автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка забойной гидромеханической системы компенсации колебаний давления промывочной жидкости

На правах рукописи

ь

МИННИВА ЛЕЕВ ТИМУР НАИЛЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ЗАБОЙНОЙ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КОМПЕНСАЦИИ КОЛЕБАНИЙ ДАВЛЕНИЯ ПРОМЫВОЧНОЙ

ЖИДКОСТИ

Специальность 05.02.13 — Машины, агрегаты и процессы (нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О ИЮН 2015

Уфа - 2015

005569906

005569906

Работа выполнена на кафедре «Нефтегазопромысловое оборудование» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Габдрахимов Мавлипян Сагитьянович

доктор технических наук, доцент, ФПЮУ ВПО «Тюменский государственный нефтегазовый университет» / кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин», заведующий кафедрой

Любимова Светлана Владимир овна кандидат технических наук, ГБОУ ВПО «Альметьевский государственный нефтяной институт» / кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин», доцент

Официальные оппоненты:

Двойников Михаил Владимирович

Ведущая организация

ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Защита состоится 02 июля 2015 года в 16-00 на заседании диссертационного совета Д 212.289.05 при ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться б библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет» и на сайте www.rusoil.net

Автореферат разослан « 2.¿Г» 2015 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В процессе бурения скважин циркулирующая промывочная жидкость должна не только эффективно выносить шлам на поверхность, но и выполнять множество важных функций, таких как передача гидравлической энергии забойным механизмам, охлаждение и смазка породоразрушающего инструмента, облегчение процесса разрушения горных пород на забое и др.

Циркуляция бурового раствора осуществляется поршневыми буровыми насосами, являющимися источниками неравномерного движения жидкости в бурильной колонне. Колебания расхода и давления промывочной жидкости приводят к повышению динамичности бурильного инструмента, преждевременному износу и нарушению режима работы долота, нарушению герметичности пласта, неустойчивой работе и отказам забойных двигателей, уменьшению срока службы деталей насоса, нагнетательная линия находится под влиянием высокого давления со значительной величиной его колебания, что приводит к непредвиденным негативным последствиям.

Во время бурения глубоких скважин пуск и остановка буровых насосов, обвал стенок скважины и заклинивание бурильного инструмента сопровождаются кратковременными, резкими повышениями давления в циркуляционной системе (гидроударами). Об этом свидетельствуют периодические срабатывания предохранительных устройств и разрывы диафрагм компенсаторов буровых насосов.

Таким образом, устанавливаемое на нагнетательной линии бурового насоса компенсаторы не обеспечивают эффективного гашения колебаний давления промывочной жидкости в бурильной колонне, идущих как от насоса, так и от забоя. Поэтому разработка новых средств защиты от колебаний давления промывочной жидкости, устанавливаемых в компоновку бурильного инструмента, является актуальной задачей.

Цель работы

Уменьшение неравномерности давления промывочной жидкости путем разработки и установки забойного гидромеханического компенсатора колебаний давления промывочной жидкости в компоновку бурильного инструмента.

Реализация поставленной цели осуществляется путем решения следующих задач:

1. Обоснование необходимости установки забойного гидромеханического компенсатора колебаний давления в систему промывки буровой установки.

2. Разработка конструктивной схемы забойного гидромеханического компенсатора колебаний давления промывочной жидкости.

3. Аналитическое исследование работы гидромеханического компенсатора.

4. Разработка и изготовление лабораторного стенда для исследования работы забойного гидромеханического компенсатора давления.

5. Промысловые испытания забойного гидромеханического компенсатора давления промывочной жидкости в процессе бурения скважины.

Научная новизна

1 Получена аналитическая зависимость предельной величины деформации пружины гидромеханического компенсатора от параметров потока жидкости, геометрических параметров поршня и жесткости пружины, при которой обеспечивается режим безударной работы компенсатора.

2 Аналитически получены зависимости, определяющие динамические параметры ступеней гидромеханического компенсатора давления, и установлено, что амплитуда колебаний давления промывочной жидкости, проходящей через ступени компенсатора, изменяется в зависимости от их числа по геометрической прогрессии, в частности, установлено и экспериментально подтверждено, что в трехступенчатом компенсаторе она снижается на 40-45%.

