автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Разработка метода выбора типа бурового долота, обеспечивающего эффективное разрушение породы

6 а*

Ч ^ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

НЕФТИ И ГАЗА имени И.М.Губкина

на правах рукопись*

ЗЕВДИЕ БЕДАСО БЕРХАНУ

УДК : 622.24.051.55

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ВЫБОРА ТИПА БУРОВОГО ДОЛОТА ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ЭФФЕКТИВНОЕ РАЗРУШЕНИЕ ПОРОДЫ

Специальность 05Х5Д0 "Бурение нефтяных и газовых скважин **

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

москва 1995

Работа выполнена в Государственной ордена Октябрьской революции и ордена Трудового Красного Знамени Академии нефти и гага имени О. Губкина

Згучкьш руководитель - кандидат технических наук ПадалрщГЮрий Артеьаевич. Сфицальные оппоненты ¡-доктор технических наук,профессор Юнин Евгений Константинович - кандидат технических наук Поздняков Виктор Иванович Ведущее предприятие : - "Волгабурмаш"

Зашдта диссертации состоится .1995 года

"#^'чаеов в аудитории " УЗ/" на заседании Специализированно: совета К.053.27.08 при ГАНГ июни И.М.Губкина

С диссертацией можно ознакомиться б библиотеке ГАНГ имени И.И.Губкина

Автореферат разослан "Л " кШНА 1595 Г.

Ученный секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук, доцент __

• пеллй г

ОБЩАЯ ШШЕРИСША РАБОТУ.

Актуальность темы. Повышение гффекгияоеги ша-

рошечных долот путем улучшения конструкций, качества иаго7С2.1$?ча к обеспечения правильности их эксплуатации имеет первостепенно-значение для дальнейшего рсста скоростей бурения При зтсм кунн? иметь з виду, что зачастую очень трудно получать достоверную информацию о специфике работы долота на забое.

Позыаенвое. требование к породорагрувсщему иаструыенту с точка зрения его производительности и надеянсстк приели к необходимости детального исследования механизма разрушения горных пород к износа вооружения и опор долота.Задача состоит в том, чтобы интенсифицировать первый и замедлить течение второго процесса.От успешности рекения этих задач зависят время бурения сквакины, стоимость метра проходиг и, в значительной степени, предельная глубина проводки скзааин. При этом первостепенное значение имеет правильней выбор типа долота.

Эффективность бурения скважн определяется в первув очередь показателями работы буровых долот.Зти показатели зависят как от -производительности самих долот, так и от соответствия их разбуриваемым породам.В связи с этим задача выбора типа буровых долот, соствететзусзщх геологическому разрезу буряцейся екзалекы, является актуальной.

Цели а залечи исследования. ,

Целью диссертационной работы является разработка метода выбора •типа бурового долота, обеспечивающего эффективное разрушение породы. Для реализации поставленной цели решались следующие основные задачи :

- отыскание методического подхода к ре~ен;ю- задачи выбора нал-

- 2-

г&^ггшйго яша бурового долота;

- раграблка на баге проводках исследований научно обоснован-:-:о:о к;года выбора типа бурового долота, обеспечившего эффективное рагругение породы;

- проверка разработанного метода в промысловых условиях.

Научная новизна.

1) ^казака возможность применения методики расчета кинематических параметров шарошечных долот без смещения осей шарошек для щарощечных долот со смещенными осами.

2) На основании обработки экспериментальных данных показано, что основную роль в процессе разрушения порода и износа вооружения парашек играет окружное скольжение породоразрушаощих элементов.Роль радиального скольжения з указанных процессах но сравнению с окружным несущественна.

Практическая ценность.

Решена вадача достоверного выбора типа долота для конкретных геологических условий на основе анализа величины скольжения вооружения шарошек.

Разработанный метод позволяет сократить время на правильный выбор типа бурового долота, обеспечивающего эффективное разрушение породы и приводит к существенному росту показателей работы долот.

Фактический материал.

При наполнении диссертации использовались показатели работы долот на площадях Западной Сибири и карточки учета работы долот по - скналикам Западной Сибири за 1931 - 1932 г.г.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из ззедения, пяти глаз и закла-чешн.Общий объем работы 191 страница, включая 134 страниц мази-нописного текста, 12 рисуноков, 45 таблиц, и список использованной литературы из 55 наименовании.

СОДЕРШИЕ РАБОТЫ.

Глаза 1. Литературный обзор и постановка задачи исследования. В первой главе приводится краткий анализ развития методоз выбора рационального типа долот с 70-1 годов да настоящего времени.

