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

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ВЫБОРА ТИПА БУРОВОГО ДОЛОТА ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО ЭФФЕКТИВНОЕ РАЗРУШЕНИЕ ПОРОДЫ

Специальность 051510 "Бурение нефтяных и газовых схважхш м

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 199,5

Работа выполнена в Государственной ордена Октябрьской революции и ордена Трудового Красного Знамени Академии нефти и газа имени И.М.Губкина

Научный руководитель - кандидат технических наук Пзладенко Юрш Артемьевич. Офйцвльные оппоненты ¡-доктор технических наук,профессор Юнин Евгений Константинович - кандидат технических наук Поздняков Виктор Иванович Ведущее предприятие : - "Волгабурмаш"

Защита диссертации состоится "/О 1995 года в

часов в аудитории "УЗ/" на заседании Специализированного совета К.053.27.0В при ГАНГ имени И.М.Губкина

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГАНГ имени И.М.Губкина

Автореферат разослан ■■#3 «цмНЛ 1995 I

Ученный секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук, доцент ,____

сшгий А.О.

ОБЩ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ.

Актуальность теш. Повышение эффективности исполугова^ия шарошечных долот путем улучшения конструкции, качзстза изготовления и обеспечения правильности их эксплуатации шее? первостепенное значение для дальнейшего роста скоростей бурения При этом н/лно иметь в виду, что зачастую очень трудно получить достоверную информацию о специфике работа долота на аабсе.

Повышенное.требование к породоразрушающему инструменту с точки зрения его производительности и надежности приели к необходимости детального исследования механизма разрушения горных пород и износа вооружения и опор долота.Задача-состоит в том, чтобы интенсифицировать первый и замедлить течение зторого процесса.От успешности решения этих задач зависят время бурения скважины, стоимость метра проходки и, в значительной степени, предельная глубина'проводки скваяин. При этом первостепенное значение имеет правильней выбор типа долота.

Эффективность бурения скважин определяется в первую очередь показателями работы бурозых долот.Зти показатели зависят как от производительности самих долот, так и от соответствия их разбуриваемым порода;.!.3 связи с этим задача выбора типа буровых долот, соответствующих геологическому разрезу бурящейся скзакекы, является актуальной. .

Дели и задачи 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 релекию задачи выбора нал-

¿"■¿.ег эффективного типа бурового долота;

- разработка ка базе проводимых исследований научно обоснованного метода выбора типа Сурового долота, обеспечивающего эффективное раврушекке породы;

- проверка разработанного метода в промысловых условиях.

Научная новизна.

1) Показана возможность применения методики расчета кинематических параметров шарошечных долот без смещения осей шарошек для крошечных долот со смещенными осями.

2) На основании обработки экспериментальных данных показано, что основную роль в процессе разрушения породы и износа вооружения . шарошек играет окружное скольжение породоразррающих элементов.Роль радиального скольжения в указанных процессах по сравнению с окружным несущественна.

Практическая ценность.

Решена задача достоверного выбора типа долота для конкретных геологических условий на основе анализа величины скольжения воору-иения шарошек.

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

Еактичес кий материал.

При выполнении диссертации использовались показатели работы долот на площадях Западной Сибкри и карточка учета работы долот по - екналикам Западной Скблри ва 1591 - 1332 г.г.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения.Общий объем работы 191 страница, включая 134 страница мази-нописного текста, 12 рисуноков, 45 таблиц, и список использованной литературы из 55 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Глаза 1. Литературный обзор4и постановка задачи исследования. В.первой главе приводится краткий анализ развития методов выбора рационального типа долот с 70-х годов до настоящего времени.

Основной методикой при выборе рациональных типов и конструкций шарошечных долот является разработанная БНИИБТ в 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-буривания нефтяных и газовых месторождений" (РД-39-2-52-78).

При составлении методики выбора рациональным типом_долота каждого размера для конкретно рассматриваемых условий является такой тип долота, который обеспечивает минимальную величину затрат на 1 м. проходки, интегрально учитывающую как величину проходки на долото за рейс и механическую скорость проходки, так и затраты, зависящие от времени работы буревой установки, связанные с продолжительностью рейса, а также стоимость долот.

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

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

Определение прогнозных величин технико-экономических показателей работы выбранных типов и конструкций шарошечных долот дифференцировано для каждой выделенной характерной пачки пород. Разделение рассматриваемого геологического разреза на характерные пачки пород Еедется по проектному мелкомасштабному классификационному разрезу (ИКР). В методике также указывают прогнозируемые показатели работы шарошечных долот. Прогнозированию подлежат следующие показатели работы 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 к реализован лабораторией промышленных исследовании и отработки долот ВНШгБТ.