Практическая п теоретическая значимость работы

1. Основные положения и результаты диссертационного исследования могут быть использованы для совершенствования существующих методик расчета и конструирования компенсаторов колебаний давления жидкости.

2. Разработанный гидромеханический компенсатор давления промывочной жидкости, лабораторный стенд для его исследования и методика расчета гидродинамических параметров промывочной жидкости в бурильной колонне используются в учебном процессе при изучении студентами специальности 130602 «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» филиала ФГБОУ ВПО «УГНТУ» в г. Октябрьском дисциплины «Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин».

3. Гидромеханический компенсатор применен при бурении нефтяной скважины №224 Южно-Измайловского месторождения Кутлумбековского района Оренбургской области. В результате проведенных промысловых испытаний установлено, что установка гидромеханического компенсатора в КНБК позволяет увеличить механическую скорость бурения на 18% за счет более равномерной отработки долота и увеличения времени его контакта с забоем.

4. На разработанные конструкции забойных гидромеханических компенсаторов колебаний давления промывочной жидкости получено 2 патента РФ на изобретение.

Методы решения задач

Для решения поставленных задач использовались основные законы теоретической механики и гидромеханики, теория гидравлического удара, теория колебаний, аналитические и экспериментальные методы.

Основные защищаемые положения

Гидродинамика пружинного забойного гидромеханического компенсатора давления промывочной жидкости, установленного в компоновку бурильного инструмента.

Конструкция забойного гидромеханического компенсатора колебаний давления промывочной жидкости.

Результаты лабораторных и промысловых исследований работы забойного гидромеханического компенсатора колебаний давления промывочной жидкости.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах, конкурсах, конгрессах: 38, 40-ая научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов (Октябрьский, 2011, 2013); международная научно-техническая конференция «Современные технологии в нефтегазовом деле — 2011» (Уфа, 2011); международная научно-техническая конференция «Современные технологии в нефтегазовом деле -2013» (Уфа, 2013); международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы науки» (Тамбов, 2011); международная научно-практическая конференция «Современные вопросы науки — 21 век» (Тамбов, 2011); международная научно-техническая конференция «Современные технологии в нефтегазовом деле - 2014» (Уфа, 2014).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 15 статьях и тезисах докладов, в том числе в 3 статьях в журналах из перечня ВАК, в 2 патентах на изобретение.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков, 4 таблицы, библиографический список из 160 наименований, 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, приведена общая характеристика работы, сформулированы цель и задачи иссле-

дования, теоретическая и практическая ценность работы.

В первой главе приведены результаты анализа и исследования источников возбуждения колебательных процессов в процессе бурения скважин. Рассмотрены пути уменьшения амплитуды колебаний давления промывочной жидкости и бурильного инструмента. Описано современное состояние оборудования, применяемого для этих целей.

Основными причинами возникновения колебательных процессов при бурении скважин являются скачкообразный характер разрушения горных пород и ухабистость забоя, зубчатая рабочая поверхность долота и пульсация давления в нагнетательной системе. К менее существенным причинам можно отнести неоднородность и трещиноватость разбуриваемых пород, неплавную подачу бурильного инструмента и др.

Вопросами изучения влияния колебаний давления бурового раствора и бурильного инструмента на процесс бурения занимались: Балицкий П.В., Ильский А.Л., Караев М.А., Низамов Х.Н., Султанов Б.З., Габдрахимов М.С., Мирзад-жанзаде А.Х. и др.

Судя по рисунку 1, график 1 которого представляет изменение давления промывочной жидкости в процессе бурения, становится очевидной величина неравномерности давления промывочной жидкости в процессе бурения. При среднем рабочем давлении 9 МПа разница между наибольшим и наименьшим значениями давления достигает 5 МПа и более.

