автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Разработка и совершенствовнаие методов повышения эффективности буровых долот с использованием ЭВМ

НI) ид 2 9 МАЯ 1995

• НАЦИОНАЛЬНАЯ КОРПОРАЦИЯ НЕМЯНОЙ й гАЗОШЛ ПР011ЫП/!Ь:Н!ЮСТ11

" У ЗБЕККЕ'!'ТЕГАЗ "

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "НЕГГЕГАЗНАУКА"

На правах рукоп'лси

ВАУ;ХЕ?А Хздрия гаг-и'овна

УДК й22. 2Ч-. 05;

РАЗРАБОТКА Я СОеЕРЕЕКСТВОВАНИЕ ПОВКЕЕНИЙ

ЭФФЕКТИВНОСТИ БУРОВЫХ ДО/ЮТ С ЧИЕИ ЗЕМ._

Специальность а. 15.10 - Бурение нефтяник и

газовнх 'сквгжин

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

Ташкент

1990

Работа выполнена в Уь-о-кском научно-исследовательском к проектной институте нести и газа (УзбекННПНнеФтеггз!.

Нг/чкыи руководитель: асжтор технических наук

Б. Л. Стеклянор

ооиииалькые оппоненты; яоктор технических наук,

профессор А. А. Абсумахитов

кандидат технических каук с. с. Гозиев

Ведущее предприятий': факультет "Не<?ти и газа"

ТаиГГУ им. А. Р. Беруки.

Занята диссертации состоится " „ч_"А^Ь&ЛЯ^___19?э г.

//, со

б час. ка заседания специализированного совета К.123.01.21 в Узбекском налше-ксследоватеяьскок я проектной институте н£"!ти п газа по адресу:'г. Ташкент, уд. Т. Еевченко, г.

с диссертацией можно ознакомиться в библиотеке V г. С е >3 И к е Ф т е г а з а.

Льтсречерат разослан " _1995 г.

Учо;ид5 секретарь гс*хыг.лизкг-оззлкого совета >

т-зхй^есккг нагк /

Р. Д. Пудзтов

Г/,

V ~

- 5 -

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. В настоящее время в Республике Узбекистан успешное решение проблемы самообеспечения энергоносителями имеет огромное значение. Прежде всего это относится к разведке и добыче углеводородного сырья, что связано с оперативным решением многих технических вопросов при бурении скважин.

Одним из центральных вопросов при этом является вопрос приобретения и рационального использования породоразрушаюшего бурового инструмента, для разбуривания породы с определенными Физико-механическими свойствами, очевидно, эффективным является буровое долото с соответствующими динамическими характеристиками, которые определяются как конструктивными особенностями,. так и режимом его отработки.

Исследования механизма взаимодействия рабочих элементов породоразрушаюшего инструмента позволили в УзбекНИПИнефтегазе построить критерии оценки работоспособности буровых долот на основе аналитической модели, Соотвествие прогнозных оценок по характеру и причинам вых9да из строя буровых долот с показателями отработки в промысловых условиях позволило развивать и углублять решение теоретических и практических задач повышения эффективности буровых

полот в плане совершенствования конструкции и технологии их отра-

V

ботки в заданных геолого-технических условиях на'о-нове указанной модели с использованием ЭВМ.

Вопросы,изложенные в данной диссертационной работе, являясь неотъемлемой частью исследований, которые проводятся в отделе бурения УзбекНИПИнеФтегаза в области породоразрушаюшего бурового инструмента, и логическим завершением, в первом приближении, теории работы долота на деформируемом забое скважины с выходом на разработку автоматизированного каталога буровых долот на базе ариндгаиально новой информации - кинетических критериев оценки

их работоспособности, представляются актуальными как в плане анализа различных конструкций, так и на случай организации производства буровых долот в республике.

Цель работы. Повышение эффективности буровых долот за счет их более рациональной геометрии и выбора типа для бурения скважин в заданных геолого-технических условиях.

основные задаем. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Построение методики автоматизированной подготовки исходных данных для вычисления кинетических характеристик буровых шарошечных долот.

2. Разработка алгоритма и программы вычисления кинетических характеристик вооружения дисково-шарошечнкх долот со смешенными осями вращения шарошек в плане.

3. Разработка алгоритма и программы вычисления кинетических характеристик долот режуше-истираюшего типа для режима врашения. их вокруг двух параллельных осей.

4. Построение аналитической структуры кинетических характеристик и алгоритма их вычисления для шарошечных долот, работающих в режиме роторно-турбинного бурения (РТБ).

5. Построение автоматизированного каталога буровых долот с методикой использования кинетических характеристик для решения оптимизационных задач на базе ПЭБН.

С

о б ш а я методика ¿г с.с а е д о. е а к а- й. Решение поставленных задач осуществлялось- в основном" а& аналитической основе с использованием классических положений Физики и математики. Вариационные задачи решались на основе численных экспериментов с использованием ЭВМ. Промысловые исследования проведены с целью проверки выдвигаемых гипотез, сходимости теоретических еыбодов с практикой, оценки эффективности полученных оптимизационных решении.

