автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.14, диссертация на тему:Совершенствование гидравлических схем промывки малогабаритных долот

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ВДРАЩШ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

Санкт-Петербургский госуларсгвеннй горный институт имени Г.В.Плеханова /технический университет/

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВ ВИТАЛИЙ НИКОЛАЕВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ СХШ ПРОМЫВКИ МАЛОГАБАРИТНЫХ ДОЛОТ

Специальность 05.15.14 - "Технология я техника геологоразведочных работ"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1994

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте методики и техники разведки месторождений полезных ископаемых (ВИТР) и Иркутском политехническом институте

5ГаучныЯ руководитель: доктор технических наук

Марбмэин Александр Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Парижский Юрий Михайлович кандидат технических наук Васильев Виктор Иванович

Ведущее предприятие: Государственное Геологоическое

Предприятие "Сосновгеология"

Зшяига диссертавйи состоится в ¿^ час. в ауп. на заседании Специализированного

совета К.063.1Б.04 в Санкт-Петербургском государственном горном институте /технический университет/ им. Г.В.Плеханова по адресу: 199026, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

1994г.

Ученый секретарь Специализированного совет*! доктор технических- наук, |

профессор , > \ .X И.П.Тимофеев

' , 4 \

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИК РЛШШ

Актуальность работы. Осуществляемая в стране коренная перестройка направлена на ускорение технической перевооруженности» более полного использования достижений научно-технического прогресса, высокоэффективных конструкторских решений, энерго- и ресурсосберегающих технологических процессов.

Не основе изучения передового отечественного и зарубежного опыта и внедрения новейших технологических метопов в наа^й стране происходит постоянное усовершенствование породоразрушоюиего инструмента, применяемого при бурении скважин. Это относится и к шарошечным долотам, которые находят все более широкое приме -нение в практике бурения геологоразведочных скважин. Повышенные требования к породоразрушоющему инструменту, с точки прения производительности и надежности привели к необходимости детального исследования механизма разрушения горных пород, износа вооруже -ния и опор долста, технологических параметров его отработки. Задача состоит а том, чтобы интенсифицировать первый и снизить интенсивность второго процесса. В'.связи с вткы исследования мехв -низма совокупного действия процессов разрушения и очистки зоны разруиения, повышение эффективности использования энергии, под -водилой к забою скважины представляется актуальными и приобретают важное научное и практическое значение.

В связи с этим, актуальном является совершенствование пре«к -вочных систем шарошечных долот, которые могли бы обеспечить кь -чественную очистку забоя скважины от шлама, повысить вффектия -ность разрушения порош, а, следовательно, увеличить ресурс долота.

Цель работы. Увеличение стойкости и эффективности малагаба ~ ритных шарошечных-долот для бурения твердых и крепких пород за счет совершенствовании промывочной системы, обеспечивающей качественную очистку и интенсификацию разрушения забоя путем снияэ -ния угнетающих давлений.

Основные задачи исследования. Для достижения поставленной ¡дели необходимо было решить следующие задачи:

- изучить влияние гидравлических схем промывки долота на интегральные показатели бурения;

- выявк~ь степень ЬлиннйЯ технологических параметров режима

бурения нв процессы разрушения и очистки забоя скважины при изменении гидравлических схем прописки долота;

- провести качественную и количественную оценки параметров гидравлические схем проминки долота;

- иа основе проведенных исследований обосновать необходимость конструктивного изменения гидравлических схем промывки малогаба-ротных долот;

- обосновать и разработать практические рекомендации по совершенствование гидравлических схем промывки долот для бурения твердых ¡1 крепких пород.

Методика исследований. Для решения поставленных задач исследований принята комплексная методика, включающая в себя:

- аналитический обзор известных закономерностей;

- планирование и реализацию полнофакторных экспериментов в \ стендовых условиях для малогабаритных долот с различными систе -мам и прошвки;

- математический анализ и оценку результатов на ЭВМ и построение расчетных зависимостей;

- экспериментальные исследования новых конструкций малогабаритных долот;

- испытание новых конструкций долот в производственных уело -виях.