Результатом колебаний давления промывочной жидкости и бурильного инструмента являются кратковременные отрывы долота от забоя, причем долото может в совокупности находиться в состоянии «зависания» над забоем до 60% от всего времени бурения. По существу снижение времени контакта долота с забоем приводит к уменьшению времени разрушения горной породы и, как следствие, к снижению механической скорости бурения. В свою очередь, вибрация и ударные нагрузки ведут к усталостным разрушениям, преждевременному износу

^••Оеочи

ООПКЦ).

ш

* * « « » » 9 8 а 8! Ш

_«|_а[

8 8 8

I Я

% I I I I I 8; § В § 8! § я § 1 - давление промывочной жидкости; 2 - нагрузка на долото; 3 - механическая скорость бурения.

Рисунок 1 - Записанные параметры бурения скважины №7063 Холмовской площади

долота, бурильного инструмента. Непостоянство силы воздействия долота на забой негативно сказывается и на работе забойных двигателей, приводя к колебаниям частоты их вращения. Это приводит к остановке забойных двигателей, особенно при прохождении упругопластичных пород.

Таким образом, источниками колебательных процессов в процессе бурения могут быть как работа поршневых буровых насосов, так и процессы, имеющие забойный характер происхождения. Поэтому разработка новых средств защиты от колебаний давления промывочной жидкости является актуальной задачей.

Во второй главе приводится анализ конструктивных особенностей основных существующих компенсаторов колебаний давления жидкости, описывается конструкция и принцип действия разработанных автором гидромеханических компенсаторов с наружным и внутренним (более совершенным) расположением рабочих элементов; последний был принят для дальнейшего теоретического и экспериментального исследования.

Пружинный одноступенчатый гидромеханический компенсатор (рисунок 2) воспринимает воздействие потока жидкости с давлением Ро, плотностью р0 и скоростью движения V0, в результате чего происходит смещение поршня с противодействием упруго сжимаемой пружины. Рассмотрены аналитические решения гидродинамических задач работы гидрокомпенсатора для стационарного (Р0 = const, V0 = const) и общего случая нестационарного (Р0 = P0(t); Ко = Vo СО) ПОТОКОВ жидкости.

При стационарном воздействии потока жидкости на первоначально неподвижный поршень компенсатора исходим из предположения, что заполняющий за смещенным поршнем пространство поток жидкости как бы «расслаивается» на два параллельных: центральный (транзитный) поток, проходящий через сквозное сечение w1 со скоростью Vi и неизменного давления Р0, и круговой (поверхностный) поток, оказывающий непосредственное давление Рп на поршень и принимающий приобретенную поршнем скорость Vn.

Совместным решением уравнений материального баланса массы (1) и изменения количества движения жидкости (2), прошедшей через сечение (1-1) за

время (К, а также используя закон сохранения энергии для системы «жидкость-поршень» в пределах конечного участка X (рисунок 2 а), получены аналитические зависимости для искомых параметров Рп , , Уг гидрокомпенсатора, графически представленные на рисунке 2 б.

верхности поршня; х - перемещение поршня; I — величина сжатия пружины при ограниченном движении поршня; Ь — величина сжатия пружины, при котором отсутствует собственный гидроудар; У„ - скорость перемещения поршня; -площадь сечения сквозного канала поршня.

Рисунок 2 — Схема расчета работы колебательной системы компенсатора (а) и графики изменения расчетных параметров (б)

= + . (1) (К02ы0 - Уп2со„ - У^со^р = (Р0 - Рп)ып, (2)

Д Т = Ару); АТ = Т0—Т„ — Т1 = \х(у02ш0 - Уп2а>п - Уг2Ы1),

где ДГ - потеря кинетической энергии; А(Ру) — работа сил упругости

А(ру) = $кхйх=\х2к,

У02(00 - Уп2соп - V!2*)! = кХ, где к — коэффициент жесткости пружины

рп = Р0+-; У„ = у0- рЦ У1=У0+ Р^

«п и,

ры0шп

кХ

(4)

На основе полученных решений (4) рассматриваются вопросы проявления собственного гидроудара в компенсаторе и возможность его «мягкой» (безударной) работы, когда поршень останавливается только под действием напора основного потока жидкости. Критерием «мягкой» работы гидрокомпенсатора является величина максимальной деформации (сжатия) пружины Д 1тах = /,

Рассмотрена гидродинамическая задача работы забойного гидрокомпенсатора колебаний давления для случая нестационарного потока жидкости, т.е. когда давление Р0 и скорость К0 жидкости в трубе изменяются во времени: Р0 = РоЮ; К0 = (О (рисунок 3).

