автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.14, диссертация на тему:Исследование определяющих факторов и разработка технических средств бурения скважин с гидротранспортированием съемного керноприемника

<7А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РСФСР ПО НАУКЕ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ Санкт-Петербургский горный институт

На правах рукописи

МЕНДЕБАЕВ Токтамыс. Нусипхулович

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ ФАКТОРОВ И РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ БУРЕНИЯ СКВАЖИН С ГИДРОТРАНСПОРТИРОВАНИЕМ СЪЕМНОГО КЕРНОПРИЕМНИКА

Специальность 05. 15- 14 — Технилогня и техника геологоразведочных работ

АВТ OP Е Ф Е PAT

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

С. — Петербург 1991

Работа выполнена в Южно-Казахстанском производственно-геологическом объединении «Южказгеология».

Научный руководитель — доктор технических наук,"4

профессор Л. К- Горшков

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

В. П. Онищин

кандидат технических наук, доцент В. Я. Климов

Ведущее предприятие — Казахский институт минераль

ного сырья

Защита состоится « » ЗхваЫ ГЩг& « /5' » час. « мин. на заседании специализированного совета Д. 063. 15. 12 в Санкт-Петербургском горном институте по адресу: 199026, г! Санкт-Петербург, В-26, 21 линия, д. 2, ауд- Л« 2214

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского горного института.

Автореферат разослан * <7 199/ г.

а хг

Ученый секретарь

специализированного совета, д. т. н., профессор

И. П. Тимофеев

Общая характеристика работ

Актуальность работы. Новые экономические принципы склады-зающиеся в народном хозяйстве страны, в том числе геологии, настоятельно требуют коренного пересмотра существующих методов гценни создаваемой техники и технологических процессов, где ос-ювньми критериями будут: металлоемкость, энергоемкость единицы заполняемых работ, экологическая безопасность, качество и произ-зодительность труда. В этом отношении в структуре геологоразведочных работ наиболее технологически сложный, ыеталлоэнергоем-:шй вид - колонковый способ бурения скважин, позволяющий полупить ценный геологический материал в виде керна.

По мненип большинства исследователей и потребителей буро-зой техники, в настоящее время из всех существующих способов колонкового бурения одним из наиболее перспективных является доведение скважин с использованием снарядов со съемными-керно-чриемниками. Однако данный способ в свете перечисленных критериев оценки имеет существенный недостаток, обусловленный его конструктивными особенностями. Ьто использование специальной ле-Зедки, имеющей ограниченные технические возможности по регулиро-занию скорости извлечения съемного керноприемника, наличие вспо-«огательного инструменту - овершота, системы блоков и т.д. Кроме того иэ-за сравнительно увеличенной площади торцевой поверхности породоразрущащего инструмента, повышается энергоемкость од-адго погонного метра бурения. Эти недостатки с дороговизной тех-шии являются отрицательными факторами, сдерживающими рост объект бурения скважин снарядами со съемными керноприемниками.

В нашей стране основополагающие исследования в области колонкового бурения сквояин выполнены Б.И.Есздвюгенскш, Ф.А.Шам-шевым, Е.Б.Иудряшовьм, Д.Н.Башкатовш» Е.А.Кооловскш, А.Калининым, Л.К.Горшковым, Ю.М.Парийским, А.М.Яковлевым, Й.Г.Шелко-вниковым, Ю.Т.Морозовьм, А.Т.Киселевым, В.Г.Нардшем и др.

Вопросам исследования и создания технических средств бурения скважин снарядами со съешьми керноприеыникаыи ССК или КССК, разработке породоразрушаящих инструментов и колонковых наборов для них, определению зффектявных областей их применения посвящены работы сотрудников ВИТРа И.С.Афанасьева, В.П.Онищина, Ю.А.Бакланова, И.А.Залевалова, И.И.Исаева, Н.М.Корнилова, И.А.Вгова и др., а также СКВ "Геотехника" В.В.Григорьева.