Научная новизна диссертационной работы заключается а выявлении основных факторов, снижагцих еффективность бескернового бурения и разработке высокоэффективных конструкций гидравлических схем промывки долота, защищенных двумя авторскими свидетельствами на изобретения.

Достоверность научных положений и выводов, вытекающих из диссертация пидтве-ридается результатами анализа большого объема экспериментальных и производственных исследований; актами внедрения и актом приемочных испытаний, промышленных партий цоло1' по а.с. 1416656.

Практическая ценность:

- разработаны критерии эффективности процесса бурения наиболее полно учитывающие все определяющие факторы при оптимизации и управлении процессом бурения;

- разработаны и защищены авторскими свидетельствами на изобретения конструкции шарошечных цоло? с новыми гидравлическими схемами промывки, позволяющие использовать как жидкостные, так и газожицносткъш очистные агенты;

- рг.зраОот-ани рекомендации по технологии бурения струйными

ДОЛОТ1ШИ.

Реализации работы в промышленности. Проведенный комплекс исследований показал перспективность использования долот с новой системой промывки при бурении тьерснх и крепких пород. С учетом результатов исслецованьЛ были разработаны две конструкции долог, защищенные авторскими свидетельствами на изобретения. При внедрения опытной пирпш долот п ИГО "Сосновгеология" достигнуто снижение стоимости I м бурения на 20л и повшение производительности бурэнля ыа 30%. Дромышленное освоение долот по а.с.Моббб начато на Ташкентском опытно-экспериментальном заводе "Геолого -разведка" с предполагаемой годовой потребностью 15000 штук.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты промышленных испытаний долот новой конструкции доклв-дывались на научно-технических конференциях геологоразведочного факультета Иркутского политехнического института (1990-1932гг.) на НТО ГГО "Сосковгеологил" (Иркутск, 19о6-1590гг.).

Публикации. Положения диссертации опубликовмш в 12 печатных работах н ашцицены 2 авторскими свидетельствами на изобретения.

Обьем к структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, зеклвчения, списка использованной литературы, зшочаадего 124 наименования и 9 прлложениГ;. Содержит 211 страниц машинописного текста, 36 рисунков, 17 таблиц.

Во введении обоснована актуальность и практическая ценность проведенных исследований, дана краткая херактеристикл выполненной реботы и полученных результатов.

В первой главе рассмотрено состояние изученности технологии бурения долотами большого диаметра, влияние схем промывки долота на вынос шлама из призабойлой зоны, проанализированы критерии эффективности процесса бурения, поставлена цель и обоснованы задачи исследований.

Во второй главе приведено обоснование методики стендовых исследований, описание конструкции и контрольно-измерительной

- й-

аппаратуры бурового стенда,

В третьей главе проанализированы основы теории взаимодействия процессов разрушения и очистки в условиях.угнетающего давления на заЬ'се скважины, приведены результаты и анализ экспериментальных исследований различных схем промывки долота, установлены основные факторы, влияющие на результирующие признаки процесса бурения."

В четвертой главе излагаются основные пути совершенствования гидравлических схем промывки малогабаритных долот, приводится конструктивное оформление новых высокоэффективных схем промывки долота и даются рекомендации по проектированию технологии бурения этими долотами.

Б пятой главе приведены результаты опытно-промышленного внедрения долот с усовершенствованной гидравлической схемой промывки, их экономическая эффективность и деются сведения о промышленном освоении.

Научное руководство осуществлялось доктором технических наук [Александром Васильевичам Марамзиным], которому автор выражает свою искренняя благодарность.

Автор выражает благодарность всем сотрудникам кафецры технологии и техники бурения скважин ЛГИ, сотрудникам ВИГР, кандидаты» технических наук И.А.Зопевалову и А.И.Кирсанову за ценные заме -чания при выполнении диссертации, а также инженерно-техническим работникам ГТО "Сосновгеология" за методическую и практическую помощь при проведении и знепрении результатов исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕШНИЕ РАБОТЫ

Краткие сведения по изучаемому вопросу. Исследованию эффективности и механизма очистки забоя скважины, а также влиянию ее на процесс бурения посвящены работы отечественных и зарубежных авторов, таких как М.Р.Мавлютов, П.Н.Матюшин, Б.И.Миттельм&н,

A.М.Гусман, Е.П.В&рламов, Г.И.Матвеев,. Э.А.Акопов, Д.К.Козодой,

B.С.Федоров, Д.В,Зубарев, К.И.Жицовцев, М.Г.Бмнгхэ«», У.Маурер И др.

