алмаз коронка &4бми (OIAJi JC00 3 40 7COO / 9tfl 63 ? ¿ 1 • f-

г 50/76 1 шарнир, 1 :0,Ъ < D44) алм кор. С4ЬиМ|0гИ2) гм зсос 7000 91С 56 г toe

3 чг/fcc 1 варНИС, >:0.5<D44J dAM.KCf■ Р16МИ гьт 300(1 140 7ССЭ PC0 58. 6 ь

\ 50/76 I аарвир, i-п Э(П44) г ааримг. i - с 5 г ciчj ялмаз. кг^.яка L46«M (*•90-1 i ?ът эосс ло TOCO 900 . 62" С Т . 5

50/76 i парни р. i ■ . J i D^ а ; г тэриир, i о * ;0Ч4 те. кор. 046мм ?5Т ьооо гм ъссо в70 65. о 4 0

ес/76 1 8)1 НИР, ) с v < гt ч ГИ кср 016мы з ТС0О J1C ьъ.о 3 .ъ

С-Р nuee зла ение- ПС

Y,J<n»l«.3

«.(• ¡••< У».илИГ НЛ КЛИН И ВЫ*г-ДИ«..Л Л-.МКН'Г V l'.H-Mi .IM» '

• т i лугиии пит'т - с*еа»ипя и ннгерз.тч ч кн: i < , ti».ji i

я и/ п 111 f a j s т г ч и йнтерьзг i." : 1 : . j'

¿t J6 36 46 4Ь 'ji fb bi ■ 7 •Г t ffe pt ?« ' 1 • *

l f «'ИХ ( s t гчич »"■Tí f Г {. ] ;ч ift 437 44v П74 ' 'l .: ;¡ ..

Hf Z.jMH'H i ИЛ Я ' «i | СМ 1 , И/'« г. ь О С j С С í* J r гч t t и ; j y «

U—. /I .(УГ 1<л !! j « ( < { , ! мм '' R t е t > £' P *; г С 4 '.J 5 и i ; ^ ,

11 i i 1 ' Ж/МЫ * У{ 1.J , ТЧ •» J 1 i .КвСПИИ ' ( / МММ • t t »-.14 ПЛ г УЗК.< г-/.' чсс с г^т tcnc ь с с с í-CcO LIl1'

' t ' О у-ИЛИГ си > '• • 1UJ КЛИН J НЛ И ry< ( ТЬС!!НЫЛ > И (I V J ьес е-о frf «• Jfc i l - ;(. Г . - i,

: IJECII'KK мсмен1 и • ¡'.|HI¡. JJ М ' t J 4 »7 T- ¡

i чс i*¡t нир ci ОР<;й • чц'еранщ и ИЛИИ. N «•» С НУ 1- • Н . с. ' t U И И Э Г • Г у 1 _ ! i i • ¡ í , i ..;.,, i ■> t, I , / С ?

i ? »

t

2.5 2

Значения полного угла искривления от длины пилот—Скбожшах

•

.

as

Об 0.7

'Ч*» lllftTIMll

pS- W яат&в -V- IX dnvDC «sm.DC ]

Рис. г

3.716 ib 3.4

C3.3-

3.23.1 3

2.9

По

- \/Ь i

4.4 Л.2 4

Л

i 3.2 ¿

Л.5

Значено« полного угла искрйвлс-ия 6 зависимости от категории порад

( V

Y

V

• -

i......... 1 ■ г

VI

V,¡ , !Х

45

■iO 35 30 f 25

О

Ö п

' Относ иг иску

< *

V> 1 »

и V

\

\ 1 \ П i. I

i /Ц t i

i

Э.25

Рч*. 3

i (чгрншмости UiíníyriitiALiHe! >> <•)['<л;

jk

nr

■' í !

fv ■

ÜL

mi

o -t -2 -5 -4

L H

» s t " Í 'L' ' r

j i » - 1 'it t ■ 1 1

î y Г 1 ' I !

- _ ' i t k T !

t 1

• V* < / , s. г ¡

I'-/* • !

1 1 к, í 1 î î

s к i I'

t 1

J.25

0 5

г**--' -V n*t-7 *

i« a*-'. A mV«

a 75 0 35

зка не Soi/

лу f.K'l iO (>0','{'<ítn

• ¡ i !