Основной методикой при выборе рациональных типов и конструкций шарошечных долот является разработанная ЕНИИБТ з 1978 г. "Комплексная методика классификации горных пород геологического разреза, разделение его на характерные пачки пород и выбор рациональных типов и конструкций шарошечных долот для эффективного раз-буривакия нефтяных и газовых месторождений" (РД-39-2-52-78).

При составлении методики выбора рациональным типом долота каждого размера для конкретно рассматриваемых условий является такай тип долотз, который обеспечивает минимальную величину затрат на 1 м. проходки, интегрально учитывающую как величину проходки на долото за рейс и механическр скорость проходки, так и затраты, зависящие от Бремени работы бурсЕой установки, связанные с продолжительностью рейса, а такие стоимость долот.

В этой методике используется информация, полученная при экспериментальных исследованиях, изучение и анализ информации о гео-

логической обстановке на изучаемом месторождении и информация о свойствах горных пород, слагающих геологический разрез рассматриваемого месторождения, разделение месторождения на отдельные блоки, построение прогнозного классификационного геологического pas- , реза месторождения или его'локальных блоков, расчленение геологического разреза ка характерные пачки. "

Определение-прогнозных величин технике-экономических показателей работы выбранных типов и конструкций шарошечных долот дифференцировано для каждой выделенной характерной пачки пород. Разделение рассматриваемого геологического разреза на характерные пачки пород ведется по проектному мелкомасштабное классификационному разрезу (МЕР). Б методике также указывают прогнозируемые показатели работы шарошечных долот. Прогнозированию подлежат следующие показатели работа долот : 1) 'стойкость (продолжительность механического ' бурения шарошечным долотом до отказа или предельного состояния опор шарошек), час; 2) средняя.величина механической скорости проходки, м./час.

Метод прогнозирования стойкости шарошечных долот впервые разработан и реализован лабораторией промышленных исследований и отработки долот ВНИШЗТ.

В основе этого метода положена рабочая гипотеза о том, чте стойкость (долговечность) долот является статически случайной величиной, зависящей от совместного и одновременного влияния бодыгаг( числа конструктивных, технологических/ природных и других взаимозависимых факторов, кащай из которых действует на нескольки: уровнях.

Метод прогнозирования величины механкеекой скорости проходк Еаропечными долота/л рагработан лабораторией исследования фкзи ко-мехзничееккх с20й:ге пород яри участж лаборатории промызгенкы

- 5 -

исследований и отработки долот ВЭДИБТ.

Зтог метод базируется на непосредственном использовании геолого-геофизической информация, а тете информации о работе и износе вооружения долот на основе применения механико-статистического подхода.

В общем эта методика является основополагающей в области выбора рациональных типов и конструкций шарошечных долот и содержит информационное обеспечение и реализацию результатов этих работ.

Несмотря на это, она не учитывает вероятности изменения оптимального типа долота с ростам глубины скваяины. Данная методика не представляет возможности расчета кинематических параметров долог, кроме того, срок ее действия истек уже 10.10.1985 года, как было предусмотрено при ее утверждения Министерством нефтяной промышленности по согласованию с Мингео и Мин-газпромом.

Принципиально отличающейся от рассмотренной методики следует назвать работу Г.Д.Бревдо, относящуюся к проектированию режима бурения .

Б этой работе принимается, что для проектирования оптимального процесса бурения необходимо иметь уравнения, которые с.достаточной степенью приближения описывают зависимости показателей работы долота от технологических факторов.Зти зависимости принято назывзть базовыми, а их совокупность математической модельз показателей работы долота.Базовые зависимости могут представляться аналитическими, графическими и табличными способами.

Далее автор напоминает, что поскольку выбранная математическая модель работы долота включает закономерности изменения интенсивности отдельных процессов, слагающих бурение,то и разделение

ч

разреза следует вести, учитывая указанную интенсивность.

Классифицировать возможные методы разделения разреза, основанные на показаниях интенсивности процессов, слагающих бурение, можно по разным признакам: по виду процесса, в течение которого изучается разрушение горных пород ( показатель Vo), изнашивание вооружения (ф) иди изнашивание опоры долота (ton); по методу экспериментирования, дащему информацию по целым рейсам, участкам рейсов или результатам поисков, по динамике величин параметров режима бурения з течение единичного эксперимента- при постоянных или изменяющиеся параметрах.

В зтой работе были решены вопросы, которые не были решены в методике (РД), а также была оценена вероятность изменения оптимального типа долота с ростом глубины скважины ¡установлены принципы рационального применения долот различных типов в рассматриваемом диапазоне свойств горных Пород с использованием для расчетов всех трех базовых зависимостей показателей работы долота (Yo,?,ton).