Из перечисленных авторов В.П.Онищинш были выполнены циклы теоретических и онспериментальных исследований по создании целостной картины движения съемного керноприеыника по' внутренней полости колонны бурильных труб. При этом справедливо полагая, что главное преимущество данного метода мояет быть реализовано через совершенствование сцуско-подъемных операций, автор установил ряд важных зависимостей, касающихся гидродинамики и проходимости съемного керноприеыника.

Все имеющиеся теоретические и экспериментальные исследования транспортировки съемного керноприемника освещают вопросы либо изучения закономерностей его нисходящего движения в направлении забоя, либо восходящего с керном в сторожу дневной поверхности, осуществляемого аа счет тяговых услий подъемной лебедки. Между тем, отмеченные недостатки снарядов со съемными керноприемниками, на наш взгляд, могут быть успешно устранены при реализации потенциальных возможностей принципиально

нового способа транспортировки съемного керноприемника на днв-нуы поверхность напором восходящего потока. Данное направление хотя и признано отечественными и зарубежными исследователями многообещающим, однако до сих пор не изучено.

Цель работы - создание научных основ и разработка технических средств способа бурения скважин с гидротранспортированием съемного керноприемника, обеспечивающих качественное повышение эффективности буровых работ.

Основные задачи исследований.Поставленная цель в данной работе достигнута посредством решения следующих задач;

- исследование гидродинамической характеристики напорного нисходящего движения промывочной жидкости в кольцевом канале, ограниченном стенками скважины и колонной бурильных труб;

- создание математической модели восходящего движения съемного керноприемника;

- установление эффективных областей применения способа ¡чщротранспортиропания съемного керноприемника а зависимости эт интенсивности поглощения промывочной жидкости в скважинах;

- разработка технических средств бурения сква»ин с гидро-фанспортированием съемного керноприемника;

- определение перспективных направлений развития способа 'идротрснспортировашш.

Методы исследований. Системный литературный анализ извест-1ых научных робот использовался для выбора основных направлений ¡сследования по повшенио эффективности бурения, скважин снарядами со съешшм керноприемником.

Теоретические исследования с использованием математичес-:ого аппарата и ЭВМ выполнялись при изучении: гидродинамичео-;их характеристик нисходящего потока промывочной аидкости в

í

кольцевом канале,восходящего движения съемного керноприемника, факторов, определяющих эффективность применения способа гидротранспортирования, технико-экономических показателей-бурения и цутей дальнейшего совершенствования.

Експериментальшб исследования проводились на гидравлическом стенде, спроектированном в соответствии с принципами неделя рования физических процессов, где проверялись результаты теоретических исследований об изменении характера движения нисходящего потока в зависимости от расхода и поперечных размеров кольцевого, канала, установление начального момента движения съемного керноприемника.

Экспериментально-производственные исследования были выполнены с целью проверки работоспособности созданных технических средств, уточнения зависимости времени выноса съемного керноприемника от величины давления промывочной жидкости и значений поперечных размеров кольцевого канала.

Научная новизна выполненной работы заключается в следуо-

щем;

1. Впервые теоретически исследованы гидродинамические характеристики нисходящего осесимметричюго движения промывочной жидкости в кольцевом канале, ограниченном стенками скважины и колонной бурильных груб.

2. Еьтедена математическая формула для вычисления критического числа Рейнольдса в зависимости от отношения внутреннего радиуса кольцевого канала к внешнему, на основании чего установлены границы перехода одного ревима движения гибкости в другой.

3. Создана теоретическая модель ьосходящего напорного движения съемного керноприеыника по внутренней полости колонны труб, расположенных в вертикальных и наклонных скваяинах.

4. Теоретически обоснованы основные требования, определяющие конструктивные особенности технических средств, породоразру-шощдего инструмента, применяемых при бурении скважин с гидротранспортированием съемного херноприемника.

б. Построен график по установлению границ эффективности использования ппоссба гедротранспортирования съемного керноприемника в зависимости от водопоглящакщей способности сквалин.

