автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Повышение производительности шарошечных долот применением центральной блуждающей промывки

ГОСУДАРСТЗЫШШ ксмищ poggiück® фвдерации . ПО ВЫСШЕМУ, ОБРАЗОВАН® '

удасш шиша шяшт

На правах рукоппои

СТШНШ РАУИЛЬ БЩШШШ

повышение проиаводитЕШюати шлрсэшшх Д010Т ПРИМЕНЕНИЕМ ЦЕНГРДЛЫШ БЛУВДАЩШ ПКШШИ

Специальность 05.15.10 - Бурение

,скважин

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УФА 1993

Работа выполнена на кафедре бурения нефтяных и газовых оквавин Уфимского нефтяного института

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор М.Р.Мавлютов

Официальные оппоненты: доктор.технических наук,

профеооор Н.Ф.Кагарыаноь кандидат технических наук, доцент Р,Ш.Му фа залсш

Ведущее предприятие - производственное объединилио

"Башнефть"

Защита состоится 24 декабря 1393 г..в 17.00 чао., на заседании специализированного совета Д 063.09.02 при , Уфимском нефтяном институте по адресу: 450062, ЕБ, Уфа, Космонавтов, I.

архиве

г.

С диссертацией ыокно ознакомиться в технической Уфимского нефтяного института.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета

-„ Р.Н.Бахтизин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОШ

Актуальность тэта. При строительство сквшшш важно повышать показателя отработки трохпаропо'шах долот. На их долв, как извэ-стно, в настоящее время приходится более SO % объема глубокого бурения в нашей страна.

Наиболее перспективным, легко раалкзуе!шн я ©ффзктивнцк направленном является изучение, оптишзация и соворпенетвовашэ еистенн промывки долот.

Анализ исследований годродаюшичзсккх процессов, происходящих на забое скважины, и отработанная яаросзчпих долот позволил определить направление еоворгоиствоважш система проминки шарошечных долот и реализовать ее в опытной партии. Существенной особенность» предложенной систем« промывки иароиочпого долота является то, что центральная насадка ( центральная блуждавшая насадка ), установленная в полости долота, позволяет постоянно изменять направление струи промывочной жидкости относительно долота. Вследствие этого струя жидкости будет направляться то на забой между шарошками, то на поверхность шарошек, что обеспечивает исчезновение застойных зон,, улучшение очистки забоя и поверхности шарошек от выбуренной породи, предупреждает салышкообра-зование, условия для доразрушения горной породи из-за колебания давления и скорости потока по направлении и величина по всему забою скважины, а также улучшенное охлаждение шарошек и опор долота.

Результаты промысловых испытаний в Туйназинском УБР ПО "Баш-нефть" подтвердили перспективность выбранного направления в улучшении промывочных систем долот рассматриваемого типа.

Настоящая работа является продолжением изучения гидродина-

мики призабойной зоны, проводимой кафедрой "Бурение нефтяных и газовых скважин" Уфимского нефтяного института под руководством профессора М.Р.Мавлютова.

Поль работы. Повышение производительности долот путем совершенствования системы промывки capокечинх долот.

Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи исследования:

1) разработка способа совершенствования системы промывки иа-рошечных долот;

2) разработка конструкции гидравлической системы долота, позволяющей постоянно изменять направление струи промывочной жидкости относительно долота;

3) изучение параметров движения насадки относительно долота и забоя;

*») изучоние движения промывочной жидкости в призабойной зо-но сароиечного долота с разработанной гидравлической системой;

5) создащю конструкции долота с предложенной системой промывки;

6) проведение промысловых испытаний и оценка технико-ококомических показателей бурения сквмит долотами опытной конструкции.

Методы исследований. Аналитические, стендовые и промысловые окспзримеыталышо исследования с примоненизм современных методов моделирования и измерительных систем.

Научная новизна.

I. На основе анализа теоретических, экспериментальных и промысловых исследований саропщчпых.долот с существующими схемами промывки разработано дояото с центральной блуждающей промывкой. Tarase разработан ряд принципиальных схем блуждающих насадок.

2. Установлен сложный характер двиаения ншшего конца гибкой насадки, расположенной в полости вращающегося шарошечного долота, при прокачке промывочной жидкости.