Однако в ней тоже не рассмотрен вопрос расчета,кинематических параметров долот, без которых затруднительно корректно решать проблему выбора оптимальных типов долот.

Б.Л.Стеклянов разработал в данной области метод, отличающийся тем, что он дает оценку энергетических возможностей шарошечногс долота на основе кинетической модели работы буровых долот . Abtoj этого метода,проводя анализ исследований поредоразрушвзщего инструмента, показал, что управление процессом разрушения горной- породы при буреншш будет тем аффективнее, чем объективнее функциональные связи триады долото-порода-энергия при построении приняты критериев оценки их работоспособности.Ври рассмотрении общей схе

мы построения детерминированной модели процесса разрушения горной породы необходимость такой связи очевидна.

Для того, чтобы построить теория разрушения горной породы при бурении или теория бурового долота, Б.Л.Стеклянов выразил критерий оценки работоспособности долота в форме функции, явно зависящей от параметров указанной триады,т.е.

К = Г(Д,П,Э)

де К -количественный критерий оценки работоспособности бурового долота;

Д - геометрия и физика-механические свойства элементов и узлов

бурового долота;

П - физико - механические свойства породы;

3 - механические составляющие параметров режимов бурения.

Однако,согласно исследованиям теоретических основ процесса разрушения горной породы при бурении, построение этой функции чрезвычайно слсшо и требует значительных материальных и временных затрат.

Еместе с тем практика показывает, что эффективность бурения :кв'аш по мере более рационального разрунения горной породы постоянно растет,Естественно, интенсивность этого роста во времени «меняется.Отрицательным фактором для этого роста являются ухудеа-щиеся условия разрушения горной породы на забое при увеличении 'лубин нефтяных скважин.Для компенсации этого применяется более гащнсе буровое оборудование и инструмент, совершенствуется технология их эксплуатации. В зависимости от соотношения качественных и шичествекнкх параметров этих факторов определяется интенсивность гаста. эксплуатационных затрат на 1 м проходки. При этом процесс

- В -

совершенствования техники и -технологии проводки ' скважин должен иметь оперекакщие темпы.

Б настоящее гремя вследствие надежной герметизации опоры шарошек долот и применения более совершенной технологии их изготовления наметилась тенденция реличения стойкости буровых долот шарошечного типа, что положительно влияет на эффективность бурозых работ. Однако при этом затруднительно минимизировать функции эксплуатационных затрат без решения многих вопросов,основными из которых являются:

-совершенствование выбора породоразрушащего инструмента для конкретных геолого-технических условий бурения;

-совершенствование технологии отработки буровых долот.

Таким образом, актуарность построения критериев оценки работоспособности буровых долот на теоретической основе с учетом объективного моделирования явлений, происходящих на забое скважины, сохраняется.

Однако и эта методика имеет свои недостатки, поскольку она построена, в частности, на таких допущениях :

- силы сопротивления движению зубьев шарошек в контакте с по ролой по всей поверхности забоя скважины постоянны ;

- скорость вращения зубчатых венцов шарошек можно с досгаточ но большой степенью точности принимать постоянной. •

Кроме такого рода допущении,автор методики, например, утверж дает, что передаточные отношения шарошек, вследствие их вубчатс поверхности, во времени не изменяются и учитывать влияние этой пс верхности при расчетах кинематических характеристик буровых доле не следует.Иначе говоря, рассматриваются долота с глздкокояусны шарошками.

Несмотря на многочисленные попытки разных авторов решить во;

рос о выборе оптимальных конструкций шарошечных долот, до конца проблему так и не удалось решить.В. снязи с этим назрела необходимость создания такой методики выбора шарошечных долот, которая исходила бы из реального процесса образования забойной рейки и Еыте-каощих из этого особенностей взаимодействия шарошек с забоем.

Глаза 2.Б главе описывается анализ исследования механизма разрушения горной породы и взаимодействия рабочих элементов инструментов с поверхностью забоя скважины.

Кинематику буровых долот изучали многие исследователи.Однако до последнего времени кинематическая схема буровых долот ( шарошечного и режуще-истирающего типов) не построена.

Узловыми вопросами при исследовании кинематических схем шарошечных долот являются:

1) построение параметрических уравнений траектории движения зубьев шарошек,

2) определение режима вращения шарошек и анализ механизма взаимодействия зубьев шарошек с породой при использовании полученных уравнений,

3) поиск объективных критериеа оценки работоспособности вооружения шарошек на осноге кинематических параметров долот.