В основе этого метода положена рабочая гипотеза о том, что стойкость(долговечность) долот является статически случайной величиной, зависящей от совместного и одновременного влияния большого числа конструктивных, технологических, природных и других взаимозависимых факторов, каждый из которых действует на нескольких уровнях.

Кекд прогнозирования величины механической скорости проходки Баргкчньаэ долотам разработан лабораторией кзм-доаанкя физи-ко-шгакдайс-ккх СзОйггь пород зри участии лаборатории промьаиенных

- 5 -

исследований и отработки долот ЕНИИБТ.

Зтот метод базируется на непосредственном использования геолого-геофизической информации, а также информации о работе и износе вооружения долот на основе пршенения 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, ока не'учитывает вероятности изменения оптимального типа долота с ростом глубины скважшы. Данная методика не представляет возможности расчета кинематических параметров долот, кроме того, срок ее действия истек уже 10.10.1985 года, как было предусмотрено при ее утверждении Министерством нефтяной промышленности по согласования с Мингео и Уин-газпромом.

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

В этой работе принимается, что для проектирования оптимального процесса бурения необходимо иметь уравнения, которые с достаточной степенью приближения опис-ываот зависимости показателей работы долота от технологических факторов.Эти зависимости принято называть базовыми, а их совокупность математической моделью 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 \

разреза следует вести, учитывая указанную интенсивность.

Классифицировать возможные методы разделения разреза, основанные на показаниях интенсивности процессов, слагающих буреЕие, можно по разным признака,!.- по виду процесса, в течение которого изучается разрушение горных пород ( показатель Vo), изнашивание воо- -руления (<?) или изнашивание опоры долота (ton); по методу экспериментирования, дающему информацию по целым рейсам, участкам рейсов или результатам поисков, по динамике величин параметров режима бурения в течение единичного эксперимента- при постоянных или изменяющихся 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 сквашш; установлены принципы рационального применения долот различных типов в рассматриваемом диапазоне свойств горных пород с использованием для расчетов всех трех базовых зависимостей показателей работы долота' (Уо,ф,Юп).

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

Б.Л.Стеюянов разработал в данной области метод, отличающийся тем, что он дает оценку энергетических возможностей шарошечного долота на основе кинетической модели работы буровых долот . Автор зтого метода,проводя анализ исследований породоразрушающего инструмента, показал, что управление процессом разрушения горной-породы при буреняии будет тем эффективнее, чем объективнее функциональны; связи триады долото-порода-энергия при построении принятых критериез оценки их работоспособности.При рассмотрении общей схе-

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

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

К=Г(Д,П,Э)

где К -количественный критерий оценки работоспособности бурового . долота;

Д - геометрия и физико-механические свойства элементов и узлов бурового долота;

П - физико - механические свойства породы; Э - механические составляющие параметров режимов бурения. Однако.согласно исследованиям теоретических основ процесса разрушения горной породы при бурении, построение этой функции чрезвычайно сложно и требует значительных материальных и временных затрат.

Еместе с тем практика показывает, что эффективность бурения скважин по мере более рационального разрунения горной породы постоянно растет.Естественно, интенсивность этого роста во времени изменяется.Отрицательным фактором для этого роста являются ухудшающиеся условия разрушения горной породы на забое при увеличении глубин нефтяных скважин.Для компенсации этого применяется более мощнее буровое оборудование и инструмент, совершенствуется технология их эксплуатации. В зависимости от соотношения качественных и количественных параметров этих факторов определяется интенсивность роста эксплуатационных затрат на 1 м проходки. При этом процесс

- в -

совершенствования техники и технологии проводки скважин должен иметь опережающие темпы.

В настоящее время вследствие надежной герметизации опоры шарошек долот и применения более совершенной технологии их изготовления наметилась тенденция реличения стойкости буровых долот шаро- ■ печного типа, что положительно влияет на эффективность буровых работ. Однако при этом затруднительно минимизировать Функцию эксплуатационных затрат без решения^ многих вопросов,основными из которых являются:

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

-совершенствование технологии отработки буровых долот.

Таким образом, актуальность 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 поролон по всей поверхности забоя скважины постоянны ;

- скорость вращения губчатых венцов шарошек можно с достаточно большой степенью точности принимать постоянной. ■

Кроме такого рода допущений,аЕтор методики, например, утверждает, что передаточные отношения шарошек, вследствие их зубчатой поверхности, зо времени не изменяются к учитывать влияние этой поверхности при расчетах кинематических характеристик буровых долот не еледует.Иначе говоря, рассматриваются долота с глгдкокзнускымк шарошками.