3. Установлено существенное изменение полей давления и скоростей на забое скважины в зависимости.от частоты вращения шарошечного долота, расхода промывочной гладкости.

Основные защищаемые положения;

1) центральная блуждающая сиотека промывки для шарошечных долот;

2) принципиальные схемы блуждающих насадок, позволяющие изменять направление струи промывочной кндкооти относительно шарошечного долота;

3) результаты исследования колебательных процессов концентричной гибкой насадки, установленной в полости шарошечного долота; •

4) результаты исследования характера движения промывочной жидкости (воды) в призабойной зоне шарошечного долота о центральной блуждающей системой промывки;

5) конструкция долота о центральной б ду яда щей промывкой.

¡тактическая ценность. Разработаны конструкции трехшарошеч-

ных долот диаметром 215.9 и 295.3 (га для пород различной твердости с центральной блуждающей промывкой. Ь результате испытания долот с центральной блуждающей промывкой подучено увеличение показателей работы по сравнению с серийными долстами в среднем по проходке на 15.7$ и механической скорости на 44.3$. Экономия эксплуатационных затрат при бурении скважин проектной глубиной до 2175 м составила I руб.42 коп. на I и проходки в ценах 1991 года.

Реализация работы в промышленности. Проведены промыоловые испытания долот, снабженных центральной гибкой насадкой, на

. 6 ' .-■- . . . . площадях Туймаэинского УБР,110."Башнефть" в количество ЗВД штук. Бурение скважин, велось долотами типов! 215.9ТЗ, 215.9СЗ, 295,ЗТ.

Апробация работы. Основные положения довожены на Республи- . ганской научно-технической конференции "Проблемы нефти й газа" С г.Уфа, 1990 г. ), У, Всесоюзной научно-технической конференции "Разрушение горных пород при бурении скважин" ( г.Уфа, 1990 г. ), Международной конференции "Механика горных пород при бурении" ( г.Грозный, 1991 г. X

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 3 авторских свидетельств на изобретение. Также получены Ч положительных решения на выдачу авторских свидетельств.

Объем работы. Диссертация общим объемом /Л"страниц содержит введение, шесть глав, основные выводы и, рекомендации, список использованных источников из 98 наименования, (О таблиц, рисунков и приложения на 40 страницах,

' СОДШАНИЕ РАБОТЫ

В введении показана актуальность темы диссертационной работы, определены ее цель и задачи исследования, основные результа- ; ты работы, научные положения и выводы, вынооимые на защиту.

В первом разделе приводится обзор состояния изученности вопроса исследователями в области механизма очистки от шлама в призабойной зоне шарошечных долот.

На сегодняшний день известно более 30 видов схем промывки шарошечных долот. Анализ литературы показывает отсутствие четкой классификации схем промывки шарошечных долот. Для того, чтобы упорядочить существующие схемы промывки, нами приняты следующие определяющие признаки:

I) расположение промывочных каналов относительно корпуса

долота в процессе бурения скважины;'

2) скорости, направления струй и расходы промывочной жидкости, истекающей из сопел и насадок. /

В зависимости от принятых признаков существующие схеми промывки шарошечных долот делятся на два основных вида: симметричная и асимметричная схемы промывки. В свою очередь в симметричной схема промывки можно выделить'центральную^ боковую и комбинированную схемы проНывкк, а в асимметричной - боковую и' комбнниро-ваннуи схемы промывки.

На основе определявших признаков систем промывки были,рассмотрены только принципиально отличающиеся друг от друга схемы ■промывки долот: долото с центральной насадкой, долото с центральной щелевой насадкой, долото с тремя боковыми гидромониторными насадками, долото с тремя боковыми гидромониторными насадками и отверстиями в лапах, долото с тремя боковыми и одной центральной насадками, долото с центральной и тремя.эжекционными насадками, долото с тремя боковыми и центральной вихревой насадками, долото с одной боковой насадкой, долото с дифференциальным назначением насадок и долото с блуждающей асимметричной промывкой.

Из анализа промысловых испытаний и исследований гидродинамических процессов, происходящих на забое скважины при бурении шарошечными долотами с известными схемами промывки, нами сделан следующий вывод.