Главной целью задачи являлось определение выражения давления Р2 (О жидкости после выхода ее из компенсатора. При этом предполагалось, что при нестационарном потоке жидкости в процессе работы гидрокомпенсатора в части потока, заполняющего за смещенным поршнем весь внутренний объем трубы, давление (вследствие турбулизации частиц жидкости) одинаково.

Выражение для давления Р2 (О находится из взаимосвязи гидродинамических параметров входящей и выходящей из гидрокомпенсатора частиц жидкости. С этой целью составлены уравнения баланса массы (б), (8) и изменения количества движения (7), (9) для жидкости, проходящей за время <й через подвижные сечения (1-1) и (2-2), совпадающие соответственно с верхним и нижним торцевыми поверхностями подвижного поршня (рисунок 3).

Сечение (1-1):

кых

(5)

(К0 - У„)щ = (уг - И,)«! , [(Уо - У„)щу0 - (Ц - Уп)^УЛр = (Р0 - Р»)ь>п ■ Сечение 2-2:

(Уг - И,)а>1 = (У2 ~ У„)шг ; = , [<Ух " - (у2 - Уп)У2(о2]р = (Р„ - Р2М .

(6)

(7)

(8) (9)

Рисунок 3 — Расчетная схема работы ступени забойного гидрокомпенсато-

ра

Из совместного решения уравнений (6)-(9) находим

Рг = Ро ~ (К0 - КУр^ ,

(10)

т.е. имеем нелинейную зависимость давления Р2(£) выходящей жидкости от скорости движения поршня компенсатора.

В дополнение к зависимости (10) составлено дифференциальное уравнение движения поршня на основе уравнения Лагранжа второго рода

<(С \дс[) ад

с ..

т.е.

-Ч = р0{Ш„ - й>Л + р{У0 - дУ (1 + _ кч%

У \ /

_ л . Лх .. .. (12х 4

где ц — х^у, д — — — И„ ; Ц — — ; о)„ - площадь нижнеи торцевой по-

верхности поршня; - = т - масса поршня.

Окончательный вид

Sr + = £ Ыш» - + - + <u»*)]- (11}

Дифференциальное уравнение движения поршня (11) является нелинейным относительно его скорости Vn. Аналитическое решение этого уравнения для нестационарного потока жидкости, когда Р0 = P0(t); V0 = V0(t), является крайне затруднительным. Проведена линеаризация дифференциального уравнения

(11) путем введения замены

рш0О)„

согласно выражению (4) при стационарном потоке жидкости. Введение в порядке допущения замены (12) означает, что каждому значению скорости V0(t), т.е. каждому моменту времени t, будет соответствовать своя стационарная зависимость (12). Поэтому воздействие на гидрокомпенсатор нестационарного потока жидкости рассматривается как последовательная смена стационарных воздействий со своим квазистационарным изменением скорости (12).

Введением замены (12) получено линеаризованное дифференциальное уравнение движения поршня

^ + Л2х — aP0(t) , (13)

гдел2=^; R = «¡сггг!.

m ajQOt i m

Выполнено интегрирование дифференциального уравнения (13) для общего случая изменения давления жидкости

P0(t) = Asincot + В, (14)

где со - циклическая частота колебания давления.

Приближенное решение, представляющее собой вынужденные колебания поршня (собственные же колебания не учитываются вследствие их вероятного затухания под влиянием сопротивления окружающей среды), имеет вид

Из выражения (10) для давления Р2 (t) с учетом элемента линеаризации

(12) и закона движения поршня (15) получаем

P2(t) = E sin o)t + H, (16)

где E = AS\ 8=1— ; H = Вв; в = "f"""2 . (17)

Из приближенного значения (16) следует, что колебание давления P2(t) жидкости после выхода ее из гидрокомпенсатора совершается по тому же гармоническому закону, что и давление Р0 (t) входящей жидкости; однако амплитуда Е этих колебаний и среднее значение Н давления уменьшаются в 5 и в раз соответственно (S < 1; в < 1). В случае последовательного соединения в единый блок отдельных ступеней компенсатора давление Р2 (t) жидкости от первой ступени будет являться давлением P0(t) для второй (последующей) ступени с амплитудной зависимостью (17) и т.д.