По мнению большинства исследователей, на эффективность очистки забойной зоны влияют объем промывочной жидкости, подаваемой на забей и скорость ее истечения, схемы и конструкции продаъоч-

пых устройств (их гидравлическое совершенство, количество, высота, местополоиение и угол наклона относительно плоскости забоя). При идеальной чистоте забоя скорость бурения будет зависеть только от способности долота разрушать породу. Известно, что с ростом глубины скважины механическая скорость црохсцки падает, такое падение механической скорости проходки с увеличением глубины сквкхины обусловлено, в первую очередь, ростом дифференциального давления, т.е. разностью между гидростати -ческим и пластошм давлением. А.Х.Гзрньер и Н.Х.Ьен-Линпек определили, что величина дифференциального давления обуслаалнвЕ-ет как увеличение прочности породы, так к силу, прижимающую частицы мама к поверхности забоя, оти прижимающие пилы могут иметь как статическую, так и динамическую природу и являются сложной функцией почгн псах известных показателей, характера -еующих процесс бурения.

В настоящее время отсутствует единая точка зрения нз принципы выбора оптимального расхода промывочной жидкости для конкретных геолого-гехнических условий, а также в зависимости от дифференциального давления. При выборе критерия определения опти -мыльного расхода промывочной .кип.косги Р.А.Бабаян и пр. на основе многочисленных промысловых исследорчннй лрмали к выводу,что гидравлическая мощность, срабатываемая в насадках дс.пст является обобщенным критерием оптимизации расхода ( 0, ) промывочной жицности при бурении скважин на нефть и газ и решающим фактором' ньляется не Ц, , а различное сочетание 0 и перепада давления, срабатываемого б насадках долот, которые определяют другие критерии ( удпрнпя сила струи о забей - ф , гидравлическая кош -кость - и скорость игтзчзния струи из кьседки )•

Исследованиями Р.Н.Эйг-елееа установлено, что независимо от вида поро.дораоруиавцего элемента я механизма разрушения горной пороки при бурении шарошечным долотом образуются обломки консоли, являющиеся результатом зарождения магистральных трещин разрушения породы при соударэнки зу^'-ов ворошки с забой. Маги -игральные трещины 1влявге.л основополагающими в формировании лунок внкола. Размером, »тих третьи предопределяется объем лунии штеола, т.е. эффективность разрушения горных пород. По Д.Н.Колесникову развитие магистральных трещин отрыва будет зависеть от величины угнетающего давления на забое под которым понимается разность манду суммарным давлением на габое »1 давлением в

тростке отрыва.

Результаты его экспериментов показывают, что если текущая осе-авп нагрузка незначительно преыгпает значение нагрузки необходи -моГ: для зарождения трещин, то скорость и продолжительность их распространения полностью определяется скоростью заполнениг и вое -становления давления в полости трещины.

При детальном анализе литературных источников стаьивится оче -видным, что вопрос регулирования угнетающего давления при бурении твердых и крепких пород изучен недостаточно и требует дополните -лышх теоретических и экспериментальных исследований.

Иадостаточность изученности проблемы стойкости малогабаритных долот при бурении твердых и крепких пород послужила основанием для проведения серии теоретических и экспериментальных исследований, изложенных й данной работе.

ОСНОВНЫЕ ЗА1ЩЦАЕМЫЕ ШЛОЙЕНМ

Проведенные исследования позволили сформулировать следующие защищаемые положения.

I. СоЁер.тенствование гидравлических схем промывки долота с использованием напорных струй позволяет снизить время выравнивания давлений в магистральных трещинах отрыва и продолжительности их ¿¡ззвстил, ча о способствует повышенна буримостк горных Пород в реальных условия*-.