Достоверность научных положений . Выведенные зависимости и рекомендации подтверядактся результатами аналитических, теоретических и экспериментальных исследований, экспериментально-производственнсй проверкой созданных технических средств в действующих окэаяинах, оснащенных -современными контрольнс-измерн-гельивди приборами, обработкой результатов на ВЕЫ, а такте практикой работ буро мм бригад.

Практическая ценность работы:

- показана потенциальная возможность я оффзтшность спо-:оба бурения скважин и глдротренспортированием съемного керно-¡риешика за счет уменьшения матери^знергоемкости процесса буянил и затрат на пспоадгатеяьныэ операции;

- созданы на уровне изобретений конструкции колонковых абороэ;

- созданы на уровне изобретений алмазные коронки, позволявшие снизить еиергоемкость процесса разрушения пород.

Реализация результатов работы в промышленности. Способ бурения окважин с гидротранспортированием съемного керноприемника внедрен в производство буровых работ ПГО "Юиказгеология". При отон достигнуто повышение эффективности буровых работ ва счет исключения из состава комплексов ССК-59 технических средств, предназначенных для извлечения съемного керноприемника и снижения затрат времени на вспомогательные операции. Фактический экономический эффект на объем внедрения составил - 6049 рублей со снижением стоимости одного метра бурения по сравнении с традиционным способом на 2,4 руб. По результатам ранее проведенных работ в 1990 году данный способ бурения был включен в перечень особо важных геологических и производственных заданий объединения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались на Всесоюзном совещании в г. Алма-Ате (1989т)., обсуждались на ПТС объединения ЛГО "Юяказгеология" и научном семинаре кафедры "Технология и техника бурения скважин" ЛГИ им.Г.В.Плеханова в 1991г.

Публикации. По теме диссертации оцубликовано б статей.' Основные технические решения (защищены 3 авторскими свидетельствами.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти плав, основных выводов и рекомендаций, изложенных на 188 страницах машинописного текста, включает рисунков, 23/ таблиц«,список литературы на 65 наименований.

Содервание работы.

В первой главе освещены современное состояние бурения скважин снарядами ССК, существующие способы транспортировки

съемного керноприемника, постановка цели и"задачи исследовании.

Во второй главе приведены теоретические исследования . гидродинамических характеристик нисходящего осесимметричного дви-зения жидкости в кольцевом канале и восходящего движения съемного керноприемника, а также факторов, определяющих эффективность использования гидротранспортирования.

В третьей главе изложены методика и условия проведения экспериментальных исследований, установление начального момента движения съемного керноприемника.

Четвертая глава посвящена разработке технических средств способа бурения скважин о гидротранспортированием съемного керноприеыника.

В пятой главе приводится технико-экономическая оценка эффективности бурения скважин исследуемым способом, намечаемые пути дальнейшего совершенствования средств транспортировки на дневную поверхность.

На основании результатов исследований были сформулированы следующие защищаемые положения:

I. Характер распределения скорости нисходящего осесимметричного движения жидкости в концентричном кольцевом канале определяется режимом двивения и величиной аазора между стенками, при увеличении которого экстремальное значение скорости ламинарного движения смещается в сторону внутренней, а турбулентного в сторону внешней стенки кольцевого канала.

Уотановление характера распределения скорости движения

ищкости в кольцевой канале продиктовано необходимость!) создания благоприятных режимов подачи промывочной яидкости о меньшими воздействиями на стенки скважин.

Из положений буровой гидродинамики следует, что режим восходящего движения ¡гапкости может быть как ламинарным, так и турбулентны.). Приступая к исследованию нисходящего движения адцкости в указанном канале, допустим, что оно ламинарное,вызвано ааданнш осевым перепадом давления и силой тялесги, а колонна в подвешанном состоянии расположена в скважине концентрически.