Изменение параметров давления Е и Н жидкости, выходящей из N-ступенчатого компенсатора, будет определяться выражениями:

Еп =ASn, Hn =B0w; 5,0 < 1, т.е. параметры Е и Н давления уменьшаются в зависимости от числа ступеней N по геометрической прогрессии.

На рисунке 4 изображена конструктивная схема многоступенчатого гидро-

17 1

Рисунок 4 - Конструктивная схема забойного гидромеханического компенсатора

механического компенсатора промывочной жидкости (патент на изобретение № 2516734), состоящего из корпуса 1, внутри которого установлены перегородки

2, 3, 4, образующие с поршнями 5, 6, 7 замкнутые камеры, которые в свою очередь соединяются каналами 8, 9, 10 с затрубным пространством. Для ограничения хода поршней установлены втулки 11, 12, 13. Между поршнями и перегородками установлены пружины 14. Детали в корпусе устанавливаются с переводником 15. Корпус снабжен присоединительными резьбами 16 и 17. Для предотвращения перетоков между поршнями и перегородками предусмотрены уплотнения 18, между корпусом и перегородками уплотнения 19.

Третья глава посвящена описанию разработки лабораторного стенда, необходимого для лабораторных исследований работы забойного гидромеханического компенсатора колебаний давления промывочной жидкости, выявления работоспособности и определения эффективности его работы. Рассмотрены существующие гидравлические экспериментальные установки с различными типами водоснабжения и водоотведения.

Нами разработан и изготовлен лабораторный гидравлический стенд и геометрическая модель компенсатора давления, назначение которого — гашение амплитуды колебаний давления перекачиваемой жидкой среды. Гидравлические испытания компенсатора были проведены на данном лабораторном стенде замкнутого типа.

Лабораторный стенд (рисунок 5) представляет собой замкнутую систему циркуляции, состоящую из емкости 1, заполняемой жидкостью, бурового насоса 9МГр 2, обеспечивающего подачу жидкости, гидромеханического компенсатора

3, датчика давления 6, запорных устройств 5 и 9, шлюза передачи данных 7 и ЭВМ 8. Экспериментальная установка предназначена для оценки динамической составляющей потока жидкости в трубопроводе на выкиде из бурового насоса и степени гашения пульсации давления гидромеханическим компенсатором при работе бурового насоса 9 МГр на натуральных образцах. Стенд работает следующим образом. Буровой насос 2 нагнетает жидкость из емкости в циркуляционную систему лабораторной установки. Жидкость проходит через гидромеха-

нический компенсатор, где происходит гашение колебаний давления, далее жидкость снова поступает в емкость.

Посредством датчика давления производится замер колебаний давления жидкости на выходе из компенсатора. Посредством запорного устройства 5 можно изменять расход жидкости, проходящей через компенсатор. Посредством запорного устройства 9 в гидросистеме устанавливалось необходимое рабочее давление.

1 — емкость; 2 — буровой насос 9 МГр; 3 - гидромеханический компенсатор; 4 — манометр; 5,9 — запорное устройство; 6 — датчик давления; 7 -шлюз передачи данных С\У-485.01 (конвертер 118-232/118-485); 8 - ЭВМ

Рисунок 5 — Схема стенда для гидравлических испытаний гидромеханического компенсатора

Для осуществления регистрации измеряющегося во времени давления в гидросистеме лабораторного стенда необходимо, чтобы измерительная система датчика давления обладала малой инерционностью. В противном случае она будет искажать измерения. Данному условию удовлетворяют тензометрические датчики, принцип работы которых заключается в изменении электрического сопротивления проводников, закрепленных на упругом элементе (мембране), в зависимости от их деформаций, вызванных давлением рабочей среды.