В процессе развития магистральной трещины первоначальное дав -ленке б ее полости Рг практически разно нулю. Тек как гидростатическое давление больше давления рг , то над частицей по ее длине возникает динамический перепад давления, который прижимает частицу к массиву породы, т.е. угнетает ее.

В обшем случае, по Н.А.Колесникову, под угнетающим давлением Р^ , в отличие от представлений о динамическом перепаде давления, понимается разность между суммарным давлением на зьоое Рс и давлением в трещине

Я =Рс-Рт = . (I)

- коэффициент восстановления давления в по -лости трещины;

- давление на глубине разрушения.

где

в- Р-/Рр

Я

-а-

Для заполнения полости жидкостью и восстановления давления в ней, нужно вполне определенное время, поэтому в зависимости от времени контакта зуба долота с породой значения н со-

ответственно Ру будут различными. Если меньше времени заполнения ~Ь3 объема трещины флюидом, то рг -*- 0 и в соответствии с выражением (I), получим Рс . При больше времени Ьс ~ '¿л < ^ ( где ~Ь ^ - время восстановления давле -ния в трещине до уровня давления жидкости в трешине Р, ъ ), Ру= Р? > т-е- Ру будет равно дифференциальному давле -нию. В общем случае с учетом имеем:

&-Р„*Р>*Рс (2)

Следовательно, угнетешее давление в зависимости от условий разрушения проницаемых пород может изменяться з диапазоне зна -чений от .дифференциального давления до давления на забое сква -кипы . При разрушении непроницаемых горных пород диапазон изменения Ру несколько меньше, т.к. в отличив от проницаемых пород флюиды в полости магистральных трещин поступают в основ -ном через "устье" и а втом случае А, зависит от параметров режима бурения, конструктивных особенностей шаровшчннх долот и монет достигать значгния СО ,54-1,0) .

Н.А.Колесниковым установлено, что врем» восстановления давления в иагкстраяышх трещинах отрыва составляет приблизительно 1,23 Ь3 . Отсюда ъс з 2,23 , т.е. гавиеит от времени заполнения трещин флюидом. В спою очередь Т2 зависит от скоростного напора струн промывочной жидкости истекающей из промывочного канала. При определении рациональной струйной или гицромони -торной схемы промывки долота следует исходить из следующих условий. Во-первых, пятно контакта вксоконапорной струи с забоем должно находиться в зоне действия'двух соседних губков аешда шарошки и на расстоянии от выходных кромок насадки ( промывочного канала), не превышающем длины ядра постияньых скоростей истечения струи из насадки. Во-вторых, вре..я сдает а струи из насадки до забоя не должно превышать продолжительности контакта зуба долота с породой. Это время должно соответствовать суммарному времени заполнения я выравнивания давления бурового раствора л тре-щшах отрыва.

. Так как глубина погружения вубэ при бурении твердых и крепких пород величина незначительная, можно допустить что

1-3 - и (у

отсюпй

-/- _ Р-.2 3 4

^""уТ (2)

где Ьпр - время прохождения струи от иьсадки по забоя, с;

из - расстояние от ьыходмкх кромок наседки до забоя, м; V» - скорость истечения струи и.ч насадки, м/с.

Стендовые исследования проводились на гранитных блоках IX категории по буримости С шарошечными долотами Г1-55К11А и П-76 КПД, ос -пашенных съемными промывочными узлами с одним или двумя промывочными каналами с определенными сечениями, ориентированными относительно плоскости себоя, шарошек и от долота. При этом, согласно плану эксперимента соблюдалось условие "Ьс<< я коэффициент буримости определялся по формуле

(3)

г а

г.пе /т м- ¿5 - соответственно длина и врем., бурения интервала в блоке; - диаметр долота;

Р и И- " осегая нагрузка и частота Бращения инструмента.

В результате обработки полу- энных результатов построены зависимости буримости от произведения Р-П. при Ц-Сь-пь^ (рис.1), из которых, видно, что изменение схемы промывки долота приводит к повышению буримости горной породы и это повышение тем более существеннее, чем совершеннее схека промывки долота. Кроме того, от -мечеегся рпкономерное возрастание /($ с ростом Р-П. с выделен)' ем оптимальных их значений для определенного расхода промывочной жидкости.