а. Ламинарное движение жидкости

Выбереа систему цилиндрических координат (1,1,н ) с началом на поверхности Земли:

ось н - направим вертикально вниз вдоль оси трубы, ось я -перпендикулярно оси трубы в сторону сквалины, ось у ~ по касательной к окружности радиуса я . Введем обозначения:

соответствующими компонентами. Тогда движения видкости описывается системой из трех уравнений Навье Стокса и уравнением неразрывности.

- вектор скорости с

(О

■аи . < ду , , и _ п

ч ЭЧ ¿2 ~г~~

В наше« случае Fx =0 , Fy =0, <=у .- проекции силы тя-яасти, у - ускорение силы тяжести, Р - давление, V —кинематическая вязкость жидкости, /> - плотность, }х - динамическая вязкость, < - время;

Пусть далее R| - внешний радиус колонны труб, - радиус сквааины, следовательно d = Rt - величина кольцевого зазора. Рассматривая основное движение жидкости, после математических преобразований получим уравнение:

+ (г)

Здесь штрих обозначает производную по той переменной, от . которой зависит рассматриваемая функция. Заметим, что левая часть уравнения зависит только от а , правая только от г . Зто возможно, когда каждая из них равна одной и той ие константе К.

Р'-^-К )

> (3)

w\j- W'-Jf. •

Решая второе уравнение системы <3), получим общий вид рас-[ределения скорости основного движения;

де Cg - постоянная интегрирования.

Исходя из условий прилипания жидкости к стенкам кольцево-о канала, перепишем формулу (4) в виде:

W{T)=> Агг + С1€пг + Сг Не A «-jjj., г4 Кг .

Рис. 1 Профиль безразмерной скорости ламинарного течения жидкости в кольцевом канале при двух значениях безразмерного зазора

1. «= Ш (0,5) • I при "3= 0,1

2. \Л?т= Й/ (0,4) в I при 9

Для установления общих закономерностей распределения скорости движения жидкости используем метод анализа размерностей, где единицы измерения одинаковы во всех системах измерения.

2 = безразмерный раяиус (»с ) ;

где тг*{пг~у1ппг, >

Исходя из условий И'Чт.) с о, найдем экстремальное значение скорости движения »идкоети ч-кр^/

После перехода к безразмерным параметрам = 2 = п-1 , распределение безразмерной скорости основного движения будет

Введем нову» независимую переменную у «=(1-я,)/(яг-Я,) и юлучим } V/ (у»с£} , из чего следует, что распределение скорости движения я идкоети определяется - величиной кольцевого за-юра й. .

На рис.1 приведены профили скоростей в зависимости от по-геречных размеров кольцевого канала 3) . отсюда видно, что в первом случае соответствующим стандартным аэыерам ССК-59, зкетремальное значение скорости движения дости-ается в центре кольцевого канала а виде параболы, во втором яе лучае при увеличении размеров кольцевого канала, профиль скоро-гей теряет свою симметрию, вершина параболы смещается в сторону чутренней стенки канала.

б. Турбулентное движение жидкости Турбулентное дв1!*еиие представляется суперпозицией двух ¡илгений - осредненного и пульсационного.

где М - точка пространства в жидкости, ^ - время.

Исходя из тех же условий движения жидкости, что и при ламинарном, согласно формуле (I), представим турбулентное движение в виде:

V. г,-*) - Р Р#1г, .

Представляет интерес осредненное продольное движение »ад-кости вдоль оси г . Характеристиками такого движения бу? г: ц = 0; тг= 0;

Р=Р(г).

Область турбулентного движения жидкости условно разобьем на три части.