Г - 5 -

научная н°о в и з н а. автором выполнены работы по алгоритмизации и составлению программ на ПЭВМ:

- для определения геометрических параметров поверхности забоя скважины дисково-шарошечных долот со смешенными осями вращения шарошек в плане;

- для анализическои модели работы дисково-шарошечных долот;

- для аналитической модели работы долот режуше-истираюшег; типа в режиме врашения вокруг двух параллельных осей;

- для аналитической модели работы шарошечных долот в режиме

РТБ;

- для разработки принципиально новой схемы автоматизированного каталога буровых долот; •

основные з а ш и ш а е м ы е положения;

1. Реальная конгруэнтность вертикально расположенной шарошки в условиях забоя скважины объективно определяет пределы интегрирования путей контакта их вооружения.

2. Алгоритм вычисления кинетических характеристик долот ре-*уше-истирающего типа в режиме врашения их вокруг двух параллельных осей дает реальную возможность изучения работоспособности таких инструментов при различных передаточных отношениях и экснен-гриситетах-

3. Пути контакта зубьев одного венпа шарощ&и в режиме РТБ за один оборот долота не равны по абсолютным величинам и при вы-шелений их значений необходимо выявление цикличности в траектории движения зуба.

ч-. Решения оптимизационных задач на базе Функционирования лтоматизированного каталога буровых долот как в техническом, •ак и в технологическом аспектах более эффективны при наличии инетических паспортов.

Практическая ценность работы.

1. Объяснена динамическая неустойчивость буровых долот на

- б -

забое скважи"ы"

с. Объяснена природа калибрования стенки скважины дисково-парошечным долотом.

3. Обьяснена природа положения мгновенной оси врашения шарошки со смешенной осью врашения в плане.

разработана эффективная, методология решения оптимизационной задачи в области породоразо^таюшего бурового инструмента на базе функционирования автоматизированного каталога буровых долот.

5. Проведены аналитические и численные эксперименты, позволив шие разработать методику построения реальной аналитической структуры удельной объемной работы разрушения при пересечении кольце--вых забоев скважины смежными венцами дискобо-шарошечных долот, долот режуше-истирающего типа в режиме вращения вокруг двух параллельных осей- шарошечных долот в режиме РТБ. что дает возможность целенаправленно решать оптимизационные задачи при проекти-буровых инструментов и режимов их отработки.

Реализация в промышленности.

1. методика вычисления к анализа кинетических характеристик буровых долот с использованием ЭВМ внедрена в СКЕД ПО "КУИбыаеьб'л маш", на Дрогобычском долотном заводе, в CXS НПО "Гидрогеотехкика"

2. разработаны и переданы долотным заводам конкретные рекоме:-дации по совершенствованию геометрии более чем по двадцати типоразмерам буровых долот' с гарантией човытенгя их эффективности.

3. Методики совершенствована буi овых долот с программным обеспечением переданы в отраслевой и Государственный Фонды алгоритмов и программ (ОФАЛ и ГОСФАП).

4. Автоматизированный каталог буровых долот передан и Функи:-снирует в концерне "Газпром", в тресте "Оренбургбургаз", в НПО "Кефтегазнаука".

Апробация работы. Основные результаты диссэг-

тадионной работы докладывались и обсуждались на: заседании секции "Бурение глубоких скважин" Ученого совета СредАзНИИГаза, г. Ташкент, март 1981г.. III Республиканской научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, г.Ташкент, декабрь 1982г., ФПК Ива-но-франковского института нефти и газа, г. Ивано-Франковск, июнь 1953г., XIII творческом семинаре молодых ученых и специалистов мингазпрома. г. Тюмень,май 1987г., Y творческом семинаре молодым ученых и специалистов ВПО "Союзузбекгазпром", г.Бухара, сентябрь i9s-7r. , заседании Ученого совета УзбекНИПИнеФтегаза, декабрь 1392г.

Публикации, основные материалы диссертационной работы опубликованы в 20 научных работах. Из них один обзор и одно авторское свидетельство на изобретение.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы, включающего но наименований, и четырех приложений. Работа изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 29 рисунков и 1 г таблиц.

Автор выражает благодарность руководителю работы, доктору технически» наук Б.л. Стеклянову, а также сотрудникам института

A. И. Ильковскому, Е. Г. Колотаезой. А. г. Колугарю, н. А. Биланенко,

Г. А. Подваркову, ¡0. н. Соколову, А. А. Александрову, н. п. Черепановой,

B. А. Мясниковой за консультации и оказание технической помощи в процессе выполнения работы. *

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В первой главе дан обзор современного состояния вопроса повышения эффективности бурового долота.

Одним из основных критериев эффективности бурения является стоимость метра проходки, который зависит от таких технологических критериев работы бурового долота, как стойкость и проходка.