Для регистрации изменения давления жидкости в процессе проведения лабораторных исследований были использованы датчики типа ПДИ-01-02 производства ГК «Грант» (таблица 1). В лабораторной установке использованы датчики с верхним пределом 16 МПа. Датчик подключается к компьютеру через шлюз передачи данных 0\\М85.01 (конвертер 118-232/118-485), на котором запускается программа регистрации. Передача информации внешнему устройству производится по протоколу МосИшб через интерфейс 118-485. Основными задачами ЭВМ являются: преобразование, контроль, индикация, протоколирование рабочего процесса, управление и регулирование рабочим процессом.

Таблица 1 - Основные технические характеристики ПДИ-01-02

Наименование параметра Значение параметра

1 Верхний предел измерений избыточного давления (ВПИ) 16 МПа

2 Пределы погрешности, % от верхнего предела измерений ±0,25

3 Дискретность измерений (задается программно), с, не менее 0,02

4 Выходной сигнал Цифровой по интерфейсу 118-485

7 Габаритные размеры, мм 113x53

8 Масса, кг, не более 0,2

Принцип работы преобразователя основан на преобразовании давления в цифровые коды, которые передаются по кабелю внешнему устройству.

Удалив из корпуса компенсатора демпфирующие элементы, аналогичным образом производится замер колебаний давления циркулирующей жидкости.

В результате лабораторных исследований были получены графики изменения давления в гидросистеме лабораторной установки, одни из которых представлены на рисунках 6 и 7. Как показывают рисунки, при установке в компоновку лабораторной установки гидромеханического компенсатора амплитуда колебаний давления жидкости снизилась практически в 2 раза, что свидетельствует о его работоспособности.

Рисунок 6 - График изменения давления при среднем давлении 5 МПа без компенсатора

ЗЛ -2.5-

3 « в вЮ12 14 161аЯ22М2бг8Э0 32 Э4ЭВ340

Время, с

Рисунок 7 - График изменения давления при среднем давлении 5 МПа с компенсатором

Четвертая глава посвящена проведению промысловых испытаний забойного гидромеханического компенсатора в условиях реального бурения скважины. Промысловые испытания проводились для проверки работоспособности забойного гидромеханического компенсатора, определения степени гашения колебаний давления промывочной жидкости при бурении скважин.

Разработана конструкция гидромеханического компенсатора давления промывочной жидкости для бурения скважин долотами диаметром 215,9 мм, технические характеристики которого приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Техническая характеристика гидромеханического компенсатора:

Параметры гидромеханического компенсатора давления Для компоновки с долотом 215,9 мм

Наружный диаметр, мм 178

Длина общая, мм 914

Количество ступеней, шт. 3

Диаметр поршня, мм 140

Диаметр проходного канала поршня, мм 80

Присоединительные резьбы ниппеля и муфты 3-147

Диаметр каналов, сообщающихся с затрубным пространством, мм 10

Тип пружины Винтовая цилиндрическая

Перепад давления, МПа 0,20..0,32

Степень гашения неравномерности жидкости Уменьшение амплитуды колебаний давления на 45%

Исследование работы гидромеханического компенсатора давления промывочной жидкости проводилось на скважине №224 Южно-Измайловского месторождения Кутлумбековского района Оренбургской области. Бурение велось буровой установкой АРБ-100 с буровым насосом БРН-1 и диаметром втулок 160 мм. Компоновка бурильного инструмента:

- 28-165 м - долото 295,3 СЗ-ГВ, КС 293, ВЗД Д5-172, ЦС 292, УБТ 178 -18 м, гидромеханический компенсатор давления, УБТ 178-80 м, СБТ-114*9,19;

- 165-741 м - долото 215,9 Т044, КС-214, ВЗД Д5-172, ЦС 213, УБТ 178 -18 м, гидромеханический компенсатор давления, УБТ 178 - 80 м, СБТ-114*9,19.

Нагрузка на долото — вес инструмента в интервале бурения с 28 до 741 м.