I - область вблизи стенки трубы; П - вблизи стенки сквавин; ^

Ш - ядро движения

Согласно теории о сохранении количества движения, суша сил, действующих на »идкость в выделенном объеме при стационарном движении, должна равняться нулю. В случае кольцевого сечения для области П и I:

*гггэгнге+'Г|г5Гя)е = йР(5(К|-Яя|),

где д р - перепад давления на длине I, а <Г4и тг -касательные напряжения на стенке трубы и скважины. Бводя коэффициент гидравлического сопротивления, получим:

гдэ У/ср - средняя по ортогональному сечению скорость. Известно, что для пристенной турбулентности профиль скорости описывается степенной функцией:

0*« И. (*>

Из уравнения (5) видно, что непосредственно к стенке бурильных труб прилегает тонкая прослойка жидкости, в которой величина скорости меняется по линейно^ закону от нуля на самой.стенке до максимальной скорости \Ут достигаемой на оси кольцевого канала при х = К.

Учитывая незначительную- величину поперечного сечения кольцевого канала, считаем, что область П1 (ядро течения) представляет собой цилиндрическую поверхность. Дусть эта поверхность отстоит от стенки бурильной трубы на расстоянии ч, = т-о » тогда соответственно от стенки скваяины т=с1-п0. Поэтому на этой поверхности для осредненных скоростей Щ и шг должны выполняться условия стыковки:

Для выражения касательных напряжений на стенках поучим связь Т, = ( т - I )гТг где . (К><)

Исходя из условий стыковки, после математических преобразований профиль скоростей турбулентного нисходящего потока в кольцевом канале представляется в виде

Г «Га»

1

I

ttf

Ф oh

*V •

•4 »1

• — 4 ÍL

\ \

/ •• V \|

/ \

1 1

— — —

...... —

—

o.i о.г o.-.i o.s 0.5 о

a о

7 O.B Û.3 I.О

Рис.2 Профиль безразмерной скороати турбулентного течения »ндкомн в кольцевой канале при двух значениях отношения » Ri

IV в

внешнего радиуса к внутреннему

1. Wm- W (0,6) « 0,9 оря К*1,1

2. Wtn« V¡7 (0,72) «.Ó.9& при IU0.

где Нг«-^-» гп~'яоС, ; а 1-оС - подлежащий

определению радиус, на котором \Ч,». Распределение скорости М ( 2 ) турбулентного потока в кольцевом канала согласно формуле ( б ) показано графически на рис. 2. в двух случаях: К= М и К-ю

Отсюда следует, что при увеличении величины кольцевого зазора точка достижения экстремальной скорости смещается э сторону стенки скважин, тем самым укорачивая правое крило профиля скоростей сопряженное с ней.

2. Характер режима нисходящего осесимметричного движения жидкости в кольцевом канале определяется отношением внутренней стенки я внешней и расходом жидкости.

При проектировании режимов гидротранспортирования съемного Кернолриемнина необходимо не только установить характер распределения скорости жидкости в кольцевом канале, но такке следует выяснить условия существования и границы перехода одного режима движения в другой, го есть установить значения критического числа Рейнольдса Кбкр . Теоретическими исследованиями неустойчивости осесимметричного движения т, кости было подучено, что для течения в трубе (течение Гагена-фазейся) Яекр —«х> (течение устойчиво при всех числах Яе ), для течения Цуазейля (течение в канале) Йекр= 11544. Таким образом, течение в кольцевом канале мезду скважиной и бурильной трубой происходит в двух режимах - ламинарном и турбулентном. Критическое число Рейнольдса КеКр для течения в кольцевом канале зависит от величины зазора й =11г-Я(,которая выраяается через п= Яг/К» и т=Й|/Ка следующим образом:

По определению числа Рейнольдса имеем:

pe-3!mirf — ЭЫЯг-Ы^ТГт-ЯгО-т) _ лП-т)

где А в Дия критического числа Рейнольдса тогда

подучим:

ReKp=A(l-m). in

Для нахождения значения А используем предельные случаи. При —0, -const, rn —^ 0 , Яек — сх>; при <=о,

R2 оо , имеем т I, ReK «= «544.

Тогда получим два соотношения, вытекающие из этих условий и формулы (7 ) :

<="° = A-i (m-~ 0);

11544 = А:0 (m-— i).