Ч

следовательно, оценивать эффективность бурового долота можно двояко или по Фактическим значениям указанных величин, или по их прогнозным значениям. Предпочтительной является возможность прогнозирования работоспособности на стадии проектирования и научно-обоснованного выбора их для заданных геолого-технических условий бурения. ;

В этом плане рассмотрены слрдуюшие основные подходы р моде-лировапии работы буровых долот:

- эмпирическое моделирование;

- стахостическое моделирование; *

- аналитическое моделирование;

В разработку 'первых двух подходов моделирования процесса разрушения горной породы значительный вклад внесли такие исследователи, как и. Г. Бингхем. В.С.Федоров. Р. М. Эейгелес и др. Критический анализ этих подходов позволяет, сделать вывод о том, что для научно-обоснованного прогнозирования их использование недостаточно и не У'.егда объективно, так как предполагает в первом случае наличие определенного числа коэффициентов незнания, которые при изменивших ся условиях требуют коррекции, а во втором случае - определенного объема статистической информации, что может быть не всегда достижимо. и поэтому осложняется построение обобщений.

Поэтому нами за основу взят подход к проблеме через построение и функционирование аналитической детерминированной модели.

с

Суть такого подхода заключается в построении аналитических структур критериев оценки работоспособности буровых долот в Форме явных или неявных Функции от параметров триады: долото-порода-энергия. не противоречащих обобщенному критерию.

В этом направлении наиболее Фундаментальными являются исследования Ь. С. Федорова, Г. И. Ианьковского, А. В. Зубарева, Л. В. Назарова, А. ф. Егерева, В. Г. Сократова, В. В. Симонова, Н. М. Бирюкова, Б. С. П< лякова, Т. Г. Аговаавчли. Инн была проделана большая работа в плане

изучения кинематики двгаНЬния зубьев яолот в процессе его сложного движения на забое, разработки методики определения режима вращения шарошек, выработки структур критериев работоспособности инструмента. но обшим недостатком в этих исследованиях является то. что решения искались без учета деформируемости забоя скважины. Этот недостаток вгоследствии был устранен исследователями Ташкентской школы, руководимой д. т. н. Б. А. Стекляновым.

В модели этой 1ЛК0ЛЫ аналитические структуры критериев вывезены в Форме явных функций от геометрических параметров бурового полота, определяющих кинематику и соответствующую форму забоя :кважины. Параметры же порода-энергия включены з неявной форме, <ак аргументы Функции глубины погружения зубьев в породу. Критерии оценки работоспособности буровых долот построены з Форме ки-*етических характеристик.

Первый критерий - удельная контактная работа - характеризует этносительную интенсивность износа вооружения по венцам и выражен

з виде ,

А ' = 5. Р-<)<}<) ;п

'де - путь контакта зуба ¿-го венца, мм;

/у - сила сопротивления движению зубьев -го венца .в контакте с породой (принята равной согт=1),н; Отсюда следует, ":то между его обратной величиной и стойкостью юлота можно провести определенную аналогию.

Второй критерий - удельная объемная работа - характеризует тносительную интенсивность разрушения породы по кольцевым области забоя и выражен в виде

I

£ в' 2. с/.- |

" ¿*< * ' ' (2) |

А _ --

V*.

я* путь контакта зуба у-го венца на лс-ом кольцевом

забое скважины, мм,

2- - количество зубьев на ^'-он венде, шт; с/; - количество условных вендов единичной ширины на

а

реальном ^ -ом венде, шт;

А/ - количество венцов рассматриваемой шарошки, шт;

обьем породы, приходящийся на разрушение на к -ом кольцевом забое скважины за один оборот долота,мм; В этом случае просматривается аналогия со скоростью проходки. Кз приведенных Формул видно, что пути контакта зубьев шарошек - части траектории зубьев, приходящиеся на контакт с породой -являются основным параметром при расчетах критериев.

Во второй главе описана методика исследований. Само научное направление - построение и совершенствование методики решения оптимизационных задач на основе детерминированной аналитической модели работы бурового долота - определяет первостепенность аналитических исследований. Это касается всех сторон исследования рабо--

тоспособности буровых долот: от автоматизации подготовки исходных данных до построения алгоритмов вычисления критериев. Они были. проведены на основе классических положений Физики к математики.

При разработке алгоритма подготовки данных унифицированного вида использовались соответствующие геометрические построения.

Построение структур кинетических характеристик для каждого класса колот имеет свои различия, обусловленные конструктивными особенностями. Этим и продиктовано выполнение исследований в плане построения моделей работы инструмента для дискозо-варошечных долот, для долот режэтае-истирашегд типа, для иарсЕечных долот, работающих в режиме роторно-турбинного бурения.

Построения этих моделей основаны на выЕоде параметрических уравнении траектории движения зубьев, исследовании вопросов Формообразований забоя скважины, определении пределов интегрирования путей контактов на соответствующих уровнях или кольцевых областях

- и -

забоя скважины. Без использования электронно-вычислительной техники постановка и решение этих задач невозможны в связи с болы?:н трудоемкостью вычислительных операций, поэтому с целью обеспечения оперативности и надежности последних разработанные алгоритмы реализованы на ЭВМ.

Методику решения оптимизационной задачи, разработанную з институте на основе сравнительного анализа кинетических характеристик, планировалось внедрить путем внесения соответствующей информации о кинетике долота в его технически« паспорт. Сейчас эта задача решена на базе персональных компьютеров в Форме автоматизм:--: -ванного каталога суровых долот с использованием современных систем управления базами данных.