2. Основные параметры усовершенствованных;гидравлических схем промывки полот определяются пространственным расположением промывочных каналов относительно позоиораарущашкх элементов долота и забоем скважины и гилродинр.мическои характеристикой напорных струй,

ЗаЗисимрсть аурхмости от произйгазния Р'п при Ц*70ви>/мия

Рис.1

Зависимость л ;<$ от л V:>

а именно: расположением осевой линии промывочных каналов в плоскости, касательной к образующей поверхности шарошек и пересекающей осп полота под острым углом, причем, осевая линия промывочных каналов направлена навстречу враюенип полота поа острим углом к контактной с аабоем поверхности полота, размещениям выходных кромок каналов но расстоянии, не превышавшем пяги-ееми их диаметров от забоя, установлением пятна контакта напорной струи с забоем на ■ расстокнии равном половине радиуса долота, обеспечении скорости истечения струи из канала не менее 30-35 м/с.

В процессе экспериментальных работ исследовались различные схемы промывки долота, предусматривавшие направление напорных струй как под набегающую, так и сбегаощую шарошки, размещение выходных кромок промывочных каналов на различном расстоянии от забоя и под рапным углом, установлении пятна контакта струи с забоем с постепенным удалением от оси до периферийной части долота. В результате обрабокти экспериментального массива данных била прослеяена зависимость технологически х параметров режима бурения на реаульти -руьший признак - механическую скорость бурения. Установлено, что с ростом осевой нагрузки и частоты вращения при постоянстве оставь -ных параметров отмечается закономерное увеличенио механической скорости проходки, как идя базового долота, так и для долот с различными схемами промывки, причем абсолютны« прирост механической скорости для последних значительно вше, чем у базового долота. По етим признакам были определены три наиболее эффективные схеш промывки долота.

Характер зависимости шее? кяощюенечный вид в разл1;ч-

них сериях вкслорихонта. Для первой серии сличается некоторое увеличение механической скорости прохоцкн с ростом Ц и дальнейшая ее стабилизация. В поелгцурямх сериях эксперименте отмечается в некоторых случаях даже надета тейпа прироста У>/ по достижении определенного зиачтиш . Это абьксииется преаде всего смяло -стьп процоезоа взаимного воадойатвия частоты врещрни* долота и скоростных потоков промывочной здахсств в пру.эабой:1^3 зоне ш за-клютгелкга'Л отап очистки забоя - удаление схьяа в ниааолотноэ пространство, ото вполне согласуется £ другой исследователями.

Относительный прирост буримости в оввисимоети от относительного прироста скорости стечения яидкоеги ио каналов долота, показан -ный на рис.2 ( базисная ® 23 м/с) свидетельствует о низкой

эффективности схем промывки ШI, 2, 3, 4. В этом случае пале кратное увеличение не приводит к сколько-нибудь заметному приросту Д . В случае же применения наиболее еффеетивных елем 'Йэ и Кб отмечается прямо пропорциональный рост , а э

количественном отношении этот прирост почти в два раза вшо, «км для других схем промгаки долота. Слезет тггле отметить, что прекращение роста и дальнейшая стабилизация Л приходится на 60-60$ увеличение от базисного, что соответствует скорости

истечения жипкости из каналов равной 30-35 м/с.

При проведении ¡экспериментальных исследований по определена оптимального расстояния пятна контакта струн с забоем от оси долот? (радиальное удаление) получена параболическая зависимость вида

(4)

гдь I-/- удельная энергоемкость на разрушение! - радиус долота.

Решением уравнения (4) устснов.г9Ио, что митфл расхода энер-r-.iv? ив разрушение соответствует условию, когда пятно контакта струи с забоем находится на расстоянии (0,4-0,6) от оси долота.