Известные схемы промывочных устройств шарошочных долот не позволяют направлять поток промывочной нидкости последовательно то на поверхность забоя скважины, то на поверхность шарошек. В связи с отсутствием в долотах с существующими схемами промывки непосредственного направления потока промывочной жидкости на рабочую поверхности шарошек ухудшаются условия работы долота ¿1з-за

прилипания горной породы к рабочей поверхности шарошек.

Устранение этого недостатка возможно применением гидравлической системы, позволяющей постоянно изменять направление струи промывочной жидкости относительно долота так, чтобы струя направлялась то на поверхность шарошек, то на забой скважины.

Из этого вытекают следующие задачи исследования:.

1) разработка гидравлической системы долота, позволяющей постоянно изменять направленно струи промывочной жидкости относительно долота С долсто с блуждающей промывкой );

2) изучение параметров движения насадки относительно долота;

3) изучение движения промывочной жидкости в призабойной зоне шарошечного долота о разработанной гидравлической системой}

создание конструкции долога с предложенной гидравлической системой;

3) оценка технико-окоиомической эффективности бурения схва-г жил долотами с предложенной скотомой промывки.

Во втором разделе описивается долото с предложенной системой промывки. В етом долото предложено использовать явление колебания планга при прокачке через кого жидкости.

Долото состоит из корпуса, лап и шароиек. В корпусе долота закреплена верхним концом:гибкая насадка, выполненная из эластичного материала. Низший .конец гибкой насадки находится, над шарошками, что дает возшшо&гь перемещать его относительно шарошек.

При прокачка прошвочцой жидкости через долото с центральной бдуздавдей промывкой гибкая насадка начнет колебаться за счет флуктуация скорости жидкости"в/насадке и сил, действующих на насадку в результате стракошшх потоков от шарошек, лап и поверхности забой. Кроме того, при вращении долота на гибкий патрубок будут действовать дополнительно центральная и кориолисо-

вая силы инерции, которые будут способствовать увеличению ампли-тудц колебания нижней части гибкой насадки. При этом нижний конец насадки будет описывать сложное движение.

Таким образом, при такой системе промывки постоянно изменя* ется направление движения потока промыйочной жидкости относительно долота и забоя. Вследствие этого струя жидкости, истекающая из гибкой насадки, будет направляться то-на' забой между шарошками, то на поверхность шарошек, чтообеспечитисчезновение застой« них зон, улучшошю очистки забоя и поверхности шарошек от выбуренной породы; предупредит салышкообразованиэ, создаст условия для доразрушения горной порода из-за колебания нормального (статического) давления по всему забои сквашпш, а также улучшенное . охлаждение шарошек и опор Долота. ,

G целью создания Дополнительной отклоняющей сиди в поперечном направлении к оси долота» .действующей на гибкую насадку, в результате которой последняя увеличит амплитуду колебания, был предложен ряд различных конструкций гибких насадок.

I. Гибкая насадка, выполненная из эластичного материала, крепится к корпусу долота таким образом, чтобы была возможность перемещения нижнего и верхнего концов гибкой насадки. Причем к верхнему и нижнему концам ее прикрепляются насадки и втулки.

При прохождении промывочной жидкости через гибкую насадку верхний конец ее под действием силы, вызванной перепадом давлений, отклонится от первоначального положения. Отклонение (движение) верхнего конца гибкой насадки будет продолжаться до тех пор, пока он не ударится о внутренних) стенку переводника. Затем под действием упругих сил, возникающих от удара втулки о стенку переводника и от изгиба верхней части гибкой насадки, последняя будет двигаться в противоположном направлении до соударения с про-

тивоположной стенкой переводника. В последуищеи цикл будет повторяться.

Вследствие движения верхней части гибкой насадки нижняя часть ее будет двигаться в другом направлении из-за разности внутренних напряжений, возникших в самой насадке в полости крапления ее, и направления потока жидкости. При вращении долота нижний конец гибкой насадки совершает сложное движение относительно долота.

2. Гибкая насадка, выполненная концентрично, крепится верхним концом к корпусу долота. В нижнем ее конце устанавливаются насадка и груз, выполненный в виде втулки.

При вращении долота груз оказывает дополнительное отклоняющее усилие на гибкую насадку.

3. Гибкая насадка, выполненная разностопной по сечений, крепится верхним концом к корпусу долота. При проховдении жидкости через нее возникает дополнительная отклоняющая сила из-за : разности внутренних напряжений в самой насадке.