Экспериментальные исследования проводились с целью определения сходимости теоретических еыводое с результатами эксперимента, что является основанием для объективности и эффективности теоретических исследований на основе детерминированного моделирования механики буровых долот на деформируемом забое скважины. Такая работа была проведена на базе трехпароаечных долст, для которых было известно, по литературным источникам, что предельный износ вооружения и опор шарошек носит локальный характер, Об объективности' кинетических критериев можно судить из того, что прогнозные оценки в большинстве совпали с экспериментальными данными. Так преждевременный износ венцов определялся максимыным значением удельной контактной работы, выход опоры одной из смежных шарошек-минимальным значением удельной объемной работы разрушения породы.

Поскольку критерии выведены в Форме явных Функций от геометрических параметров, то методика оптимизационной задачи включает варьирование геометрическими параметрами для обеспечения равномерного распределения внешних усилий на опорные поверхности сиетакх шарошек. Выравнивание величин интенсивности углубки на соотв^ств;- -ших кольцевых забоях скважины позволяет повысить потенциал трех-

- IE -

шарошечных долот. Этого можно достичь приведением в соответствие количества вооружения на смежных шароаках.

в промысловых условиях это было сделано путем среза "лишнего" вооружения. При отработке модернизированных долот подтвердилась гипотеза о возможности запланированной перегрузки между опорами. так если у серийных опережающий износ наблюдается у опоры II шарошки» что согласуется с ?кализом кинетических характеристик тс у модернизированных долот выходит из строя опора III'шарошки. При этом проходка увеличилась на £0х, что говорит о повышении потенциала этих долот.

В третьей главе приведены аналитические исследования механики шарошечных долот.

3 первой части главы рассмотрены вопросы автоматизации подготовки исходных данных, исключающей проведение дополнительных построений со стороны конструкторов, алгоритмы, описывающие зависимости данных рабочих чертежей с данными необходимыми для расчета кинетических характеристик, охватывают конструкции долот со еставными и фрезерованными зубьями. Технология этой операции отлажена и реализована на ЭВМ. что позволило повысить оперативность и надежность проводимых исследований.

В этой же главе изложен вопрос построения алгоритма вычисления кинетических характеристик дисково-шарошечных доле" сс смешен ными осями вращения шарошек в плане, Конструктивной особенностью

v

долот этого класса является то, что шарошка размешена на цапфе в вертикальном положении со смешанной осью врашенил в плане. Уравнения траектории движенья точки J -го венца шарошки получены в виде

■' - ßj Sin tp ~ Sin V cos(<p + У; = Rj C-CSf * Sin V Sin fo

Zj = Zj О-cos r)

где - радиус окр^лности на забое скважины, по которой

О

катится венец, ми; - радиус катящегося венца,мм: у? - угол поворота точки венца этносительно оси долота, град;

^ - угол поворота точки венна относительно оси шарошки, град;

у = ачс£сп (- угол разворота венца аарс/жи, град. к - смешение оси шарошки в плане,мм; Сведя эту систему к однопараметрическои, пользуясь отношени-

, ц^

ем с- -г > которое определяет передаточное отношение аарошки. длк-V

ну той части траектории точки рениа шарошки, которая приходится на контакт с породой, молено выразить Формулой

__

'/]■ + д^ СОЗУ + ■ ¿Спи/ +7); тг2^ с/ч> (

(4)

К,-

где

2 ЪУ^.....

Для определения пределов интегрирования проведены исследования механизма взаимодействия вендов с поверхностью забоя екзахины. Зни показали, что реальную поверхность забоя определяет венец, с;:л-кайший к центру сква ины, а остальные венды выходят на реальную поверхность только в верхнем сечении. Соответственно этим выводам

*

определены тгл группы пределов:

первая характеризует венцы от периферии до калибрующего венпа:

<? с а о

нторая - калибруюдши венед:

3 с- , 9? (б>

у/ = — < V = —1

То /с с> ' у »Уа: 2 '

= ¿2Г- аъссоз (у^, = агссс$(<(- ■

третья венды конической части:

.¿л.,..____(7)

..........5

где " номер калибрующего венца;

¿^ - величина углубки,мм. Для определения передаточного числа С . согласно используемой методике, исходили из того, что работы совершаемые на путях контакта уравновешиваются относительно венца чистого качения. Поэтому поочередно присваивая это качество вендам, начиная с периферий.' расчитываются соответствующие работы.

Передаточное отношение и вычисленные при этом , обеспечи-

о

ваюше условие равновесия, позволяют вычислить удельные контактные работы - критерий относительного абразивного износа вооруже-пиг. - по Формуле (П.

Для составления структуры второго критерия тороиднап часть условно разбита на уровни (п ) и аналитическое выражение для "аельных объемных работ - критерия относительной интенсивности г:глажения забоя сквааашы - найдено з виде:

л"

Т .С' А „ ---—

\ -/ при 0 = 1,2, з. 1/1-2 при' 0 =

/< при л~£

т

Пределы для определения найдены е форме

при п - ■/ w - — 77 - Ч^

oj 4 2 У '

■л — v • atesin ) ■

^ ^ /OZj' >

при -п -g ю у _ ^ ^ ^^atcstnf o^jl) ■

забоя, разбитой на уровни

Формуле (6) для части забоя, разбитой на уровни

,•2 л-.*

„ ^ -

V„

л.