В процессе бурения скважины производился периодический замер колебаний давления промывочной жидкости преобразователем давления измерительным ПДИ-01-02, установленным на манифольде высокого давления.

С применением гидромеханического компенсатора давления пробурено 713 м в интервале 28...741 м, механическая скорость составила 17 м/ч. Параметры промывочной жидкости: раствор БПСР, расход - 32л/с, плотность - 1120 кг/л/3, условная вязкость - 30 с, водоотдача - 10 см3/30 мин, рН-8. Опытное бурение показало, что гидромеханический компенсатор давления работоспособен: в процессе бурения скважины не было отказов (поломок деталей). За время испытания гидромеханического компенсатора давления не произошло разрыва диафрагмы компенсатора бурового насоса и срабатывания предохранительного устройства.

Периодический замер пульсаций давления преобразователем давления измерительным ПДИ-01-02 показал, что степень неравномерности давления промывочной жидкости при отсутствии в компоновке бурильного инструмента гидромеханического компенсатора составляла приблизительно 0,55 и является значительной величиной (рисунок 8, а). После установки в компоновку низа бурильной колонны забойного гидромеханического компенсатора давления промывочной жидкости неравномерность давления значительно снизилась до величины 0,3 (рисунок 8, б). Кроме этого получено увеличение механической скорости бурения на 18% в отличие от аналогичного бурения без применения гидромеханического компенсатора давления. Следует отметить, что увеличение механической скорости бурения при применении гидромеханического компенсатора объясняется результатом меньшего темпа снижения механической скорости по мере отработки долота и увеличения времени его контакта с забоем.

Время, с

а

Время, е

б

Рисунок 8 - Графики изменения давления в процессе бурения без забойного гидромеханического компенсатора (а) и с компенсатором (б)

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В результате аналитического обзора выявлено существенное влияние неравномерности давления промывочной жидкости на работоспособность забойного оборудования..

2. Исследована гидродинамика работы одноступенчатого поршневого гидромеханического компенсатора. Установлены критерии его безударной работы и определено условие возможного исполнения двух- или трехступенчатого гидромеханического компенсатора в зависимости от гидродинамических параметров основного потока жидкости и жесткостной характеристики упругой пружины.

- 3. Разработана конструкция забойного гидромеханического компенсатора давления промывочной жидкости с внешним (наружным) расположением рабочих элементов (патент на изобретение РФ № 2464404) и усовершенствованная конструкция компенсатора с внутренним расположением рабочих элементов (патент на изобретение РФ № 2516734).

4. Проведенные стендовые исследования показали, что гидромеханический компенсатор позволяет снизить амплитуду колебаний давления промывочной жидкости практически в 2 раза.

5. Промысловые испытания разработанного забойного гидромеханического компенсатора показали высокую эффективность его работы. Применение компенсатора при бурении нефтяной скважины позволило существенно снизить неравномерность давления промывочной жидкости с 0,55 до 0,3 и повысить механическую скорость на 18%.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих научных трудах:

В ведущих рецензируемых научных журналах из перечня ВАК:

1. Миннивалеев, Т.Н. Разработка компенсатора для защиты трубопроводов и оборудования от колебаний давления и гидроударов / Т.Н. Миннивалеев // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. — 2012. — №4 (90).-С. 164-168.

2. Габдрахимов, М.С. Исследование и оценка влияния неравномерности давления промывочной жидкости на работу бурового инструмента / М.С. Габд-

рахимов, Т.Н. Миннивалеев, P.M. Галимов // Экспозиция Нефть Газ. - 2013. -№2 (27). - С. 65-67.

3. Габдрахимов, М.С. Анализ бурения нефтяных скважин в Азнакаев-ском ПБР ООО «Бурение» / М.С. Габдрахимов, Т.Н. Миннивалеев, Р.М. Галимов. // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - 2013. -№5.-С. 8-11.

В прочих изданиях:

4. Патент 2464404 Российская Федерация, МПК Е21В 21/00, F16L 55/04. Компенсатор промывочной жидкости / М.С. Габдрахимов, Р.И. Сулейманов, В.Ш. Шаисламов, Т.Н. Миннивалеев. - Заявл. 23.12.2010; опубл. 20.10.2012, Бюл. №29.