Глаза 3.3 этой глазе рассматривается анализ методик! решения оптимизационных задач.

Методика решения задач оптимизации выбора бурового долога и его отработки в определенных геолого-технических условиях базируется, как правила, на статистике. С этой цельа проведены з большем объеме исследования, разработаны соответствующие метод;:кл и р~-:с-

водяшде документы .

С целью сбора достаточно полного объема информации для статистической обработки и оперативности обратной свяаи был разработан соответствующий паспорт бурового долота. Но, как показала практика, его форма не содержит достаточной и обективной информации, на базе которой можно было бы прогнозировать и осуществлять рациональную отработку долота. Более того, он преследует лила цель сбора материала, т.е. данных об износе бурового долота и режимов его отработки. Конечную же цель - стагобработка данных и Еыдача рекомендаций по применению бурового долота и рациональным режимам бурения - он не выполняет.

Такая практика, оптимизации выбора и отработки буровых долот содержит ряд существенных недостатков, главные из которых следующее :

1) необходимость значительного времени для накопления объективных статистических данных : пока сработает обратная связь - или данная площадь будет разбурена, на что указывал М.Г.Бкнгхем, или изменится модификация долот, или., в конечном счете, бурозая техника в целом;

2) следствие первого недостатка - собранный материал устаревает.

Таим образом, методика оптимизации выбора и отработки буровьп долот на основе статистики вряд ли приемлема.

На основе изложенного мокко утверждать, что для реиекия гада^ по выбору долота и рациональной его отработки необходимо разработать новую методология, которая основывалась бы главным образом к; обективных дэЕЕг2 потенциала породоразрусающкх инструментов. В данном этапе наиболее актуальна и эффективна методика выбора

- и -

типа долот, основанная на их кинематическом расчете.

Такая методика основана на разработанном на кафедре бурения ГАНГ им. И.М.Губкина расчете кинематических параметров буровых шарошечных долот.Суть этой методики заключается а следующем. -

При конструировании буровых шарошечных долот выбирается геометрия шарошек и схема размещеня на них вооружения,как правило, в виде зубцов различной формы.

Конструкция шарошек' определяет кинематику взаимодействия по-родоразрушащих злементоз с забоем, которая диктует степень эффективности процесса бурения и подверженность долота износу.

От особенностей кинематики шарошечного долота зависит значение передаточного отношения шарошек, задающее ту или иную величину скольжения вооружения при разрушении породы.

В настоящее время передаточное отношение шарошек определяется экспериментально путем регистрации частоты вращения долота и шарошек при бурения s стендовых условиях, а также вычисляется, исходя из геометрических размеров шарошки.

Экспериментальное измерение передаточного отношения шарошек представляет интерес с точки зрения оценки его фактического значения, которое на стадии проектирования долота язляется величиной неопределенной. Расчет же передаточного отношения на основе только геометрии шарошек не всегда может дать удовлетворительные резульг таты, поскольку он не учитывает явление образования зубчатой, рейки на забое от воздействия зубцов шарошек на породу.А забойная pete оказывает определяющее влияние на характер кинематики шарошечного долота, эффективность его работы и износ.

Вследствие этого,было принято решение воспользоваться указан-

кой методикой расчета кинематических параметров крошечных долот, исходящей из реального процесса образования заботой рейки (так называемый реечный расчет ), для выбора оптимального в данных условиях бурения типа долота.

Глава 4.В глазе рассматривается исследование кинематики работы шарошечных долот с целью выбора их оптимальных конструкции, соответствующих разбуриваемым породам.

Данная работа посвящена развитию метода реечного расчета кинематических параметров шарошечных долот. При этом владение информацией о кинематике шарошечных долот используется для выбора их оптимальных конструкций.соотнетствущих разбуриваемым породам.

Объектом исследования, результаты которого излагаются в данной работе , являются шарошечные долота,- выпускаемые заводом "ВОЛГА-БУРШ!" по лицензии фирмы Дрессер, следующих типов :Ш 190,5 МС-ГН-Н-64, Ш 190,5 МЗ-ГАУ-К-б1, Ш 190,5 СЗ-ГАУ -Л-Ш, Ш 190,5 СЗ -ГБУ-Н-45 И Ш 190,5 Ы-ГАУ-И-бБ.

4.1 Анализ метода прогнозирования характера взаимодействия трехшарошечных буровых долот с забоем скзакины.

Метод предназначен для определения фактического скольжения породоразрушаюших венцов шарошек как существующих,- так и проектируемых долот. • -

Принцип расчета основан на разработанной на кафедре бурения ГАНГ им И.М.Губкина теории образования отдельных секторов разрушения на забое.количество которых разно числу шарошек долота.