где - радиусы на скважине, определяемые уровнями,мм. 9

Для конической части эта величина расчитывается по Формуле (2), причем

ТЛ frfZjJj eoSft "(12)

v/c - J

По изложенному алгоритму составлена программа расчета кинетических характеристик йля дисковых долот.

Данная разработка была использована при исследовании долот

\

дисково-Фрезерного типа для бурения с двойной колонной: # долота 215,9 , смешение осёй - 2 нм. Анализ результатов позволил пронаблюдать разницу з величинах удельных контактных (А' ) и удель-

л »

ных объемных работ ( /I ), а также в величинах передаточных отношений шарошек и тенденцию их уменьшения и роста. Так с увеличением числа венцоЕ:

- уменьшается величина А тах :

- сужается область нахождения Ат;п, при неизменно:; его величине;

- долото колонкового исполнения имеет кратно большее передаточное число по сравнению с долотом для сплошного бурения, что является Фактором, обуславливающим большую работоспособность. Причем величины А' у такого flofloja меньше, следовательно венцы менее под-

вержены износу, и это при .одинаковой скорости проходки, т. к. a m¿„

почти не меняются.

Что касается динамики дискового долота в зависимости от его диаметра, то поскольку вендом чистого качения, определяющим режим вращения шарошек является, как правило, центральный калибрую-

«

\ши венец, с увеличением его радиуса передаточное отношение имеет тенденцию к уменьшению. Это непосредственно следует из соотношения _ _ ^

¿ ~ г ' (13)

где R - радиус окружности на забое скважины, по которой перекатывается венец чистого качения, мм; t - радиус венца чистого качения, мм. Поэтому можно наблюдать следующую ситуацию: при диаметре долота равном 69 мм ¿'»0.3, а при диаметре равном 295 мм с я 0,05. отсюда, шарошки долота малого диаметра вращаются кратно быстрее, а при бурении долотом большего диаметра зубья венца, калибрующего поверхность забоя, образуют для себя концентрические ниши на поверхности забоя, и шарошки могут потерять скорости врашения вокруг своих осей.

. По нашим расчетам для 0" 215,9 для сплошного бурения с - о, 156, для колонкового с величиной радиуса неперекрываемого центра забоя сважины - 30 мм -¿- 0,421. Нами, в данном случае, рекомендованы трехвенцовые шарошки, конструкторская-документация и, программное средство переданы» заказчику.

В четвертой главе представлены исследования динамики буровых долот с нефиксированной осью вращения, что, как показывает опыт проведения буровых работ, имеет место при определенных условиях.

В этом плане построена аналитическая модель работы долота ре-жуше-истираюшего типа при эксцентричной компановке низа бурильной

колонны. В отличие от моделей для шарошечных долот в данном слу-

*

чае передаточное отношение, равно.как и эксцентриситет задаются.

- 17 - .

Работа долота истиравшего типа определяется врашение'м вокруг двух параллельных осей: неподвижней оси скважины и подвижной оси долота. Уравнения траектории движения точки выведены в Форме

Xj = <£' Sin yo sin (ур ^

Уj = £ coS tj eos (y-v)

где £ - величина эксцентриситета, мм;

Zj - радиус j-го венца инструмента.мм; lp - угол поворота точки венца относительно оси ск:-;ажины, град;

.О «

V - угол поворота точки венда относительно оси л

долота, град.

Эта система сведена ¡.. однопараметрической и определена Фор-

мула для пути контакта точки j -го венца в виде Sj - JJ Л j 5j cos ч>' dv ,

(15)

где

BJ - 4 ¿ 7/ ; s^oo ш = arceos■

á L ¿ * i¿ye "

Искомые критерии расчитываются соответственно по Формулам

;х> и (£). При этом, для определения пределов интегрирования для проанализированы возможные кигейатические схенылересече-

ния венцов с заданными кольцевыми забоями скважины. Енло устаноЕ-*

лено. что различное сочетание параметров вендов и кольцевых забоев определяет ¿5 случаев такого пересечения, в зависимости от которым пределы находятся по одной из Формул

2 £ £

V* ~~ °> =""; ^ = агасс6 '

где

- радиус к-тр кольцевого забоя,мм.

- la -

Объем породы к -го кольцевого забоя скважины, приходящийся на разрушение найдется по Формуле

По данному алгоритму составлена программа расчета кинетичес-

»

ких характеристик дл;. долот режуще-истирашего типа.