Отсюда следует, что

И 544

и(|-т)

Подставляя найденное значение А в формулу ( ? получим формулу для определения критического числа Рейнольдса

ЯеКр от величины т :

*«*«"Ш

По формуле ( 6 ) вычислены значения критического числа и установлен характер изменения режимов движения вид-кости в кольцевом канале (таблД), ламинарное (Л), турбулентное (Г).

Регтмы движения »идкости. Таблгаа Г

Диаметр ! ! ! Расход яркости. ма/с ' __

скважины j гп | ffap ¡l3J.(ff1<5.^tgD-fO-^.6-^v!2»-iDi35-?p-426.S-fO^

59,6-КГ3 0,92 12548 л л л л т 1 т

60. Ю-3 0,91 12686 л л л л л т т

6МСГ3 0,90 12827 л л л л л т т

62-КГ3 0,88 13118 л л л л л т т

63-ИГ3 0,87 13269 л л л л л т т

64-Ю"3 0,86 13423 л л л л л т т

65. КГ3 0,85 13742 л л л л л л т

3. спара распределения скорости восходящего движения съемного кернрпрйешит кнеет асимптоту V в! при р ^ 3, безразмерного параметра . выражающего с вязь между характеристиками вязкой згпдкости, съемного керноприемника и временя.

Выбрав систему цилиндрических координат и рассматривая восходящее движение съемного керноприемника под напором видкости в вертикальной сквагино на основании второго закона движения Ньютона запишем:

Pit - сила тяяести керноприемника, га - сила Архимеда, Fc - сила сопротивления жидкости, Fp - сила давления снизу, т„ - масса керноприемника, Цучем вычислений установив выразе-ше каждого из составляющих сущу сил, и подставив их в формулу 9 ) клеем:

&"9[M*jHt'ijrrfl , (ю)

до к= , £ - отношение плотностей жидкости и материала Рк г

ерноприемкика, Л - коэффициент гидравлического сопротивления,

Рис.8 Профиль безразмерной окорооти двиган ..я вверх ' съёмного керноприйкника при двух значениях безразмерного параметра А

1 - А = I

2 - А в 10

£ - длина керноприемника. Далее, решая формулу (10) и вводя обозначения Q « »

: . Л, окончательно для выражения скорости восходящего движения съемного керноприемника имеем:

v»8m, '

ГД9 ЧГ=Д4, при OéV&lo, 0<tft*C^ < , отсюда_

при 1»Т0, ihî-l, ПОЭТОМУ vm0x = s ; TWf)-2^-' №)

Пользуясь приведенной методикой расчета восходящего движения съемного керноприемника применительно для наклонной скваш-ны с учетом угла наклона и силу трения монем записать:

ffа y)5inJ- - ф cos*} '

гдо J- - угол наклсна сквавины, / - коэффициент силы трения,

Отсвда lima*Ü-LjsinJ.-i-ссЦ . И2'

На рис.3 приведен профиль безразмерной скорости движения съемного керноприемника при двух значениях безразмерного параметра Aal и А а 10, где видно, что профиль скорости выходит m своп асимптота V =1 при т-аЗ;

Из выведенных зависимостей Ш ) я (12) следует, что значения иаксшаяьной скорости движения съемного керноприемника а основном определяется силой давления яидкости, отношением^, а тагов коэффициентом гидравлического сопротивления.^.

Подученные зависимости были реализована при разработке конструкции буройых. снарядов и учтены при проектировании резш-«оа гидротранспортироваяия.

4. Оптимальная величина поперечного сечения скважины, позволяющая эффективно осуществлять процесс бурения сквавин с гидротранспортированием съемного керноприешшка ССК-59fioc-тигается при диаметре породораз рушакд;его инструмента 62*10~ и и расширителя 63'10~^ы.

Одним на основних факторов определяющих еффектнаность процесса гидротранспортироваиия съемного керноприешшка является давление промывочной елдкости, основные потери которого по даннш ранних исследований приходятся иизаио на кольцевой канал.