Разработанный метод дает возможность прогнозировать действительный путь с-коль&ения породоразрушаюших элементов шарошек долота

в процессе бурения.Учитывая, что скольжение основных венцоа шарошек подчиняется кинематике периферийных венцов и геометрии конусов шарошек, расчет скольжения основных венцоз сводится к определению удельного их скольжения по общепринятой формуле:

где Б - величина удельного скольжения , ( 7. )

й - радиус траектории движения венца по забою (мм) г - радиус венца, (мм) .

1 - передаточное отношение шарошки

Однако при этом необходимо знать фактическое передаточное отношение шарошек, которое рассчитывается , исходя из теории секторного разрушения забоя.

Как частный случай для долот с одинаковым шагом периферийных зубцоз всех шарошек используется соотношение вида:

де 2 - количество зубьев на периферийном венце каждой из шарошек бурового долота, ( шт )

п.- количество шарошек в буровом долоте, ( шт ) N - целое положительное число;

с! - калибрующий диаметр шарошки по вершинам зубьев на периферийном венце, ■( мм )

О - диаметр бурового шарошечного долота, ( мм ).

Используя формулу (4.2), ' можно найти такое количество зубьев на перифершшых венцах, при котором эти венцы будут перемещаться по забсю в режиме чистого качения.

3 процессе использования рассматриваемой методик! расчета ус-

(4.1)

(4.2)

таназливается'фактическое значение передаточного отношения шарошек серийных долот и удельного скольжения их периферийных и основных венцов.

Спишем процедуру достижения указанной цели в соответствии с основными результата,я работы .

Проведем некоторую схематизации для получения расчетной схемы в соответствии с теорией многосекторного разрушения забоя. Центральным положением этой теории является факт образования каждой шарошкой "своего" сектора разрушения на поверхности забоя.Бзедем в рассмотрение следующие индексы : К = 1,2,3 , где К -порядковый номер шарошки долота и М = 1,2,3, где М - порядковый номер сектора разрушения забоя.Предлагаемая расчетная схема предназначена для трехшарошечных долот, что и формирует область определения индексов К и М.

При перемещении долота по поверхности забоя целесообразно определять местонахождение его шарошек относительно секторов разрушения путем введения двойного индекса (К, 11).Этот двойкой индекс и будет характеризовать положение^ К-ой шарошки относительно Ы-ого сектора на забое.При КК-ая шарошка-находится в "своем", секторе забоя, то есть в той его части, которая накатана данной шарошкой.

При К ^ И К-ая шарошка находится в "чужом" секторе забоя, то есть в той его части, которая накатана одной из двух соседних шарошек.

Выпишем возможные сочетания двойного индекса (К,М), определяющие полотенце шарошек относительно секторов разрушения:

1,1 1,2 1,3

2,1 2,2 2,3

3,1 3,2 2,3

(4.3)

Анализ ¡атр;сз: (4.2)

показывает, что индексы 1,1; 2,2; 3,3

характеризуют такие положения 1-ой, 2-ой, и 3-ей шарошек, при которых они находятся в "своих" секторах с номера!,® 1,2,3, то есть К-М.

Рассмотрим первую строку "матрицы" (4.3).Индексы этой строки определяют положение 1-ой шарошки (К = 1) относительно " своего" сектора разрушения при !£ = 1 и двух "чутах" секторов при И = 2,3.

Индексы второй строки "матрицы" (4.3) отражают положение 2-ой шарошки (К=2) относительно "чужого" сектора разрушения (М»1), "своего" сектора (1Ь2) и вновь "чужого" сектора Ш=3).

По аналогии, индексы 3-ей строки определяют положение 3-ей шарошки (К=3) относительно двух "чужих" секторов разрушения (Ы«1,2) и "сзоего" сектора (МгЗ).

Проведенная схематизация позволит нам в дальнейшем вычислять ряд кинематических параметров, окавыващих существенное влияние на характер взакмодестзия трехшарошечных долот с забоем скважины.

Изложим далее последовательность операций, реализующих расчетную схему нахождения путей скольжения венцов долота.

1 Вычисление передаточного отношения шарошек долота при его качении без проскальзывания проводим по традиционной формуле:

б = # • М

где 1 - передаточное отношение шарошек;

Б - диаметр долота (юл);

й - калибрующий диаметр шарошки ( мм);

2 Сформулируем цикл вычислении кинематических характеристик . долота.Пусть К в 1,2,3 ( как и ранее ) - порядковый номер шарошки и будем менять зтот индекс от 1 до 3 с шагом 1.