! !

t} и i i i • * * « ¿

» r I ;

! M 1

-u

I

Il i

:<a.î + с<3-.2 —::"с<8.з"]. Рис ?

Рис. 8 йею распрел-.-лрния у алия в систем»

"клин - отвугощ^й с:гЧяг - сгонка скваяиш искусств? кко/ №5о2".

1 - клин; йтГ.лючныя енарил.

Рис. 10 траектория новей скьадинл (а) и расчета ее параметре'в < 0). ! • клик:' к - поверхность Хг;2йОН КЛИЧ г «Ь'ИИ^ КОМПОНОВКИ

1хи при фксированныж осевых нагрузках. Зависимость также апроксгалируется степенной функцией и имеет вид:

-4А* Ч - 2.27х

2. осаая тевдеицмя гаовмвения юдевяостя свСуризазота сгг кдаеа это налагай? фарш дамавюа гидрида - «2 'а

-вшолпанш зсжямй.г ■ - '

Умиг. р * Рейте ДО

г« о кл <------------------- -- ( 1 )

%®и. ос к2* Шс Кг '

где . "Б кл - скос лодка клина, град;

Умех.р , V кйх.ос скорость разрушения горной породы .в нормальном, и осевом направлении соответственно, мм/мин;

Ротк ,Рое отклоняйте и осевое усилия, Н; .'

к* , к г - коэффициенты пропорциональности; Ьт - величины внедрения резцов в горную • породу, им. Ка Й5

------------— < — . ( г )

кж -

где Ка, Рб - радиальные.усилия на клин и стенку скважины,^, е» кл, С5' гп - сопротивление смятию материала клина и горной породы. ;

Отклонение сквадин от первоначального направления осуществляется .взаимодействием пары "клин - .отбурочный снаряд", *при котором возникают радиальные усилия на контактах породорззруваюшего инструмента со стенкой скважины и телом .юкка клина, как это показано на (рис. 8). При этом (рис. 8а):

е* 13 ' ■ О* л Л-. 'С' , о N

' Ра ** 7?» " <3>

если учитывать ему трения, то при враценик напраздена протиЕ вектора абсолютной скорости).

- 12 -

Данное радиальное усилие в точках контакта А и В будет формироваться до тех пор, пока ось снаряда не расположится под углом"Чц к оси основного ствола, т. е. будет параллельна линии скоса ложка клина. Заметим, что величина сил и зависит от процесса формирования забоя отклоненного ствола, при котором происходит перераспределение величины составляющих .осевой силы, воспринимаемой как формирующимся забоем (в нормальной плоскости), так и рассматриваемыми точками А иЕ Под действием радиальных усилий й» и в начальный момент отклонения существуют равные возможности "зарезать" как стенку скважины, так и тело ложка клина, что требует на некотором начальном интервале применения "садящего" режима бурения, особенно по величине осевой нагрузки.

Цри действии на коронку вращающего момента в точках А и В возникают силы тренкя (рис. 8в)направленные по касательной против окружной спорости Еращения:

(4)

№ - уиа14в

где 1, 2 - коэффициент трения"в контакте коронка-■ -порода, коронка - поверхность ложка клина.

Очевидно, что этими силами будет определяться й сила Рдз, дезориентирующая положение плоскости торца кбронки на клине:

Рда - Ра + Рв ( 5 )

если предположить, что силы Ра и Ив лежат в плоскости торца коронки, то величина Рдз будет определяться выражением РОС

Рда--------( 6 )

Ьв &

ГЬ'мере.формирования поверхности забоя, в данном случае некоторой ступени серповидной формы, при наличии гибкого вала или универсального шарнира в точке С (рис. 8а), последняя отслеживает поверхность контакта (линию СДВ), что дает "приоритет" разрушению в призабойной зоне около точки А и более быстрому увеличению площади контакта с породораз-рушающим инструментом.

Изменение площади контакта в зонах точек А и В ведет к

изменению величин сил трения, и, соответственно, дезориеити руюдей силы .

В определенный момент ( рис, 8а). когда в зоне точки А образуется устойчивая торцевая опора, возникает опрокидывающий момент Мо.усиливающий приимотбтазчнсй компоновки к стенке сквадикы или поверхности лодка клкна в точке С . ' 'Возмодность, аарезка логоса клина уменьшится (исчезает) " при выходе оси отклонения в направление.. сарал:гльн-;е лкнкк скоса, клина, что позволяет перейти со "аадаса^го" ка активный режим бурения.