Гибкая насадке, закрепленная верхним концом в корпусе долота, представляет собой концентричный гибкий патрубок. К нижнему концу ее крепится эксцентрично насадка,

При прохождении кидкости через насадку на нижний конец гибкой насадки будут действовать разные по величине растягивавшие усилия* вызывающие изгиб гибкой насадки, в результата, чего появляется дополнительное отклоняющее усилие на гибкую насадку.

5. Гибкая насадка представляет собой гибкий патрубок, закрепленный верхним концом в корпусе долота. На нижнем конце его устанавливается насадка и груз, выполненный в виде втулки. Причем гибкий патрубок и (иди) насадка выполнены со смещенным центром масс относительно оси^ .

и

При вращении долота появляется дополнительное отклоняющее центробежное усилие на гибкуа насадку.

Также наш были предложены блуждающие жесткие насадки. Следует также отметить, что оти насадки будут работать и как гидроакустические излучатели (вихревые насадки),

1, Насадка представляет собой жесткий патрубок, который устанавливается в корпусе долота с возможностью перемещения его низшего и верхнего' концов относительно долота при помощи шарового парнира. К верхнему концу патрубка жестко прикреплен груз, выполненный в виде сферы. Причем полость патрубка соединяется с наддолотиой полостью тангенциальными каналами.

При прохождении жидкости через насадку последний будет находиться под углом к оси долота под действием силы тяжести и потока жидкости. II в то но время она будет вращаться относительно сесоП оси под действием вращающего момента, образованного силами давления потоков жидкости, поступающих через тангенциальные канала, на внутренние стенки патрубка.

В результате постоянного прижатия груза к стенке переводника и действия вращающего момента на насадку нижний конец патрубка будет вращаться относительно долота» При' этом угол вращения относительно долота будет постоянным.

2. Кесткая насадка отличается от выше описанной насадки тем, что ось груза, выполненного в виде сферы, смещена относительно

с ел патрубка и отношение внутреннего диаметра переводника к диаметру окружности груза, проведенному через точку касания груза с переводником перпендикулярно к прямой, проходящей через центры сферы и шарнирного соединения, на равно целому числу. Все перечисленные дополнительные признаки обеспечивают при вращении насадки в полости долота постоянное изменение угла ее наклона в

определенном диапазоне относительно оси долота.

Б этой работе решено экспериментально изучить промывку долота, снабженного концентричной гибкой насадкой.

В третьем разделе проведено обоснование параметров экспериментальной установки дня изучения долота с центральной блуждающей промывкой, которая должна воспроизводить основные условия, имеющие место на забое сквазшш. Поэтому ми предусматриваем проводить исследования на долотах диаметром 215,3 ¡да» В качества промывочного агента выбрана вода. Предусматривается проведение экспериментов при расхода вода в пределах 0,02'} • •■> 0,032 м3/о. С учетом рекомендации Н.МЛжалилова и Л.Э.Кулиева, размеров долота, расходов промывочной жидкости и температуры в скважине гибкая насадка изготавливается из отрезка паропроводного рукава ПАР-2 [х] -32 }с 56 ГОСТ 18698-79 с диаметром проходного сечения 32 мм и длиной 275 мм.

Экспериментальная установка создана на основе бурового станка ЗИФ-1200. Она сострит из основания, тс которому присоединена при помощи шпилек и гаек прозрачная камера» позволяющая вести визуальное 'наблюдение' за поведением гибкой насадки. Внутрь прозрачной камеры с диаметром 219 мм помещается шарошечное долото с центральной блукдащей промывкой диаметром 215,9 мм.

Циркуляция воды осуществляется центробежным насосом ЦНС-105-249, который позволяет регулировать производительность от О до Э2-КГ3 м3/с. .

' При исследовании-долота с центральной блуждающей промывкой предусматривается создание избыточного давления в рабочей камере до 0,25 МПа с тем, чтобы предотвратить кавитации.

В днище рабочей камеры имеются отверстия с шагом 15 мм, которые позволяют вводить измерительные средства в призабойную зо-

ну шарошечного долота.