3.Вычисление сага" периферийных зубьев К-ой шарошки осущест-

вляем по формуле:

ЯГс/

£

* Жк (4.5)

•к

где I - шаг периферийных зубьев К -ой шарошки , (мм); с1 - калибрующий диаметр шарошки, (мм); 1 - количество периферийных зубьев на К-ой шарошке

долота (шт); 5£ - 3,14 - число.

4. Определим расчетное число лунок забойной рейки, накатанной К-ой шарошкой в "своем" секторе разрушения за 1/3 оборота долота, то есть за период времени необходимый для образования "своего" сектора каждой из шарошек долота:

2 =

3 (4.6)

где Ърс количество лунок забойной рейки в "своем" секторе разрушения К-ой шарошки, (шт);

Введем понятие расчетного числа лунок ( I ■ рейки.от данной шарошки за один оборот долота:

I • ¿г* =

(4.7)

где -г целая часть от произведения и Лк~ дробная часть этого произведения. 5.Опреации по разделению на целую и дробную части расчетного числа лунок забойной рейки осуществим по формуле

~ Л/К + Ак

(4.8)

Мс =

где /V* = - целая часть;

А - .- дробная часть.

к 3 \ ■ 6. В используемой методике расчета установлен факт влияния ве-

личины на режим движения шарошек долота. Поэтому введем критерии для определения ситуации, когда шарошка перекатывается по забою ускоренно или с замедлением.

Случаи ускоренного движения шарошки вытекает'из условия:

< ¿и < /

' (4.9)

а ее замедленного движения из условия:

О < Лк < ** (4.10)

где сС - некоторая постоянная величина, 'подлежащая определению зксперементальным путем;

7.Найдем фактическое число лунок рейки в каждом из трех секторов разрушения.В зависимости от характера движения шарошки в соответствии с критериями (4.9,10) возможны два варианта:.

V/(4.11) при выполнении условия (4.9), то есть при ускоренном движении шарошки;

и ¿Грх = Ме (4.12)

при выполнении условия (4.10), то есть при замедленном движении шарошки.

8. В предыдущем пункте найдено фактическое число лунок забойной рейки в каждом секторе разрушения.Просуммировав по индексу К, получим фактическое число лунок рейки на забое:

' Лу/ = I ¿г'х (4.13) ~

9. Еведем ряд определений, необходимых для дальнейшего хода рассуждений.

Пусть каждая шарошка начинает накатывать на забое "свой" сектор, опираясь на один зуб периферийного Еенца, и кроме того, пусть

профиль рейки, образуемый данным долотом, не зависит от механических свойств и состояния поверхности горной породы, а определяется только конструкцией шарошек и всегда имеет одно и то же количество лунок.

Забойную рейку, рассматриваемую при указанных допущениях,назовем конструктивной.

Опустив сделанные выше допущения, рассмотрим образование не конструктивной , а реальной забойной рейки в процессе бурения, которую назовем технологической.

Отличие введенных определений заключается в учете реальных условий работы буровых долот.

Шарошки в момент, когда они начинают касаться забоя периферийными венцами, контактируют такие и зубьями основных векцоз.Фактически в начальный момент формирования забойной рейки периферийными венцами каждая из шарошек мсжет произвольно опираться как на один, так и на два периферийных зуба.Если, например, дробные части расчетного числа лунок рейки каких-либо двух смежных секторов в суше равны 1 или близки к 1, ив начале формирования рейки одна из шарошек опирается на один периферийный зуб, а следующая по ходу вращения долота шарошка имеет деэ контактных зуба, то фактическое число лунок технологической рейки будет больше конструктивного на 1.

Установлено, что количество основных вариантов технологической рейки зависит от возможных сочетаний положений контактирующих зубьев шарошек и равно 6.

Следовательно, необходимо рассмотреть шесть возможных значений фактического числа лунок рейки и выбрать наиболее вероятный вариант формирования технологической рейки.

10. Фактическое количество лунок рейки в зависимости от числа контактирующих с забоем зубьев каждой шарошки может быть найдено из соотношений:

у а ^

- з

™ ./ ) . (4.14)

^п 3

(I

4 А^Г __

лрч ! - б

где 3 = 1,6- индекс, определяющий порядковый номер варианта "

контакта зубьев долота с забоем.

Таким образом,' мы получили последовательность : —?

возможных фактических чисел лунок забойной рейки.