- Для тога чтобы установить критерий "шдкшего" реяииз бурения, рассмотрим некоторые геометрический' характеристика пары "клин - отбурочный снаряд- . Р«сЗ».

■ в - в» * са> - ф/г

Од ш ------------------— •

В )

Я» - Оо

21

По мере осевого смех/гния отборочного снаряда ^ч- За-

гаснем уравнение свободной траектория двккення отборочного снаряда при условии':

§втв Прв равенстве

У

& Се

к и ?>

кг имеем:

—

-В» - с*

С 9 )

( 10 )

( и )

Лэгарй&йфовагшэ равенства (11) дает

' /А ■ 2/

где Таким

кл - угол сюоса ложка клнва, град., образом, шяю счкгзгь. что ' при

( 12 )

наличия

1

неравенства ( 9 ) длина интервала "щадящэго" режима ограничивается координатой Z1 ( 12 ).

Измеренный момент, воспринимаемый клином, - Ыхв. Действующий момент -

КЯ - н R * г , где R - Ra ; г - радиус отбурочного снаряда; Ц - коэффициент трения сцепления.

Считаем, что

Ша * Ftp. шигка -jY Rat

или

♦ R*jHrn лг - jLf RÄT „ ch

отсюда

fttaa '

R ------------------------( 13 )

J4 ir <?,.{„ - ГКЛ/2)

при jMf т.п. fr ~ И

Распределение же осевого усилия на забое можно представить следующим образом (рис. 8) :

PI + Р2 - Рос

Рос - Р2 - 6 ♦ Ftp

PI = 6 + Ftp

При Ъ^ - 3 градуса система является саморасклинивающейся. Регистрация усилия Q связана с изменением направления усилия Ftp , т. е.

PI - G + k * Frp , где к < 1 . Все это говорит о том, что часть осевой силы Рос (Р2) воспринимается "полочкой" или микроупором коронки о забой, и только некоторая ее составляющая передается на тело клина, что определяет' реальную радиальную составляющую, которая воспринимается боковой режущей поверхностью породоразруша»-щего инструмента.

' 3. tpaeierope» центра сечезмя навой смкмввм в юегервая» '

лежка гиаша мгиаю описать уравмекмем '

2 2 . 2 ^ У Z * tffAb-

'.....""а —"— - 4 ' -

(2лк> <гдю

откуда ощжявляЕся растив зяаяеят шрокэтрсв мжрш-

нш».

№гкоторая свобода переиеоенил точки С при наличии, сил трения на - контакта* снаряда со стенкой скважины с усилием прижатия ; Рир - нке и при варианте вращения, близком к "л^т -je, приводит к смешению центра сечения в некотором c--'KToi:ieíрис.9 =), т.е. относительное угловое перемещение сопроЕоддается переносным ьракзением. Этот вариант движения яв^мется неустойчивым и сопрово^зется срывом переносного нраиктния (точка F) с песледувдим скольэением снаряда по направлению FC. Эти ситуации приведены по аналогии с двияг-ни->м произвольного сечения бурильного вала к породоразруш-•ifsero инстру**?ита. зафиксированные скоростной киносъемкой варианте движения Ф1 JG. Можно считать, что

направление движения оси стбурочного снаряда Судет оп-г*;дтляться • некоторым средним значением угла сО - /- с °í . Такое предположение позволяет трак-

товать наличие возможного смеазения траектории отбуриваемой скважины на угол U ,и, используя зависимость sin¿o¿ * sin

Sinfc» ------------------- . 14 )

sin ^ •

£озмох-:ость оценить' • вероятную величину азимутальной -погрешности отклонении .

sin * sin о

А о^о ^ arcsln------------7------- -

sin Ох -

г- .-/.чина угла < первоначально - угол скоса клина) аа--.иск: от раЛотн таркирнсгу сткяонитедя

у - Д - J) < 15 )

к- гмолнег-.. изменения характеристика траектории направляющего аппарата f ложка клина'--.

:»:Е-трхно-1Ть ложка' клина - это поверхность пересечения • цилиндров f угловым смешением осей (рис. 10а).