5. Патент 2516734 Российская Федерация, МПК F16L 55/04. Компенсатор промывочной жидкости / М.С. Габдрахимов, Т.Н. Миннивалеев, Р.И. Сулейманов, JI.M. Зарипова; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет». - заявл. 28.01.2013; опубл. 20.05.2014.

6. Миннивалеев, Т.Н. Современное состояние оборудования, применяемого для выравнивания неравномерности давления и защиты оборудования от гидравлических ударов / Т.Н. Миннивалеев // Современные технологии в нефтегазовом деле-2011: сб. науч. тр.-Уфа: УГНТУ,2011.-С. 51-54.

7. Миннивалеев, Т.Н. Влияние колебаний давления промывочной жидкости на работу турбобура / Т.Н. Миннивалеев, М.С. Габдрахимов // Материалы 38-й научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов: в 3 т. - Уфа: УГНТУ, 2011. -Т.З. -С.211-213.

8. Миннивалеев, Т.Н. Стенд для гидравлических испытаний компенсаторов / Т.Н. Миннивалеев, М.С. Габдрахимов // Материалы 38-й научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов: в 3 т. -Уфа: УГНТУ, 2011. -Т.З. - С. 214-216.

9. Миннивалеев, Т.Н. Рациональное расположение компенсаторов жидкости при бурении глубоких скважин / Т.Н. Миннивалеев, М.С. Габдрахимов, Ф.С. Габдрахимов // Современные вопросы науки - 21 век: сб. научн. тр. по материалам VII междунар. науч.-техн. конф. - Тамбов, 2011. - вьгп. 7. - 4.1. - С.

99-100.

10. Миннивалеев, Т.Н. Влияние неравномерности подачи промывочной жидкости на низ бурильной колонны / Т.Н. Миннивалеев, М.С. Габдрахимов, Ш.Г. Шаисламов // Актуальные проблемы науки: сб. науч. тр. по материалам междунар. науч.-практ. конф. В 4 ч. - Тамбов, 2011. -4.1. - С. 72-73.

11. Габдрахимов, М.С. Расчет ступени компенсатора бурильного инструмента / М.С. Габдрахимов, Ф.И. Ермоленко, Т.Н. Миннивалеев // Современные технологии в нефтегазовом деле - 2013: сб. науч. тр.: в 3-х т. - Уфа: УГНТУ,

2013.-Т.2-С. 102-105.

12. Миннивалеев, Т.Н. Стендовые исследования ступени компенсатора бурильного инструмента / Т.Н Миннивалеев // Материалы всероссийской 40-й научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов: в 3 т. - Уфа: УГНГУ, 2013. -Т.2. - С. 92-95.

13. Миннивалеев, Т.Н. Обоснование необходимости установки компенсатора давления в компоновку бурильного инструмента/ Т.Н. Миннивалеев // Материалы всероссийской 40-й научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов: в 3 т. -Уфа: УГНТУ, 2013. -Т.2- С. 89-92.

14. Миннивалеев, Т.Н Результаты промысловых испытаний гидромеханического компенсатора давления промывочной жидкости / Т.Н. Миннивалеев, Р.И. Сулейманов Н Современные технологии в нефтегазовом деле - 2014: сб. тр. международной научно-технической конференции: в 2 Т. - Уфа: Аркаим,

2014. -Т. 1. - С. 370-375.

15. Габдрахимов, М.С. Гидродинамика одноступенчатого пружинного гидромеханического компенсатора / М.С. Габдрахимов, Т.Н. Миннивалеев, Ф.И. Ермоленко // Современные технологии в нефтегазовом деле - 2014: сб. тр. международной научно-технической конференции: в 2 Т. - Уфа: Аркаим, 2014. -Т.1. -С. 312-318.

Подписано в печать 30.04.15г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Заказ 1618. Октябрьский информационный центр - филиал ГУЛ РБ Издательский дом «Республика Башкортостан» 452600, РБ, г. Октябрьский, ул. Чапаева, 18.