Е связи с этим для нисходящего потока еидкости цутем выполнения теоретических исследований била вгшадена форыу выражающая связь ыеаду перепадом давления, расходом жидкости и отношением

ш=У«г. лР-f It3>

где f(m)" {(.^¿[(¿^ j^ggT ' Q-расход лромьшзчной яидкостн furo t - длина скваиины

Нике в таблице 2 приведены вычисленные по формуле (13 )

на ЭВМ EC-I045 значения перепада давления »едкости при различных расходах еидкости и поперечных размерах кольцевого канала. Из табледы следует, что при 2R, » consl , значительный потери давления происходят в кольцевых каналах с парусной границей 2Ra« Б9,б-Ю"3и и еО.Ю~3и.

—3 -3

Дальше при значениях 2Rt , равным 61 • ю и и 63*10 м наблюдается резкое снижение потери давления при всех значениях расхода жидкости.

Таблица 2

Зависимость перепада давления жидкости от расхода и значения ги ,

I

|Характеристики кольцевого канала: 1=1200м.2В<=о5»10 м

Рлгепп !?Й. гаг.п'1 „ -3! -31 -3! -3! -3| -3 жидкости 1Кзг59610| 60-Ю [61-10 162« 10 163.10 64-10 165-10

М3/о |пЫ),92 10.917 |0,902 0,887 10,673 10,859 |0,846

1^т)=152511352 1 829 ' 5Ь2 1391 1290 1223 _' _ДР% МПа__

13,7« Ю-4 8,7 7,4 4,3 2,6 1,7 1,2 0,9

-4 16-10 9,7 8,4 4,8 3,0 2,0 1,4 1,0

-4 20-10 13,0 11,0 6,4 4,0 2,6 1,8 1,3

-4 21,6-10 14,0 12,2 7,0 4,3 2,9 2,0 1,4

23,3«10~4 15,0 13,0 7,4 4,7 3,1 2,2 1,6

25-10" 16,2 14,0 8,0 5,0 3,3 2,3 1,7

26-Ю"4 17,4 15,0 8,6 5,3 3,5 2,5 1,8

Начиная с момента когда 2Яг = 64« 10 м, характер снижения потери давления жидкости не столь заметен, что при меньших размерах кольцевого канала, и данная тенденция в дальнейшем, видимо, будет сохранена.

При выборе рационального диаметра скважин для эффективного осуществления процесса гидротранспортировашя съемного кернопри-емнмка необходимо учесть следующие обстоятельства.

Известно, что увеличение поперечной величины кольцевого " канала при 21^ е СОПЯ сдерживается соотношением диаметров бурильных труб и скважины ,Что обусловлено обеспечением прочности и«й

бурильной колонны. Ео мнению большинство зарубежных и отечествен-

ных исследователей рациональным признано соотношение равное 0,926-0,842. Отсюда следует, что с учетом изменения характера потери давления жидкости, диаметры скважин 62.1(Г^м и 63'Ю"3м являются вполне приемлемыми, так как при этом указанное соотношение составляет 0,89-0,87 что соответствует требованию обеспечения прочности колонн.

С другой стороны увеличение наружного диаметра буровой коронки при сохранении неизменным его внутреннего диаметра, технологически связанного с размерами съемного керноприемника, приведет 8 увеличен!® площади торцевой поверхности матрицы,что повлечет рост энергозатрат процесса бурения. Из этих обстоятельств вытекает важная задача создания для данного способа бурения скважин конструкций буровых коронок, предусматривающих увеличение наружного диаметра по сравнении с серийными, без заметного увеличения площади торцевой поверхности.

Исходя из поставленной задачи были разработаны и внедрены а производство буровых работ алмазные коронки с концентричной кольцевой канавкой посередине матрицы, что позволило уменьшить пощада, торцевой поверхности на 25-3($.