Для изучения характера колебания гибкой насадки используется электромагнитный преобразователь, устакявленный в долоте. Электромагнитный преобразователь (датчик перемещения) включает стальное кольцо, закрепленное иа ¿пишем конце гибкой насадки, и ферромагнитные сердечники о обмотками, установленные в бронзовые втулки. Последние размещаются в отверстиях лап шарошечного долота и закрепляются при помощи винтов. Причем внутренняя полость втулки заливается эпоксидной смолой, что предотвращав доступ вода э обмотки катуаек.

Для измерения давления воды на забое и в рабочей камере используется датчик давления "Сапфир" Д 2,5 А.

Электрические сигналы, поступающие от датчиков перемещения . и давления,усиливаются и записываются на фотобумаге при помощи светолучевого осциллографа Н(Ш УЧ.2.

" Четвертый раздел посвящен 'методике экспериментальных исследований.

Долото с установленными датчиками перемещения наворачивается на шпиндель буровой установки и устанавливается в рабочей камере, после чего запускается насос и записывается при помощи осциллографа движение нижнего конца гибкой насадки в полости долота.

Записи на фотобумага проводятся при расходе воды 24 ... ... 32 л/с.

На втором этапе исследования изучается изменение гидродинамического давления в призабойной зоне долота с гибкой насадкой в зависимости от местоположения нижнего конца насадки относительно долота.

За гидродинамическое давление в рабочей камере нами было

принято давление води, оказываемое на поверхность забоя. За противодавление было принято давление воды, замеряемое в самой рабочей камере.

Для сокращения количества замеров изучалось распределение гидродинамического давления на забое лишь вдоль одного проема долота при расходах вода 30 и 32 л/с. Заморы гидродинамического давления регистрировались на фотобумаге. При этом одновременно велась запиоь с датчиков перемещения.

Третий этап экспериментов посвящен исследованию влияния вращения долота на работу центральной блуждающей промывки. С этой целью напротив первой шарошки долота крепится металлический фиксатор в шпинделю долота буровой установки ЗИ§-1200.'Причем ' фиксатор должен находиться над первой шарошкой долота.

Датчики перемещения, установленные в лапах долота, заменяются металлическими пробками. Затем один из датчиков перемещения устанавливается на расстоянии 4 ... 5 мм от металлического фиксатора и крепится-к верхней планшайбе рабочей камеры. При этом точка замера гидродинамического давления в призабойной зоне должна находиться под проемом первой и второй шарошками долота на расстоянии 90 щ от центра забоя.

Одновременно.записываются сигналы с датчика давления "Сапфир" Д 2,5 Д и с,датчика перемещения при расходе воды 24 л/с и частотах вращения долота 2<>0 и 300 об/мин.

Таким образом, • на' этом этапе изучается изменение гидродина-» иического давления в.периферийной части призабойной зоны вращающегося долота с центральной блундаюией промывкой в зависимости' от угла поворота долота относительно забоя скважины и частоты вращения его.» г

Пятна •раздал посвящен экспериментальным исследованиям до-

лота с центральной блуждаюизй промывкой.

По экспериментальным данным определено движение нижнего . конца гибкой иасадки, установленной в полости неподвижного долота. При прокачке воды с расходом 24 ... 32 л/с через долото нижний конец гибкой насадки отклоняется от оси долота в сторону, противоположную первой шарошке, В этом положении он колеблется с амплитудой 0,5 ... 1,5 мм и частотой в пределах 0,19 ... 12,0 Гц. .....

Результаты исследования показали, что с увеличением расхода воды отклонение нижнего конца гибкой насадки о*г оси долота уменьшается с 7,5 мм до 3,1 км и определяется по формула

I 2826«,?

где д1 - среднее отклонение нижнего конца гибкой насадки, им;

V - скорость течения воды в насадке, м/с.

Это происходит вследствие того, что с увеличением скорости истечения воды из насадки степень влияния потоков, отраженных от поверхностей шарошек и лап долота, забоя скважины, на гибкую насадку уменьшается по сравнении с силой реакции струи воды в самой насадке.

Для увеличения амплитуды колебания нижнего конца гибкой насадки нами был предложен откдонитель, выполненный в виде сегмента. Отклонитоль устанавливается над гибкой насадкой. Причем он располагается на гибкой насадке со стороны первой шарошки. Таким образом, при прохождении жидкости через насадку в ней возникает отклоняющая сила, направленная в сторону первой иароики. Под действием этой силы нижний конец гибкой насадки отклоняется в сторону первой шарошки, но как только он набежит на поверхность первой шарошки, его отклонит в противоположную сторону вследствие действия отраженного потока воды от первой шарошки, В даль-

нейшем движение нижнего конца насадки Судет повторяться.