/

Разделам полученное значения на целую и дробную части: = Л/-*~ 1- л* (4.15)

где ДА - целая часть; А^ ~ дробная часть

/ = 1,6 V

Если о ^ д/* с с< , то фактическое число лунок на

забое /V- = (4.16)

Если с*.,< лГ<: / I то фактическое число лунок на

<->> г. забое » д^-

Критерий (4.16) предоставляет возможность получить 6 значений возможного числа лунок забойной рейки:Л^ А^Л^

Далее определим вероятность образования забойной рейки с числом лунок Л^С/ - У, 6 ^ .Для этого необходимо подсчитать количество забойных реек с одинаковым числом лунок для каждой из ша-

рошек долота.

Обозначим зто число через ,где ^ =1,2... -порядковый номер возможного события.

Тогда вероятность образования рейки с данным количеством лунок определится так: ^

Л = Чг (4-17)

где М = 6. ^ ~

Предположим, что нам удалось из набора £ М .....^^ выбрать наиболее вероятное значение числа лунок забойной рейки

/V"

.Проиллюстрируем зто примером: /Уу /Уг »тогда Ик =2 //2 .тогда А* =3

- не совпадает ни с одним из А/] ¿б) ^ тогда Ас=1

Следовательно,

а/- /Й -М = , так как вероятность

возникновения такого события Рг. = , то есть максимальна. /

Если ¿<р=Л/ , то в качестве фактического числа лунок забойной ' / рейки оставляем ¿р (см. п.1.8)

Если же ¿у ф // _,то в качестве фактического числа лунок

забойной рейки берем А/ -наиболее вероятное значение числа

лунок забойной рейки. _

И.В случае,'когда ¿Г^ Ф /V .находим наиболее вероятные

значения передаточных отношений шарошек Сек. .полагая, что

Й

¿-6* = г=г (4.13)

= й : - я

где К г 1,2,3.

Значения скольжения основных венцов шарошек долота получаем по формуле (4.1) при ¿=1вк для каждой из шарошек при изменении

радиуса долота

о; <>.£■&]

12. Когда Л/ »вькксляем значения действительных пе

редаточных отношений каждой шарошки при перекатывании по "своему"

_ или "чужим" секторам разрушения.Для этого полагаем сначала К=1 ,а

индекс и. меняем от 1 до 3 с шагом 1.

■3

~ г,

Затем полагаем К=2 и снова меняем индекс М от 1 до 3 и вычисляем:

Наконец, при Е=3 имеем:

3

г

г

где

3 ¿¿РА! ¿-л, л - ^

Таким образом, мы получим девять значений действительных передаточных отношений ; при К=М шарошка перекатывается по "своему" сектору, а при К / и - по "чужому".

. В ош,ем виде ата процедура реализуется по формуле: - ¿¿р"!

где индекс К принимает одно из значений 1,2,3, а индекс М меняется в зто время от 1 до 3.

13. Переходим к нахождении пути скольжения периферийных венцов шарошек долота.Сначала рассматриваем движение шарошек по "своим" секторам (К=М) .3 этом случае величина пути скольжения о г.-

ределяется по.формуле:

где t к - шаг периферийных зубьев Х-ой шарошки, (мм) ( см.п. 3);

Л At - параметр, который при ускоренном движении шарошки определяется по формуле:

= Я^ -лС' -/

а при замедленном движении шарошки по формуле: Лл\ = ~~ Л/к здесь (К=М).

При К ф М, то есть при движении шарошки по "чужим" секторам величина пути скольжения определяется по формуле:

^ I {4.21)

14.Суммарный путь действительного скольжения периферийного венца К-ой шарошки за один оборот долота находим из соотношения:

Szk =/ SKiJ I &J+/ SK.Z I (4.22) 15.0преде&ем удельное скольжение периферийных венцов шарошек: О ^ ' _

' 0 (4.23)

Описанный'метод положен в основу алгоритма программы для ПЭВМ, реализующий приведенную расчетную схему.С помощью этой программы произведен расчет скольжения исследуемых долот :Ш 190,5 MC-FH-R-64, EI 190,5 МЗ-ГАУ-й-61, Ш 1SQ,5 СЗ-ГАУ -Р-27Ы, Ш 190,5 СЗ

- 23 -

-ГНУ-й-46 И Ш 190,5 M-rAJT-R-65.

Глава 5.Рассматривается анализ долот при бурении скважин в Западной Сибири и выдача рекомендаций по выбору оптимального типа-долота.

Анализ работа долот при бурении скважин на площадях Западной Сибири проводился по результатам их отработки в 1990 - 1991 гг.,а также в 1992 г. в Сургутской и Восточно-Сургутской НГРЭ концерна "Тюменьгеология".