На основе аналитических выкладок и вычислительных экспериментов с различными величинами эксцентриситета и передаточного отношения сделаны выводы:

■ - при £■ 0 - абразивный износ рабочих элемент-в пропорционален расстоянию их до оси вращения, поэтому характеризуется крайней неравномерностью;

- при £ t о - относительный абразивный износ вооружения уменьшается с увеличением передаточного числа, причем для ¿-\

и L =0,8 характерен относительный равномерный износ вооружения;

- при I - 1 - совершается совокупность вращений, называемая парой вращений, когда тело совершает вращательное движение вокруг параллельных осей в разные стороны с одинаковыми угловыми скоростями. При этом пути контакта точек , т.е. не зависят от места их положения и равны между собой. Поэтому использование данного способа бурения, когда элементы вооружения, совершая равные пути контакта, будут имеют и равный износ во времени, позволяет повысить ресурс долот режуще-истирающего типа. На способ бурения, основанный на данном выводе получено авторское свидетельство;

е

- удельные объемные работа увеличиваются с увеличением передаточного отношения;

- с уменьшением передаточного числа разность между максимальным и минимальным значениями А"- уменьшается и изменения интенсив ности поражения забоя принимают более равномерный характер;

- наряду с повышением износа вооружения по вендам при уменьшении передаточного отношения набл: дается и уменьшение разности

экстремальных значении.

На основе этих исследований выявлена закономерность затрат мощности от сил сопротивления движению. Использование этой законе-" мерности и принципа наименьшей затраты мощности позволяет решить на научной основе задачу о многогранном Формообразовании сечений вырабатываемых отверстий при бурении и сверлении.

В этой же главе рассмотрены вопросы построения аналитической модели буровых шарошечных долот в режиме роторно-турбинного бурения. Режим роторно-турбинного бурения (РТБ) для шарошечного долота в процессе f0'; работы характеризуется вращением оси лнетрумен-та относительно центра скважины с некоторым смешением или эксцентриситетом и описанием ею в плане некоторой кривой.

Более детальное изучение кинетики указанного режима позволит

ответить на ряд вопросов теоретически о и практического характеров,

о

а также найдет приложение при решении оптимизационных задач разрушения горной породы при бурении скважин большого диаметра и шахт.

Для описания траекторий сложного движения произвольного зуба j -го венца шарЦки долота получена следующая система уравнений:

Xj = -&TS¿rnpo'- Rj S^n (%-y)-ys¿r>vcos(ip0-y

+ y (1-CO&V) Sin (tpo - ft) eos o¿ (16>

y. = PTc-os + f?d eos - Z¿s¿nvs¿n(%-<f-¿>) _ >

- t- O-coSv) S¿n (<po Zj = 7 ■ (■■<-eoS«w) S¿r> Ы.

где

/?т расстояние между осью скважины и осью долота,мм. д ■ - расстояние точки венца в нижнем его положении до

оси долота, мм; 7 ■ - радиус венна,мм;

о

ц/ - угол поворота точки венца относительно оси шарошки, град; *

у - угол поворота точки венца относительно оси

долота, град;

- угол поворота точки венца относительно оси

скважины, град;

у- - угол разворота точки венца,град; л о

с* - угол наклона оси шарошки к оси долота, град.

Эта система сведена к однопаранетрической заменами , ¿ = — .

Формула для пути контакта найдена в виде:

■Sj -J\/j7¿ + Bjeosч> + cj sin v */ejcos -j. * Zj s¿n ~ + (19)

4J. L

°¡

+ Mj C0SVC0S(j- ) +■ rJj S-СЛ V sin( ~ ) a..£)jCoS¿Y ¿»V , где - .

. = (Ш V aosu cos¿-¿) *

+ *t¿ [(¿o -nf - (¿o k-(¿o + /) СО SU fjJ ■

Bj -j^i (y ~kj Qosrj)(¿¿ccosd (¿a Ы)) (¿a n). ; Ъ = (¿° (<?/ - V eosdeosf. ).

N4 = f «>**):

Из анализа траектории такого, движения следует, что за один

оборот вокруг оси'скважины

- г -Д ««V

где

^- номер венда; £ - номер точки контакта; О - число точек контактов. Кинетические характеристики аналогично расчитыЕаются по формулам (1) и

Л

ЭФФективн&сть дальнейших исследований с необходимостью предполагает автоматизацию вычислительных операций, связанных с расчетом искомых критериев при ГТБ и разработкой соответствующих программных средств.

В пятой главе рассмотрены вопросы построения автк-^тизирован-пого каталога буровых долот на базе пэвк.

Целью построения "автоматизированного каталога буровых долот на базе персональных компьютеров является разработка и внедрение методологии решения оптимизационных задач при выборе и рациональ-ной.отработке долоТ в заданных геолого-технических условиях, основанной на использовании кинетических характеристик, как критериев оценки работоспособности буровых долот.

Построение автоматизированного каталога было сопряжено с ре-пением трех основополагающих вопросов:

т

- разработка сервисных программ;

- Формирование необходимых баз данных;

- разработка справочных и инструктивных материалов. Разработка схемы указанного каталога проводилась на основе

информации полученной при исследовании работоспособности буровых долот шарошечного типа на аналитической модели, поэтому в базы данных этой автоматизированной информационной системы включены

следующие компоненты'.

- технические характеристики долота, источником которых являются каталоги буровых долот;

- геометрические параметры долот, источником их служат рабочие чертежи долот;

о

- кинетические'характеристики - расчитываемые параметры;

- графические данные -расчитываемые и данные рабочих чертежей

структура хранимых данных, логика их обработки, информационный поиск и представление на внешних носителях ориентированы на реализацию следующих Функций:

- выдача на внешнее устройство (дисплей, принтер) информации, содержащейся в базе данных каталога;

- возможность модернизации и постоянного пополнения базы данных.