По результатам визуальных наблюдений был выбран отклонитель

о

с площадью перекрытия 82,19 мм, который обеспечивает колебание нижнего конца гибкой насадки при расходе воды 24 л/с,

По результатам экспериментальных исследований неподвижного долота были определены амплитуда и частота колебания нижнего конца гибкой насадки и траектория движения его при расходе воды 30 л/с. Частота колебания нижнего конца насадки лежит в пределах 1,33 ... 1,53 Гц, а амплитуда колебания его составила 15 мм.

Отметим, что при исследовании гидродинамики в призабойной зоне скважины для исключения высокочастотных колебаний давления, вызванных турбулентностью потока, производилось усреднение значении давления в интервалах 0;02 .с.

На втором этапе исследований изучалось влияние отклонения нижнего конца гибкой насадки, установленной в неподвижном долоте, на изменение гидродинамического давления воды.вдоль забоя под проемом долота между второй и третьей шарошками при расходе 32 л/с.

. Для сравнительного анализа было изучено изменение гидродинамического давления вода вдоль забоя, под про.емом долота с жесткой насадкой, расположенным между второй и третьей шарошками. Причем размеры жесткой насадки соответствовали размерам гибкой насадки.

Результаты исследований показали, что характер изменения гидродинамического давления вдоль забоя Под гибкой насадкой аналогичен характеру изменения гидродинамического давления вдоль забоя в призабойной зоне долота с жесткой насадкой.

Однако надо отметить, .что интенсивность падения гидродинамического давления в периферийной части забоя у долота с гибкой насадкой выше, чем у долот с жесткой насадкой. Из этого следует,

что скорость течения воды в этой части забоя у долота с гибкой насадкой выше, чем у долота с жесткой насадкой. Таким образом^ в этой части забоя условия очистки от .выбуренной породй'для'долота с гибкой насадкой лучше. Также, надо .отметить,, что- колебание нижней части гибкой.насадки не существенно, влияет на изменение гидродинамического давления вдоль забоя под гибкой насадкой.

Для изучения влияния колебания нижнего конца гибкой насадки с отклонитёлем на процесс очистки забоя от шлама била.выбрана точка на забое, расположенная на расстоянии 90 мм от центра забоя между первой и второй шарошками долота; Результаты исследования показали, что амплитуда колебания гидродинамического давле— .нпя составила 0,034 Ща.Из этого следует, что в периферийной части призабойной зона невращаюяёгося долота скорость движения веда изменяется в зависимости от положения .нижнего-конца гибкой насадки относительно долота. Следовательно, в таком случае устра* •няатся застойные зоны в призабойной зоне'долота, что улучшает очистку забоя и предупреждает образование сальников, '

Па третьем этапе исследований изучалось влияние вращения . долота с центральной блуждающей промывкой на очистку забоя. .

Для сравнительной оценки эффективности очистки забоя были проведены эксперименты как с долотом с гибкой насадкой, так и с

I . - , - - -

долотом с жесткой насадкой. При этом частота вращения долота составляла 240 об/мин и расход воды через нее - 24 л/с.

По результатам исследований били построены кривые ( см. рис. I, кривые I и 2 ) изменения гидродинамического давления на забое в точке,расположенной на расстоянии 90 мм от центра забоя, в зависимости от положения долота относительно забоя.

Изменение гидродинамического давления на забое "г = 90 мм С 0 «24 л/с, По = 2'Ю об/мин )

в точке

Рд - гидродинамическое давление;

- угол поворота долота С проема, расположенного между первой и второй шарошками ); I - долото с гибкой насадкой; 2 - до-лото с жесткой насадкой. ■ '' . 1

рис. I

Таким образом, из рис. X видно, что при идентичных режимах ( 0 * 24 л/с, Пд = 2Ю об/мин ) максимальная амплитуда колебания гидродинамического давления в периферийной части забоя скважины С1 = 90 мм ) у долота с гибкой насадкой составила 0,033 МПа, а у долота с жесткой насадкой - 0.013 МПа. Максимальная разность гидродинамических давлений, зафиксированных в момент прохождения точки замера проемом долота, расположенным между первой и второй шарошками, у долот с гибкой насадкой достигает 0,003 МПа,

а у долот с жесткой насадкой- 0,004 МПа. Общий вид кривых I и 2 С рис. I ) изменения гидродинамического давления на забое скважины в засимости от угла поворота долота отличается друг от друга.