- 16 -

Допустим, что отмечено смещение отбуриваемого ствола г '-тол , тогда угол мевду направляющими осями и

у * sin tú

Jb . arctg------------------( 16 )

1

Породоразрушающий инструмент в нач. . интервале

находится в контакте с цилиндрической поверхность» ложка клина и стенкой скважины, траектория центра сечения новой скважины очевидно будет лежать на поверхь~ л цилиндра радиуса л R

A R - R -г f 17 )

где И - радиус ложка клина,м г - радиус новой скважины,м В эксперименте получено приращение полного угла искривления на величину д % . С достаточной долей достовег ности траекторию движения можно представить умнением элипса :

У2

(2л R)

Z * te д

+

1

(2 л R)

- у = -

z = z * te

z *

te

X

г. г. * - Z * t£ ¿Ъ

z * te

í 18 )

( 19 )

( 2Q

( 21 )

Смещение определим пользуясь схемой (рис.й?> r¡. ' теороме коси.' 'усов

г- г.

h + b - ¿ R

(л) - атосаз

2hb

I г г -vLli + h -2¿R*h*cos_£

! по Л v <.о ;

У

С ZZ )

- 17 -ЙАЕЖЖНЙЕ

Основные' выводы диссертационной работы сводятся к следующему; .

1. Обобщены данные результатов искусственных искривлений в регионе. Выявлена зависимость выходных параметров отклонения от изменения горяо-геологических условий.

2. Проведена оценка существующих методик всеведения искусственных забоев и забуривания .дополнительного ствола применительно к бурению в породах высоких категорий.

а Проведены стендовые исследования забурйвакня пи-лоТ-скважкны с использованием клиновых отклоните лей. 'Ах основании которых получены числовые характеристик процесса.

4. Зарегистрировано не учтенное азимутальное -тмеозние . траектории пилот-скважины и увеличение полного угла искрив- ления. Оценена силовая характеристика скстеш: - "клин-ст-

бурочный снаряд-порода". Лана методика расчета интервала цздацего режима отбуриваяия.

5.Проведено теоретическое обобщэние результатов эксперимента. Выведены уравнения регрессии силовых характеристик системы: "юшн-отбурочнкй снаряд-порода", даны зависимости изменения параметров траектория перемепЕния компоновки в

' интервале отбурквания от клкяа, предложено уравнение для раскта кх значений.

6. Предлояэны технические средства для ЕОЗЕеденнч искусственных забоев в сложных горно-геологических условиях, обеспечивапэдие зысокув производительность и надежность отбуризания дополнительного ствола. Технические разработки зазюаарны авторскими свидетельствами.

7. Предюдана и опробована технология проведения работ , по забуривали» ствола в крепких породах.

8."Предложена методика расчета закономеркостей естественного искривления скважин в с ее применением исследованы закономерности кскрквления на одном из »эстороздений региона.

9. Внедрение разработок в производство позволило сократить время . непроизводительных операций и получить эконоыи-

• ческий эффект более 5 юн. pyüjse£ за 19S5 - 1993 года.

- 18 -

Основные положения диссертации опубликованы в следуюи./ работах.

*. Влияние КССК на искривление скважин. Техн. и тех-ьил. геол.-развод, работ;орг. проиа-ва. Экспресс-информация /ВНИИ экон. минер.' сырья и геол.-раавед. работ/. ВИЭМС.-Ы.: 1983,N 8. ( Соавтор A.A. Тунгусов )

2. Опыт внедрения отклонителей СНБ-КО на объектах Ка-oaxciciHa.- В кн.: Техника*и технология разведочных оабот в

Г_....... .ане • Алма-Ата: КазИМС. 1984. ( Соавторы А Я. Ани-

ШЭНКО и др.)

3. Устройство для установки моста в скважине. Описание изобретения к авторскому свидетельству 11167301 К . 1985 Бюд N 26. ( Соавтор А. Г. Кривцов )

•i. К вопросу об энергозатратах при бурении скважин снарядами со съемными керноприеыниками. Технология и техника геол. разв. работ ЫГРИ. N 10 1987. ( Соавторы И. С. Калинин, А. А. Тунгусов )

Ь. Экспериментальное определение выходных параметров отклоните.^. клинового типа. Изв. Вузов Геология и разведка N 7 1991 г. ( Соавторы EIL Зииенко, A.A. Тунгусов )

б п~- - описание изобретения к авторскому свидетельству 1756534 Ы., Бюд.31.1992. ( Соавторы А.Г. Кривцов и др.)