Несмотря на многочисленные попытки разных авторов решить воп-

рос о выборе оптимальных конструкций шарошечных долот, до конца проблему так и не удалось решить.В связи с этим назрела необходимость создания такой методики выбора шарошечных долот, которая исходила бы из реального процесса образования заботой рейки и вытекающих 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 вопроса!® при исследовании кинематических схем шарошечных долот являются:

1) построение параметрических уравнений траекторий движения зубьев шарошек,

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

3) поиск объективных критериев оценки работоспособности вооружения шарошек на оснсне кинематических параметров долот.

Глава З.В этой главе рассматривается анализ методики решения оптимизационных задач. ■

Методика решения задач оптимизации выбора бурового долота и его отработки в определенных гэолого-техшкеских условиях базиру-. ется, как правило, на статистике. С этой цельа проведены в большем объеме исследования, разработаны соответствующие методики и ?~-:о-

водящие документы .

С целью сбора достаточно полного объема информации для статистической обработки и оперативности обратной связи 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 лишь цель сбо-" ра материала, т.е. данных об износе бурового долота и режимов его отработки. Конечную же цель - статобработка данных и выдача рекомендаций по применению бурового долота и рациональным режимам бу-реЕия - он не выполняет.

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

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

2) следствие первого недостатка - собранный материал устаревает.

Таким образом, методика оптимизации Еыбора и отработки буровых долот на основе статистики вряд ли приемлема.

На основе изложенного можно утверждать, что для решения задач. по Еыбору долота и рациональной его отработки необходимо разработать новую методологию, которая основывалась бы главным образом на обгктизнкх данных потенциала порсдоразруаащшс инструментов. На данном зтапэ наиболее актуальна и эффективна методика выбора

- 11 -

типа долот, основанная на их кинематическом расчете.

Такая методика основана на разработанном на кафедре бурения ГАНГ им. О.Губкина расчете кинематических параметров буровых шарошечных долот.Суть этой методики заключается в 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-родораэрушаащих элементов 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 бурении в 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 зсегда может дать удовлетворительные результаты, поскольку он не учитывает явление образования зубчатой рейки на забое от воздействия зубцов шарошек на породу.А забойная рейка оказывает определяющее влияние ка характер кинематики шарошечного долота, эффективность его работы и износ.

Вследствие этого,было принято решение воспользоваться указан-

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

Глаза 4.В главе рассматривается исследование кинематики работы шарошечных долот с целью выбора их оптимальных конструкций, 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,соответствующих разбуриваемым породам.

Объектом исследования, результаты которого излагаются в данной работе , являются шарошечше долота,- выпускаемые зазодом "ВОЛГА-БУРМАШ" по лицензии фирмы Дрессер, следующих типов :Ш 190,5 KC-FE-R-64, Ш 190,5 МЗ-ГАУ-К-61, Ш 190,5 СЗ-ГАУ -R-27M, Ш 190,5 СЗ -rEY-R-46 И Ш 190,5 М-ГАУ-И-б5.

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

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 ка забое,количество которых равно числу шарошек долота.

Разработанный кетод д«т возможность прогнозировать действительный путь скольлйнкя породорагрушагащ элементов сарош: долота

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

с =(1^ _ А . юо

° } (4.1)

где 5 - величина удельного скольжения , (1 )

¡? - радиус траектории движения венца по забои (мм) г - радиус венца, (мм) 1 - передаточное отношение шарошки

Однако при атом 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 шаоошек используется соотношение вида:

а ' О (4.2)

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

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

(3 - калибрующий диаметр шарошки по вершина.« зубьез на периферийном венце,•( мм )

Б - диаметр бурового шарошечного долота, ( мм ).

■ Используя формулу (4.2), можно найти такое количество зубьез на периферийных венцах, при котором эти Еенцы будут перемещаться по забса в режиме чистого качения.

В процессе использования рассматриваемой методики расчета ус-

танавливается фактическое значение передаточного отношения шарошек серийных долот и удельного скольжения их периферийны}; и основных Еенцоз.

Спишем процедуру достижения указанной цели в соответствии с основными результатами работы .

Проведем некоторую схематизацию 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.Введем в рассмотрение следующие индексы : К = 1,2,3 , где К -порядковый номер шарошки долота и Ы = 1,2,3, где М - порядковый номер сектора разррения забоя.Предлагаемая расчетная схема предназначена для трехшарошечных долот, что и формирует область определения индексов ^ К и М.