Из изложенного следует, что во вращающемся долоте с гибкой насадкой под действием центробежной и Кориолисовой сил инерции, силы реакции в самой насадке и силы от действия отраженных потоков от поверхностей шарошек, лап и забоя нижний конец гибкой насадки будет описывать сложное движение. В результате этого струя жидкости будет направляться то на забой между шарошками, то на ■ поверхность шарошек, что обеспечит исчезновение застойных зон, улучшеннув очистку забоя и поверхности шароиак от выбуренной породы.

На этом этапе исследований также изучалось влияние вращения долота с гибкой насадкой с отклонителен,на гидродинамическое 'давление. При этом частота вращения долота составляла 2ОД об/мин и 300 об/мин при расходе воды через нее 24 л/с.

По результатам исследований были построены кривые С см. рис. 2 ) изменения гидродинамического давления в точке на забое, расположенной на расстоянии 90 мм от центра забоя, в зависимости от угла поворота долота относительно забоя.

Из графиков видно С рис. 2 ), что характеры изменения ¡кривых I и 2 почти не отличаются. Однако надо отметить, что максимальное колебание амплитуды в точке замера увеличивается ш 0,01 МПа в призабойной зоне Долота с увеличением частоты вращения долота с 2ВД об/мин до 300 об/мии.

Из сравнения кривых I С на рис. I и 2 ) видно, что при одинаковых режимах работы долота с гибкой насадкой и долота с гибкой насадкой с отклонителем ( О с 24 л/с, п^ = 240 об/мин ) мак-

сийальная амплитуда колебания гадроддаамичаокрЕО давления на забое больше на 0,012 ВДа; у долот с гибкой насадкой с отклонителем по сравнении с долотом о-гибкой насадкой.

Изменение' гадродананичеокого давления на' забое в точке 2, = 90 мм при.расходе водн 0 ■ 24 л/с ( долото & гибкой насадкой о•отклонителем )

Рд - гидродинамическое давление; .

Ц> - угол поворота долота С проема, расположенного между первой и второй шарошками ); I * частота вращения долота 2 ОД об/мин; 2 - частота вращения долота 300 об/мин.

Рис. 2

Таким образом, можно оказать, что установка отклонителей во вращающемся долоте с гибкой насадкой увеличивает амплитуду коле-

бания 1ТИЖН9Г0 конца гибкой насадки относительно, долота и забоя и повышает ее эффективность вследствие увеличения зоны охвата, струей промывочной яидкости поверхностей шарошек и забоя.

В шестом разделе представлены результаты промысловых испытаний шарошечных долот с центральной, блундаюцей промывхой.

. Центральная блувдавцая промывка встраивалась в серийные шарошечные долота.

Промысловые испытания проводились в условиях Туймазтпзкого УБР ПО "Башнефть". Опытные долота были изготовлены на базе се-рийннх долот 295,'ЭТМШ, 215.9ТЗ-ГН Г*-15, 215.9СЗ-ГВ. ' , '

Бурение осуществлялось буровыми установками БУ-75 БрЗ при .производительности-буровых, насосов У8-6МА-2 32 л/с. В качестве промывочной кидкости использовали как техническую воду, так-и . глинистый раствор. При-бурении применяли забойные двигатели ЗТСШ-195, 2ТСМ95.

Внешний осмотр отработанных опытных Долот показал, что основная причина выхода из строя долот - опережающий износ опор по сравнении с износом воорунения. Обобщенные результаты испытания опытных долот показали увеличение механической скорости бурения на 'Й,3 % и проходки на долото - на 15,7 %. Средний экономический эффект на долото составил 239,55 руб. по ценам 1991 года, а общий экономический эффект от применения ЗАО птук долот составил 81,'(50 тыс. руб. Из этого следует, что технико-экономи-чоские показатели подтверждает результаты экспериментальных исследований данной работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВ0,Щ1

I. Известные промывочные системы промывки шарошечных долот несовершенны. Они не обеспечивают качественную очистку забоя от выбуренной породы и эффективное охлаждение поверхностей шарошек

в опор долота одновременно. *

2, Разработано долото с центральной-блуждающей промывкой, представляющее собой долота с гибкой насадкой..