Проанализированы показатели работы следующих типоразмеров долот: Ш295,ЗМС-ГВ-2, Ш295,ЗСЗ-ГЗ, Ш269,9М-ГВ-1, Ш190,5М-ГВ-1, Ш190,5Ш-ГВ, Ш190.5С-ЦВ-1, Ш 190,5С-ГВ-1, Ш190,5СЗ-ГВ-1, Ш190.5 M-rB-R-22, ¡11190,5 М-ГАУ-К-65, Ш190,5 MC-TH-R-64, Ш190,5 Ш-ГАУ-Н-51, Ш190,5 СЗ-ГН7-Я-46, Ш190.5 СЗ-ГАУ-Р-27М, Ш90.5 C-FHy-R-55, которые отрабатывались ка площадях:

Перевальная (ска. 45, 97, 125, 130, 136, 137, 223, 606, 701), Имилорская (скз. 102, 513, 523, 528, 532, 539, 541, 549, 599), Лу-кьявинская (ска. 545, 554, 555, 537),Кечимовская (скв. 53, 55, 58, 61, 138, 139, Î48, 152), Юрьевская (скв.5, 6, 8, 10, 11, 14, 15), Кошшорская (скв. 95, 96, 99, 187, 189, 191, 193, 194, 197, 198, 204),Асомкинская (скз. 801, 805, 805, 807, 820) и др.

Анализ зффектизности работы долот показал, что оптимальными типоразмерами долот на площадях"Сургутской и Восточно-Сургутской

НГРЭ являются:

Интервал бурения, м Оптимальный тип долота

0-500 (глины, алевролиты) 111269,9 Ы-ГВ-1 1П295,3 Ы-ГВ-1

500 - 1150 (глины, аргиллиты,алевролиты) Ш190,5 Ы-ГН-К-22

1150 - 2200 (глины, аргиллиты,алевролиты) Ш180.5 Ш-ГВ

2200 - 3200 (глины, аргиллиты,алевролиты) 1130,5 ы-гн-и-гг 111190,5 С-ГНУ-К-55

Если же исходить из проведенного кинематического анализа долот, то а качестве рекомендуемых можно назвать следующие типораз меры долот:

Интервал бурения, м Оптимальный тип долота

500 - 1150 1130,5 ЫС-ГН-!?-64

1150 - 2200 111190,5 СЗ-ГАУ-И-27 М ИЗО,5 СЗ-ГНУ-1?-46

2200 - 3200 Ш150,5 Ю-ГАУ-й-б!

Естественно, при увеличении количества исследуемых долог рекомендации по выбору оптимальных их типравмеров на основе кинематического анализа могут быть скорректированы.

Эта коррекция была произведена на основе анализа отработки долот при бурении разведочных скважин в Сургутской и Восточно-Сургутской НГРЗ концерна "Тюменьгеология" в течение 1592 года.

Анализ показателей работы долота , сопряженный с кинематическим анализом конструкции долот, позволил сделать вывод, что для бурения скважин в указанных нефтегазоразведочных экспедициях необходимо использовать следующие типы долот в интервалах бурения диаметром 190мм:

500-1150 м(люлиноворская,талищая,ганькинская, березовская свиты,представленные глинами) - Ш190.5 МС-ГН-Е-64;

1150 - 2200 м(покурская, алымская, вартовская свиты, представленные песчанниками и алевролитами) - Ш190,5 СЗ-ГАУ-Н-27М;

2200 - 3200 м(мегионская, баженовская, георгиевская, васю-ганская,тюменская свиты, представленные глинами, аргиллитами, песчанниками) - Ш190.5 МЗ-ГАУ-1?-61.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ВЫВОДЫ

1) Решена одна из задач повышения эффективности бурения скважин трехыарошечными долотами на основе изучения процесса разрушения породы в зависимсти от кинематических характеристик долот.

2) Разработан метод выбора типа бурового шарошечного долота, обеспечивающего эффективное разрушене породы при бурении скважин, основанный на расчете кинематических параметров долот .

3) Зксперементальными исследованиями подтверждена достоверность метода расчета кинематических параметров трехшарошечных долот, позволяющего прогнозировать породоразрушаюшую способность конкретных моделей долот.

4) Разработанный метод прошел промысловую прсшерку на площадях Западной Сибири и показал возможность повышения эффективности проводки скважин аа счет адекватного подбора долот разбуриваемым породам.

5) Использование разработанной методики в промысловой практике позволяет прогнозировать показатели работы долот разных типоразмеров с достаточной для выбора оптимального типа точностью.

6) Разработана методика оперативного выбора оптимального типа долота, апробация которой . в промысловых условиях подтвердила ее работоспособность и эффективность.