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

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

Еыпишем возможные сочетания двойного индекса (К,И), определяющие положение шарошек относительно секторов разрушения: 1,1 1,2 1,3

2,1 2,2 2,3 ч (4.3)

3,1 3,2 3,3

Аналог матр;цз; (4.3) пскагиваех, 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 номерами 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 М = 1 и двух "чужих" секторов при М = 2,3.

Индексы второй строки "матрицы"- (4.3) отражают положение 2-ой шарошки (К=2) относительно "чужого" сектора разрушения (М-1), "своего" сектора 0&2) и вновь "чужого" сектора (М=3).

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

Проведённая схематизация позволит нам в дальнейшем вычислять ряд кинематических параметров, оказывающих существенное Елияние на характер взаимодестзия трехшарошечных долот с забоем скважины.

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

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

- Й-Ч

где 1 - передаточное отношение шарошек;

Б - диаметр долота (мм);

<3 - калибрующий диаметр шарошки' ( мм);

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

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

вляем по формуле:

■ь =

* Лк (4.5)

где I - шаг периферийных аубьеа К -ой шарошки , (мм); й - калибрующий диаметр шарошки, (мм); Ъ - количество периферийных зубьев на К-ой шарошке

долота (шт); 5£ - 3,14 - число.

4. Определим расчетное число лунок забойкой 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: •у С

^Р* = 3 . (4.6)

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

Введем понятие расчетного числа лунок ( о • ¿Г«) рейки.от данной шарошки за один оборот долота:

I • - л/« ■>■ Ак

(4.7)

где Л{ - целая часть от произведения ¿ -Ек\ Лк~ дробная часть этого произведения. б.Опреацшопо разделению на целую и дробную части расчетного числа лунок забойной рейки осуществи по формуле :

¿Го* = л/к * Ак

С/ (4-8)

л/ /У< V

где /у* = - целая часть;

А - - дробная часть.

* 3 \ 6. Б используемой методике расчета установлен факт влияния ве-

/

дичины А* 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:

^с < ¿и < /

' (4.9)

а ее замедленного движения кз условия:

О < Лк < ^ (4.10)

где оС - 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:.

= (4.11)

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

И 2ср к ~

(4.12)

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

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

' = I ¿г* (4.13)

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

Пусть каждая шарошка начинает накатывать ка забое "свой" сек-тср,опираясь на один зуб периферийного Еекца, к 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 хе 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 определении заключается в учете реальных условий работы буровых долот.

Шарошки в момент, когда они начинают касаться забоя периферийными венцами, контактируют также и зубьями основных венцоз.Фактически в начальный момент формирования забойной рейки периферийными венцами каждая из шарошек может 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 сумме 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 два 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:

(к ^)-/ 3_

уи ¡/ -. ^т} " 3

прч /*6

где ] = 1,6- индекс, определяющий порядковый номер варианта ' контакта зубьев долота с забоем.

Таким образом, мы получили последовательность :— возможных фактических чисел лунок забойной рейки.

I

Разделим полученные значения ¿1. на целую и дробную части: =д/% л (4.15)

где /у.

- целая часть; , - дробная часть

/ = Г7б

Если А. <<*.

«V I . ^

забое //; =. Ау Если

забое = д^

то фактическое число лунок на (4.16)

то фактическое число лунок на

Критерий (4.16) предоставляет возможность получить б значений возможного числа лунок забойной рейки:И/у, А^ Далее определим вероятность образования забойной рейки с числом лунок Д/; ( ^ - 6 / .Для зтого необходимо подсчитать количество габсйных реек с одинаковым числом лукок для каждой из ва-

-горошек долота.

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

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

Л = -¿г (4Л7)

где М а 6. ^ ^

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

/V

.Проиллюстрируем это призером: ^ /V, Дг ,тогда =2

, тогда =3

/Уб - не совпадает ни с одним из Л^/ (¿¿б) __ тогда /7<.=1 . Следовательно,/!/•= = --ттак как вероятность,

возникновения такого события /V ~ ,то есть максимальна.

Если ¿р=//, то в качестве фактического числа лунок забойной гренки оставляем (см.пл.8)

Если же ^ в качестве фактического числа лунок

забойной рейки берем /у -наиболее вероятное значение числа лунок забойной рейки. ^

11.В случае,'когда ¿Г^ Ф ^ .находим наиболее вероятные значения передаточных отношений шарошек ¿е*. .полагая, что

С-&К = -=Г (4.18)

где К г 1,2,3.