В качественном плане роль струи жидкости в формировании удалявшей шлам силы молю оценить с помощью схемы затепленной £Лруи, истекающей - в цилиндрический тупик под углом Л к плоскости забоя. Под действием струи на поверхности забоя тупика возникают нормпльп.'Я я касательные напряжения, неравномерные по

радиусу забоя. Бо времени неравномерности усугубляется вращением сопле вокруг ори тупика. При различных расстояниях v; углах наклока сопла к забою Л от 0° до 90° значения напряжений ГС и О' не превышает максимального давления в насадках. Эта величина почти на порядок нкяе твердости даже мягкие горних пород и сравнит со значениями прочности пород.на евдпг. Поэтому в форштро -вании упаляшей силы нормальные напряжения в породе от торможения струи играют второстепенную роль сравнительно с касательными, попникеоч'ими поп действием потока, параллельного забоя при растекании струи по забою. Особенно воянп роль потока вдоль забоя а смыве чпетни, предварительно отделенных от материнской породы

эубмми долоте. Желательно такое размещение потоков на забое, при которой каждая частица удаляется потоком бео повторного воздействия зубков. Дм снижения потерь кинетической энергии ка пути движении аати.. енкой струи от среза насадки по .;й1боя и вдоль него в стесненнух условиях важное значение имеет конструкция долота. Последняя также определяет поле динамических давлений потоков жид -кости в призабойной ¡зоне.

Величина кинетической энергии горизонтальных потоков зависит от силы удара струи о забой.

С цйлыз першения эффективности второго, аакличительиого атапа очистки забоя эа счет изменения направления главного вектора касательный напряжений поперечного потока промывочной жидкости относительно забоя и породаразрушаеаих елементоа долота, нами разработана конструкция долота, защищенного а.с. №1476636, у которого осевая линия .-промывочных каналов расположена в плоскости касательной к образующей поверхности шарошек и пересекаищей ось долота под острим углом Ы, (рис.3).

Предложенная гидравлическая схема промывки долота, как ото видно из рис.4 позволяет получить большее значение горизонтальной составляющей силы удара струи о забой, которая определяется на выражения

<Б)

?

где ¡j - начальна« площадь сечении t'^pyii, м ; у - плотность жидкости^ кг/ма; с/„- диаметр канала, и;

CL- коэффициент, учитывающий темп расширения струи, дли практических расчетов принимается равни4 0,31. Велияина угла ci и Jl> зависит от габаритных размеров кор -пуса долота и налет быть определена по схеме ив рис.*'. Здесь

M°*О0'*И,МОâ;FC *f;0b *<ùmo,№ в kftï»pwx // -

стояние от верхней крошси промывочного ¿»зла до забоя; £ -расстояние от центра вялдй щюмувочного кгш.чяе но пологе; d - диаыетр шарошки не контакте струи с аебоам. Отсюда s

oi=azcyf;__________Ci

ïh^+zi iïm-rc&p-ip фм-чмючффю •

ч

..... ÎA _

U

з о.

/С_

Стендовые испытания долот с новой схемой нроныоки показали, что по мере повышения интенсификации разрушения забоя (увеличения р П.) степень повышения энергоемкости при увеличении $ снижается и по достижении-максимальных значений Р и /1. энергоемкость процесса бурения стабилизируется и достигает своего минимального значения. Это объясняется повышением очищающей способности новой схемы промывки С ростом 0 , за счет чего снижается затраты анергии непосредственно на разрушение забоя.

Производственные, испытания долот новой конструкции производи -лись в ГГО "Сосновгеология", где получено увеличение производительности бурения на 30% при снижении себестоимости I м бурения на 20$.

3. Разработанное гидравлические сх(адд промывки долот_повволйпт обоснованно и дифференцированно внйрать^технологически необходи -У.У1Й расход промывочной жидкости и спроектировать технологии буре-]шл скважин для реальнмх условий с учетом технических возможное -тей наземного оборудования и компоновки бурильной котонны.

В соответствии с вышеизложенным, схема проектирования технологии бурения скважин долотами со струйной системой промывки полшь осуществляться в следующей последовательности:

- выбранный расход промывочной жидкости должен удовлетворять технологическому условию

¿/»(¡тт. (?)