Кроме этого, для бурения монолитных твердых пород были :озданы коронки о секторами переменной высоты и ширины, убы-¡ающей и одновременно расширяющейся от передней стенки к зад-¡ей (рис.4). При этой достигнуто уменьшения площади торцевой юверхности матрицы на 20%.

Основные вывода и рекомендации I. Основными факторами, определяющими эффективность гидро-ранслортирования стенного керноприемника, являются: реяимы

движения и гидродинамические характеристики нисходящего потока вязкой жидкости в кольцевом канале, механизм восходящего движения съемного керноприеыника по внутренней полости колонны труб.

2. Установлена общая закономерность распределения скорости в кольцевом канале для двух реимов движения жидкости, а также характер изменения скорости в зависимости от величины поперечных размеров кольцевого канала,

3. Пользуясь выведенной формулой для вычисления критического числа Рейнольдса, зависящей от величины отношений внутреннего радиуса кольцевого канала к внешнему, определены в зависимости от расхода жидкости границы режимов движения для возможных диаметров скважин ССК-59, при этом зона устойчивого ламинарного движения ограничивается расходом жидкости 21,6»Ю"Лл8/с, а образование устойчивого -турбулентного режима происходит при расходе - 26,6«Ю-4 м3/с.

4. Принципы создания опытных конструкций колонковых наборов базировались на результатах теоретических расчетов и экспериментальных исследований, при атом с целью обеспечения наибольших значений давления промывочной жидкости, действующего на съемных керноприемннках снизу, наружный диаметр подъемного клапана был выбран максимально приближенным к внутреннему диаметру бу рильиых труб,

Б. Породоразрушаиций инструмент для бурения скважин с гидротранспортированием съемного керноприемника был разработан с учетом следующих обстоятельств.

Необходимостью выдержки рациональных соотношений диаметров бурильных труб и скважины, а также тем. чтобы увеличение наружного диаметра не сопровождалось увеличением площади торцевой

поверхности.

6. По сравнению с традиционным канатным извлечением схемного керноприемни! . при новсм способе достигнут прирост производительности на одну станко-смецу в 1,2 раза, фактическое снижение стоимости метра бурения на 2,4 рубл-.

Основные поло» ния диссертации опубликованы э следующих работах.

1. Мендебаев Т.Н. Бурение скважин снарядом с гидротранспортом съемного керноприемника.

Тез.докл. на Всесоюзном совещании "Разработка и внедрение новой техники на буровых и горных работах з геологоразведке", Алма-Ата, Казрудгеол., 1989г.

2. ТУякбаез Н.Т., Мендебаев Т.Н. Новый буровой снаряд типа ССК с подъемом керноприемной грубы гидротранспортом.

- Де .науч.работа., Ь' : ВИШПИ, - РЖ 1989, №4, С.173.

3'. ТУякбаев Н.Т., Мендебаев Т.Н. Опыт б$рения скьажин с гидротранспортированием съемного керноприемника.

Изв. Еузов, Геология и разведка, 1990. № 1

4. ТУякбаев Н.Т., Мевдебаев Т.Н., Бимендин К.Н. Суровая коронка для бурения скважин с гидротранспортом съемного керноприемника. В сб. Алма-Ата, КазПТИ Т990.

5. Мендебаев Т.Н., Калиеа Ж.Н. Исследование восходящего движения съемного керноприемника во внутренней полости буриль-нкх труб. - В сб: Исследование технологии и внедрение новых технических средств для бурения геологоразведочных скваэтш.

- С.-П., ВИТР, 1991.

6. Туякбаев Н.Т., Ме1дебаев Т.Н., провой снаряд. A.c. СССР » 1325926. Би., 1987, » 27

7. Туякбаев Н.Т., Мендебае«. Т.Н., Дуровой снаряд. А с. СССР » 1439204, Би 1988, » 43.

8. Мендебаев Т.Н., ТУякбаев Н.Т. Буровой снаряд. A.c. СССР. К- I6&7602, Ш 1991, № 23.

1 • й

I