3. Экспериментально исследовано движение нижнего конца гибкой насадки, поля скоростей и давлений промывочной жидкости в при-забойнсй'зоне в зависимости от расхода промывочной жидкости и . частоты вращения долрта.

Максимальное отклонение нижнего конца гибкой насадки с отк-лонителем составляет 15 мм, а частота колебания до 1,53.Гц. при расходе воды 30 л/с через долото.

Предложенная система промывки позволяет постоянно изма-, нять направление движения потока промывочной жидкости относи -тельно долоту и забоя. Вследствие этого струя жидкости, истэка-,. ющей из Гибкой насадки, будет направляться то на забой между шарошками, то на поверхность шарошек, что обеспечивает исчезновение застойных зон, улучшение очистки забоя и поверхности шарошек от выбуреннойпороды.

5. Проведены промысловые испытания 340 долот с центральной блуждающей промывкой, изготовленных на базе серийных долот. Механическая'скорость .бурения.опытными долотами увеличилась на 44,3 %, а проходка на долото - на 15,7 % по сравнению с серийны-• ми долотами. Сумма экономической эффективности составила 81,45 тыс. руб. в ценах 1991 года.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах;

I. Степанов Р.В., Алексеев Л.А., Матюшин П.Н., Акчурин Х.И. Совершенствование промывки долот // Межвуз. научно-темат.сборник "Технология бурения нефтяных и газовых скважин" - Уфа, 1990. - С. 67-72.

2. Степанов Р.В., Гилязов Р.Н, Промысловые испытания долот о центральной блуздавщэй промывкдй' /-/'Цеявуг^ .-ааучно-твмаунч. сборник "Технология бурения нефтянн$;и газо'внх-скваиин", « Уфа, 1990» « С. 13-16.

3. Степанов Р.В., Мзвлптов Н.Р., МатюсгаП П.Н,, Ииба'бв Г.Г. О роли гибкого патрубка з блуйдавцой прсмывКо. // Тез. докл.. Респуб. иаучно-тех., конф.. "Проблемы, нефти и газа". - .Уфа, ^1990. -С. 20.

'4. .Степанов P.B.,'Павлютов М.Р., Матюшин П.Н.,\Щарипов Н.Б. Долото с центральной блузэдапцэй прошвкой // Тез. докл. Мевдуна-род. конф. "Механика горпйх пород при бурении". Грозный,ч1991, « С. 49.

5. Степанов Р.В.,. Матшин В¿П., Матюшин П.Н.' Совершенствование системы промнвкй // Тез. докл. Респуб. научно-тох. конф. "Проблема нефти ц газа". - Уфа, 1991.. - С. 20-21.

6. А. с. 15149Ш_СССР, ШШ1Г22ВГIÖ/ÖäTi^ровое долото'."7

Р.В.Степанов, Б.3.Султансз; A.B.Лягов, Ф.Ф.Йбрагашв,'Р.М.Гадязав. Опубл. I9S9. Бал. ß 38.

7. A.c. I70I888 СССР, МКИ Е 21 В 10/18..Буровое долото. М.Р.Мавлютсв," Р.В.Степанов, Н.Н,Матюшин,''Х.И.Аячурвн. Опубл. 1691. Бюл. й 48.

8. А.о. I788I93 СССР, МКИ Е 21 В 10/08. Буровое долото. Р.Б.Степанов, и.Р.Ыавлютов, П.Н.Матниин, Х.И.Акчурин. Опубл. 1993. Бюл. Л 2.

Соискатель s Р.В.Степано-g

Подписано к печати ¿г . //. вз.

Формат бутлаги 60x84 I/I6. Бумага писчая. Печать офсетная. Печ. листов /. о . Тирая fOO экз. Заказ -/езо

Уфимский нефтяной институт Ротапринт Уфимского нефтяного института

Адрес института и полиграфпредприятия: 450062, Уфа, Космонавтов, I