функционирование каталога предполагает режим работы посредством различных меню и обеспечивает:

- выбор типоразмера долота;

- получение технических характеристик долота;

- получение кинетического паспорта долота;

- получение графического представления схемы профиля долота, диаграмм удельных контактных и удельных объемных работ;

- выдачу справочного материала, где дана краткая характеристика критериев и схема решения оптимизационных задач на их основе.

: ч..

На данном этапе база каталога содержит данные 50 Типоразмеров долот. Использование каталога дает возможность объективно оценить преимущества или.их отсутствие у опытных буровых долот, выбрать, при наличии' результатов отработки базового долота для ' заданных условий и режимов, более эффективный тип или конструкцию этого типа долота, составить заказ на гамму долот со сравнительно

. лучшими кинетическими показателями.

»

Каталог разработан на базе'твм типа 1ВМ РС/АТ под управлени-

ем операционной системы- MS DOS. При этом использована система управления базами данных FOX PRO. Математическое обеспечение каталога состоит из модулей системы FOX PRO и специально разработанных программных средств для расчета i* графического представлении критериев.

Таким образом, автоматизированный каталог буговых долот представляет собой компактную, удобную в использовании информационную систему, позволяющую оперативно и эффективно решать оптимизационные задачи в области породоразрушаюшего бурового инструмента на основе объективного анализа и прогноза его работоспособности.

Л .

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

На основе проведенных научно-исследовательских работ представляется возможным сделать следующие выводы:' °

í. Разработанная методика автоматизированной подготовки исходных данных для вычисления кинетических характеристик является в настоящее зрем^неотьемлемой частью в алгоритмах всех основных классов буровых долот, повышает оперативность и надежность соответствующих расчетов.

2. Построен и реализован на ЭВМ алгоритм вычисления кинетических характеристик для дисково-шарошечных долот со смешенными осями вращения шарошек в плане, е cb^sh с чек завершено построение алгоритмов всей гаммы классов существующих конструкций 6у-

я

Р05ЫХ долот шарошечного типа.

с. Построек' и реализован на ЭВМ алгоритм вычисления кинетических характеристик долот режуще-истирающего типа для режима вращения их вокруг двух параллельных осей. Б результата этих исследований стало возможным выйти на получение закономерности затрат мощности от сил сопротивления движению и объяснить природу многогранного Формообразования поперечных сечении скважин при бурении газ-

личными КОНСТРУКЦИЯМИ долот.

4. Разработан алгоритм вычисления кинетических характеристик Суровых шарошечных долот для роторно-турбинного способа бурения.

5. завершено построение автоматизированного каталога буровых долот на оазе ПЭВМ и доказана эффективность его использования при

о

решении оптимизаций! .'.их задач, в частности, при выборе и отработ--ке Суровых долот в заданных геолого-технических условиях.

6. Бее теоретические проработки данной диссертации подтверждены практикой, экспериментом.

7. Рекомендуется широкое использование этих нгукоемких разработок во всех аспектах в области породоразрушаюшего бурового инструмента. .

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

I

1. к исследованию параметров забоя скважины. - Изв. АН УзССР, серия технических наук, 1979Г N 5. с. 81-83. (соавт. Стеклянов Б. Л. , Биланенко Н. А. ).

2. К вопросу автоматизированной подготовки исходных данных. при,вычислении кинетических характеристик шарошечных долот. -Тр. ВНИИЭГазпрома, 1980, с. 72-76.

3. A.C. 883302 (СССР). Способ бурения. - Опуб. в Б. И. . 1981, н (3 (соав. Стеклянов 'Б. л., Поляков Г-. А. , подварков. Г. А. ) • -

4. Пути оптимизации работоспособности бурового долита. -Сб. ВНИКГаз "Вопросы бурения скважин, разведки и разработки газовых месторождений Северного Кавказа и Узбекистана", И. , 1981, с. 91-94.

5. К вопросу работоспособности бурового инструмента режуще-истирающего типа.- Тезисы докладов III республиканской научно-технической конференции, Ташкент, 1982, с. 27-28.

6. Элементы экономической эффективности автоматизированного

»

использования аналитической модели'работы долота.- Кн. "Теория и

практика сооружений эксплуатационных газовых скважин", ВНИЙГаз, Н. , 1983. с. 51-56. (соав. Колугарь А. Г., Стеклянов Б, Л., Биланен-ко Н. А. , Колотаева Е. Г. ).

7. Вычисление кинетических характеристик долот со смешенными осями врашения шарошек в плане. - Программное средство, ГосФАП,

N 11006056, 1963, 38с. /соав. Стеклянсв Б. л., Колугарь А. г. • Колотаева Е. Г., йльковский А. И., Ейланенко Н. А.