где ^/я.п- минимально необходимый расход промывочной жидкости, который обеспечивает надлежащий вынос бурового шлама на устье скважины, определяется по известной методике;

- после прпварительного опое ползти; 0, по условию (7) производят определение гидравлических сопротивлений во всех элементах циркуляционной системы до проектной глубины скважинл н сопоставляют с характеристикой насоса;

- выбранный насос по характеристике максимального давления на-

гнетпнил должен удовлетворять условию возможного увеличения перепада давления в промывочных каналах долота на отдельных кнтерва -лах проходки скванины. С этой целью производят расчет величины перепада давления в кольцевом пространстве, угнетовиего давления на зпбее сквпжккы с учетом глубины, применяемой промывочной яиц -кости, компоновок бурильной колонны и ожидаемых пластопых (поропых) давлений;

- определяет предельную глубину спуска долота с заданным диаметром промывочных каналов по формуле

/ . я Ркп (s> C^f- f__

82.-0 Ям f- ( о.?S6 a dt V-, m» )a

где /^,-7 - потери давления в кольцевом ространстве для условия (7) ,* Па;

- диаметр промывочных каналов, м;

(Ï - число каналов;

Ун .-»¿л- минимальная скорость истечения жидкости из канала, ровная 30-36 м/с;

- диаметр бурения, и;

Ли - наружный диаметр бурильных труб, м;

'Jl^.- коэффициент гиаровличег.ких сопротивлений для кольцевого пространства.

- определив предельные глубины спуска долот для тпждого пйа -метра промывочных каналов, устанавливают интервалы применения долот с заданным dc с учетом условия (V) и предельного давления нагнетания нососо;

- оптимальнее параметры режима бурения р я П. определяют при бурении первых скважин по реализации полнефяиторного эксперимента.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные выводы диссертационной работы сводятся к следующему: I. На основе теоретических и экспериментальных исследований установлено, что на эффективность разрушения (механическую ско -рость проходки) горной породы помимо прочности породы, существенное влияние оказывают ф- :торы, резко ухудшающие процесс развития

- Г/~

магистральных трещин и снижающие & фиктивность разрушения в забойных условиях.

К таким факторам относятся напряжения, возникающие в скелете горной породы и угнетающее давление, обусловленное разностью между суммарнод давлением на забое и давлением в полости трещин ст -раза.

2. Дйе снижения отрицательного влияния вшеназванных факторов необходимо использование гидродинамических методов воздействия на забой, зенлсчвкацееся в изменении гидравлических схем промывки долота. Совершенствование гидравлических схем промывки долота с использованием напорных струй позволяет снизить время выравнивания давлений а трещинах отрыва и продолжительность их развития, что способствует повышению буримости горных пород в реальных условиях.

3. Методический подход к определения рациональных схем промывки долота заключается в планировании к реализации полнофакторных экспериментов на нетурных долотах в стендовых и производственных ус -довиях с последующий статистические анализом результатов эксперимента .

4. На основе критериев эффективности процесса бурения (буримо -сть, кеханическая скорость проходки, удельная объемная энергоемкость на разрушение) определены основные параметры гидравлических схем промывки долота, способствующие снижению отрицательного влияния выделенных факторов »га процесс бескеркозого бурения.

б. Основные параметры усовершенствованных гидравлических схем промывки долог, защищенных б.с. №1416656 и а.с. №1317089, определяется пространственном расположение« промывочных каналов относи -тельно породоразрушавщих олементов долота и забоем скважины и гидродинамической характеристикой напорных струй, в именно: располо -нением осевой линии промывочных каналов в плоскости, касательной к образующей поверхности шарошек и пересокавщей ось долота под острым углом, причем осевая линия направлена навстречу вращении долота под острым углом к контактной с забоем поверхности долота, размещением выходных кромок каналов на расстоянии, не превышающем пя-ТИ-семи их айаметров от забоя, установлением пятна контакта напорной струи с ¡забоем не расстоянии равном половине радиуса долота, обеспечении скорости истечения струи из канала не менее ЗО-ЗЬ м/с.

-У8-

6. Рвзрпботышые гидравлические схемы промывки полот позволяют:

- обосшввнно и дифференцированно №брпть технологически необходимый раскоп про?.<ывочной яицкости и проектировать технологии бурения скважин алп реальных условий с учетом технических воэмоянос-тей наземного оборудования и компоновки бурильной колонны;

- использовать полуденные закснокерности изменения пс'.гаэвтелей бурения от режимных параметров для оптиикзвции процесса бурения;

- разработать высоиопроизводжельныз долота для бурения на бель« сих глубинах.