Значения скольжения основных венцов шарошек долота получаем по формуле (4.1) при I =1&< для каждой из шарогек - при изменении

радиуса долота

12. Когда = А/ , вычисляем значения действительных пе

редаточных отношении-каждой шарошки при перекатывании по "своему"

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

индекс М 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:

3 ¿<рА\

Наконец, при К«3 имеем:

3

где ¿^ (см.п.1.7)

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

В ощем виде эта процедура реализуется по формуле: - ^

~ ^ (4.19)

где индекс К принимает одно из значений 1,2,3, а индекс М меняется в это зремя 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 оп-

ределяется по формуле:

5к,м А» "к* (4.20)

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

А /м - параметр, который при ускоренном движении шарошки определяется по формуле:

= Ерк -/

а при замедленном движении шарошки по формуле:

— ¿.7'рк

А/л = ¿рк "Л/ ЗДб" (К=Ы).

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

<5*,* -¿кК^-НЬ'Ъ+Ан-Ьн1 (4.21)

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

(4.22)

15.Определяем удельное скольжение периферийных венцов шаро-

шек: с

0>

5 =

Е<

Л$Гг ■ и (4 -g3)

Описанный метод положен в основу алгоритма программы для ПЭВМ, реализующий приведенную расчетную схему.С помощью этой программы произведен расчет скольжения исследуемых долот :!И 190,5 MC-rH-R-64, Ш 190,5 Ш-ГАУ-К-61, Ш 150,5 СЗ-ГАУ -Р-27Ы, И 150,5 СЗ

- 23 -

-ГНУ-К-46 И Ш 190,5 M-TAT-R-65.

Глава 5. Рассматривается анализ ¡щот при бурении скважин в Западной Сибири и выдача рекомендаций ео выбору оптимального типа-долота.

Анализ работы долот при буренка скважин на площадях Западной Сибири проводился по результатам их отработки в 1990 - 1991 гг.,а •также в 1992 г. в Сургутской к Восточно-Сургутской ЕГРЭ концерна "Тюменьгеология".

Проанализированы показатели работы следующих типоразмеров долот: Ш295,Ж-ГВ-2, Ш295,ЗСЗ-ГВ, Ш2б9,9М-ГВ-1, Ш90.5М-ГВ-1, Ш190.5МЗ-ГВ, Ш190.5С-ЦВ-1, Ш 190.5С-ГВ-1, Ш190.5СЗ-ГВ-1, ffllS0,5 M-FE-R-22, Ш130.5 М-ГАУ-й-бо, Ш190.5 MC-rH-R-64, Ш190.5 Ш-ГАУ-К-61, 0190,5 СЗ-Ш-К-46, Ш190.5 СЗ-ГАУ-Р-27М, 111190,5 C-rBy-R-55, которые отрабатывались на площадях:

Перевальная (скв. 45, 97, 125, 130, 136, 137, 223, 506, 701), ИмилорскаяЧекв. 102, 513, 523, 528, 532, 539 , 541, 549 , 599), Лу-кьявинская (скв. 545, 564, 565, 537).Кечкмовская (скв. 53, 55, 58, 51, 138, 139, 148, 152), Юрьевская (скв.5, 6, 8, 10, И, 14, 15), Ввнтаорская (скв. 95, 96, 99, 187, 189, 191, 193, 194, 197, 198, 204),Асошшская (СКВ. 8Q1, 805, 8GS, 807, 820) и др.

Аналкг эффективности 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) Ш259,9 Н-ГВ-1 111295,3 М-ГВ-1

500 - 1150 (глины, аргиллиты,алевролиты) ¡31150,5 М-ГЕ-Е-22

1150 - 2200 (глины, аргиллиты,алевролиты) 111190,5 Ш-ГВ

2200 - 3200 (глины, аргиллиты,алевролиты) IB1S0,Б M-rH-R-22 Ш190,5 С-ГНУ-R-So

Если же исходить из проведенного кинематического анализа до лот, то в качестве рекомендуемых можно назвать следуквде типораз меры долот:

Интервал бурения, м Оптимальный тип долота

500 - 1150 H11S0,5 MC-rH-R-64

1150 - 2200 111190,5 СЗ-ГАУ-&-27 М 111150,5 СЗ-ГВУ-&-48

2200 - 3200 miso,5 lß-rAy-R-61

Естественно, при увеличении количества исследуемых долот рекомендации по Еыбору 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 1992 года.

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

500-1150 м(люлиноворская,талицкая,ганькинская, березовская свиты,представленные глинами) - Ш190,5 МС-ГН-И-б4;

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

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

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ВЫВОДЫ

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

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

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

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

5) Использование разработанной методики в промысловой практике позволяет прогнозировать показатели работы долот равных 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.