8. Вычисление кинетических характеристик долот с Несмещенными осями врашения шарошек в плане. - Программное средство, ГосФАП, Н П007949. 1984^- Збс. {соав. Стеклянов Б. Л, Колугарь А. Г., Колотаева Е. Г., ильковский А. и,, Биланенко н. А. ). „

9. Вычисление радиусов калибрующих венцов. - Программное средство, ГосФАП, N П007948, 19U, 20с. t соав. Стеклянов Б./I. , Марков А, В.. Колугарь А. г., Колотаева Е. г.. илькое:кий а. И.. Биланенко Н. А. ).

10. Особенности кинетики дисковых долот в процессе взаимодействия с забоем. - Тр. ВНИИГаз, 1984, с. 23-30.

11. К вопросу исследования работы вооружения поро^оразрушаю-шего инструментах^ режиме РТБ. - Тезисы докладов IV республиканской конференции, Ташкент, 1984, с. 62.

12. Валиева К. Г. Нетоднка оптимизации конструкций буровых долот, выбора их типов и режимов отработки в заданных геолого-техни-че_ких условиях. - информационный листок, УзНИИНТИ. 1987. (соав. Стеклянов Б. Л.. Биланенко Н. А. ).

13. Некоторые вопросы оптимизации разрушения горной породы при бурении. - Тезисы докладов III регионального совещания по химическим .реактивам, Ташкент. 1990, с. 74-76. (соав. Стеклянов Б. Л., • Соколов Ю. Н. }.

14. Повышение эффективности бурового поюдс разрушающего инструмента. - Обзорная информация, ШШТИхимнеФтьиаш, 1991, 35 с. (соав. Стеклянов Б. Л , Тсргашев А. В.. логинов A.A. , Соколое Ю. Н. ).

15. Некоторые аспекты.функционирования автоматизированного

каталога буровых долот. - издание ИНТЭКа, сборник научных трудов УзбекНИПИнеФтегаза, И., 1992, с. ю-12.

16. Математическая модель работы бурового инструмента в режиме вращения вокруг двух паралллельных осей.-Тезисы докладов рее-' публиканской конференции, ИНСС АН РУ, Ташкент» 1994. с. 64.

о

17. Оценка техник^-экономической эффективности долот различ- . ных Фирм, отработанных на месторождении Кокдумалак. - Сб. УзбекнипинеФтегаза, Ташкент, 1994. с. 29-33. (соав. Соколов О. Н.. Александров А. А. ).

18. Практическая возможность повышения работоспособности трех-шарошечных долот. - Сб. УзбекНИПИнеФтегаза, Ташкент, 1994, с. 33-38. (соав. Александров А. а. . Соколов ю. Н. ).

19. Особенности кинетических характеристик' вооружения шарошечных долот западных Фирм, используемых на месторождении Кокдумалак.

Сб. УзбекНИПИнеФтегаза, Ташкент, 1994, с. 38-40. (соав. Соколов», н., »

Александров а.а. ).

20. О кинетике буровых долот в режиме РТБ. - Сб. УзбекНИПИ^-нефтегаза, Ташкент, 1994, с.'40-46. (соав. , Стеклянов Б. л. ).

- г~ -

с.

К а з к у я иска

Валигза Кадрия Гарифовна

электрон хисоблаш каш-наларидан Фойдаланиб бургклар сакарадорлигини кугарии буйича услубларини ишлаб чи-Каргл2 ва гакониллаштириш.

Диссертаиияда бургиларнинг иилаши буйича турли математик моделлар тузиш ендашувлари урганллган, УзбекНИПИнеФтегазда ту-зилган аналитик моделини такониллашти^ив^а блр катор масалалар-кинг егики хал зтилган. уыинг асосида маълум скнфга тааллукли булган шарошкали ва бошка турли бургиларнинг мни урганилган. Вахснй кокпьютерда бургиларнинг кзталогкни тузиш ва маьлум па-роитларда керакли булган бургилаы асбобларини танлаш, уларнинг ишини такомиллаштиргл! буйича янги услублар баёч этилган.

назарий жидатдан барча турдаги у,ар у,ил айланшл тизимлари-да ишлатилузчи бургилар ишига бахо берувчи кезонларни хксоблаш-ни алгоритклаштиршз хал зтилган ва келажакдаги изланишлар йули белгиланган. Олинган натижаларни амалда кулланиш буйича мисол-лар келтирилган.

o

Annotation Valleva Kadrlya Garifovna

Develorment and improvement of techni-Tae for drill-bit operative efficiency increasing usi..3 PC.

Various mathematical simulation methods of drill-bit operation' have been studied in this worK. Analytical simulating model of UzbeKHIPIneftegas is improved and a number of attendant, mathematical problems is solved. Developed model has been used for investigation of cutter-bit exploitation. Cuttlng-fnctioning bit operation have been studied at rotary-turbodrilling regimes. Using PC data base, method of drill-bit catalogue compilaticn ana technique of optimization problem solution are expounded for improvement and option of drill-bit under required conditions.

AlEorithialzatlon of criteria calculation has been completed in theory aspect for evaluation of all type drill-bit operating capability at different regimes of rotation and further investigations have been considered. Obtained results are presented as examples for Practical use.

■ Подписано x па^ати 02.05.95г. Тираж 100 экз. Объем I л.л, Заказ Типография СК.ТБ с СП "Узгазтехника"