7. Долота с усовершенствован! пй гидравлической схемой проккшш внедрены в Норильской НГРЭ ПК) "Красноярснгеология" и скспедиций Р324 ГКО "Сосновгсслопш". Внедрение втих долот позволяло повисить производительность бурения на ЗОЙ и снизить себестоимость 1 штра бурения ив 20$.

Основные поасяания писсертацни агдубликовены в елеяуших работах:

1. Цугм увеличения скорости бурения глубоких спвюш! в условиях Якут .кой АССР - В с5.: "Матсриели конференции науччнх сотрудники». И: ВостСибШЖ'ГмЧС, 1970» с. 49-Ш.

2. Олат соБера13нствования технологии бурения екгшхин долотами диаметром 295 км в условиях Якутии.- З.И. Техн. и техз'.ол. геолого-розв. работ; орг. производства. И.: ВЙЭ"С, 1975, ?Яо, с.Г/--2У (си-авторы А.М.Зотеев, М.Н.Григорьев, А.А.ЦуляевскнЯ).

3. Некоторые особенности технологии турбинного бурения глубоких скважин в Якутской АССР.- В сб.: Китеризлм конференции нзучных сотрудников. И: ВостСибШШШЙ, 1972, с.19-21 {соавтору В.Я.К»>«аийен-г.о, В.К.Козырьков).

4. Пути повышения экономической еффедаивкоети буроенх роСот нефть и газ в Восточной Сибири.- В сб.: Мвтерггт ггонферекцая, пул« пошвемия экономической эЗДзктшост» геологоразведочных работ", й.., ЕИЭМС, с.29-31 (соваторы А.П.Маркса, Л.В.Яяукт, В.А.Дгиба).

5. Временное методическое руководство по технологии турбинного бурения струйными (гкцрог.?ошге зрндаи) долота к и в терригенных отло -».енилх. й.: Из-во Вост.-Сиб. правда, 1977, с.66 (соавторы А.А.Пу -ляойский, Б.Г.Аксементов).

6. Повышение производительности гидромониторных долот при тур -бюигом бурении разведочных скважин з- Якутии«- В сб.: Обмен опытом . по ссзеряенствоваикп технологг бурения и испытания скважин в Восточной Сибири и Якутии." Изп-во Вост.-Ск?.про«да, 1976, с .27-29

(соавтора А.А.Пуляевский, В.Г.Аксаментов), ; 7. Механические свойства горных пород и технологические пера -метры бурения глубоких скважин в условиях Хапчагайсного гшдпятия Якутской АСОР,- В сб.! Геология и полезные ископаемые юга Восточной Сибири, И. i ВостСибНШГГиШ, 1974, с.П-14 (соавторы A.AJiy -

ляевский, В.А.Иванов, Л.Б.Якунин).

8, Энергетические критерии Оптимизации режима бескернового бурения сквежин. Л.:ВИТР, 1901, I9BI, с,26-31 (соавторы А.А.Пуляев-сний, А.А.Фигурак, В.П.Шашилов),

9, Использование обобщенной функции желательности в качестве критерия оптимизации при исследовании процесса разрушения горных пород, Деп. if-34 МГ-Д02, опубл. IB.02.1962, 165 п ( соавторы A.A. ¿]уляееский( Л.К.Воронова).

10, Буровое долото, - A.C. Ш1*?0е9 В.И., 198?, JFS2, (соавтор В.А.Дзыба,- В.И.Склянов).

11, Вуровое шарошечное долото,-A.C. .VI416656, В.И., I98B, (f-30 (соавторы П,Т»Мачеча, В.И,С*ошнов, Т.П.Бронникова).

12, Исследование блияниа схем npOtatmkJi долота на эффективность бескернового бурения // Современные технические средства и технология бурения геологоразведочных скважин с применением ГШ.- Л.: ВИТР,' 1990.- С,78-66.

Подписано в печать a os Р>п формат 60x90 1/10

Усл. печ.л. iti$ Тиран 100 вна. Заказ %270