автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Теоретические основы разработки технологических параметров направленного бурения скважин с применением компоновок, гидроударных и пневмоударных машин

ЦШСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН КАРАГАНДИНСКИЙ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАИШИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ЦУЗАПАРОВ Ыарат йанибекович

ТИОЕЕШЧЕСНИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНСШОГКЧЕШХ ПАРАШГЗ НАПРАВЛЕННОГО БУРВШ США2йН С ПШ2НЕЭДЕМ Ш.ШОНОБОК.ГдаУДАР1СЙС И ПНЕШОУДШШХ МАШ1

05.05.06 - Горше нашим Сизциадьчасти: 05.15.14 - Технология и техника

геологоразведочных работ

Автореферат .

диссертации на соискание учёной степени доктора технич1 "их наук

Караганда-1993

Гасота выполнена на Казахском производственном геологическом предприятии "ЙЯКАЗГЕ0Л0ТОГ Министерства геологии и охрены подо Республики Казахстан

Ведущее предприятие - ЦЕШРПЛЗГЕОЛОП'Л

Официальные оппоненты:

профессор 2$ЕТЕС0В Сантай СулеЙмеиовии профессор ТКАЧЕНКО Артом МихаПг. вич профессор КИСЕЛЕВ Андрей Тимофеевич

Завита диссертации состоится "24 " . февраля И04 г. г 1400 часов на зрседапии специализированного совета Д.14.22.01 при Карагандинском политехническом институте по адресу: 470075, г. Караганда, Еульвэр Мира, 56.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Карагакдин-окого политехнического института. '

Автореферат разослан " " Января 199-1 г.

доктор, технических наук доктор технических наук доктор технических наук

Учений секретарь специализированного совета, канд.техн.наук, дыент

КЬШРОВ К.Б.

ОЩЛЯ ХАРЖГЕЕ1С2ИКА РЛБСШ

А1ПУЛЛЫ20СТЬ ПРОБЛЕЙ. Одним кз приоритетных направлений геологической ^ граслн коляется создание :: внедрен—о новых методов, методик, технических средств к технология геологоразведочных работ. Дад расширения и усиления поискозс-разпе-дочиых.работ в районе действующих горнорудных 'предприятий к обеспечения прироста запасов растут объёмы механического колонкового бурения, уЕвличизаптея глубину сквззмн до 1Ь00...2ГС0 м и более. " ..

Необходимость точного пздсечення рудных тел на -лубоких горизонтах-при'сдкозреиенном обеспечении'высоких скоростей бу-ренич -'задача технически довольно сложная к мотат быть решена на основе оптимизации процесса направленного бурения.

Отраслевой кс'дшхекснс?. целевая програхмй по направленному бурена на ближайаие годы предусмотрены работы по создание.-.

коипоновок различного назначения и технологических методов бесклинового:регулпрэойкня интенсивности искривления геологоразведочных скважин;

тгоретических основ к пакетов-программ автоматизированного проектирования к оперативного управления трассат*, направленных к кногоствольтевс CSB3SHI различного назначения, в ток число с использованием плоттеров и лсрсонадь—¿x 3BÜ.

Peseicse этой вг хной лробпе^у народно-хозяйственного значения требус.', прежде; всегс, ревизии современных взглядов, объективной и критической переоценки утвзрдивхихся хонцеп^ Л з теории и практике направленного бу; зния сквглин. Проблема управления искривлением скЕшетн диаметром 76, 59 и 46 км приобретает одно из наиболее вааных значений при поисках и разведке месторождений.

Лрошаяенмое освоение современной буровой техники и про •

грессивно!' технологии - высокооборотное бурение на основе ЛБТ г. СБТ-54, ССК-59, ССК--46, унифицированные гидроударные мадлиы, а таюг.е применение последних в комплексе с алмазнам инструментом и т.п. - яе'.'лось поворотным пунктом б раЗБКТШ! колонкового бурен.л в стране. Предполагалось, что такал многоплановая реконструкция в 6ypeir.ni позволит попутно решить весьма ватную и вместе с тем глобальную"проблему - проблем снижения интенсивности искривления скважин. Ка практике обострение этой актуальной проблемы шэвало новуя золку поисковые работ, направленна на борьбу с неггтвнш искривлением скважин Следует признать, что ведутся они, в основном, по традиционному пути - по пути механической реформации известных и создания стереотипных средств искусственного искривления.

К настоящему времени уже создано большое количество технических средств искусственного- искривления скважин малого диаметра, накоплен бегать;;! опыт их использования применительно к местным условиям. Однако, при.'всей разнице в геологических условиях, при всём отличии организации и техническом уровне производства есть фактор, который повсюду действует одинаково: надёжность отклонителеЯ и их результативность не превы-па г 60-65 процентов. ¡.¡ноголсткий опыт убездает, во-первых, сколь плодотворной была идея съёмных и бесклиновых от-клонителеа и, во-вторых, что альтернативы кл г.^ка нет.

Таким образом, решение проблемы разработки научных основ технологических методов регулирования заданного и профилактики негативного искривлен;«! сквачнн с целью значительного сокращения непроизводительных затрат на постановки отклонктечеЯ, повышения производительности бурения и качества геологоразведочных работ является актуальной задачей, имеющей народно-хозяйственное значение.

ЦЕПЬЮ РАБОТ!! язляегся научное обоснование и разработка технологических методов регулирования заданного и предупреждения негативного искривления скваташ гидроударныж и пневмоударнши малинами и при вращательном бур&нпи, "беспечивачщих качество и значи -тельное повышение производительное?:: геологоразведочных работ.

ССКОЗНАЯ ИДЕЯ РЛВЗШ заключается в использовании ординарных колонковые наборов для управления трассой направленных скважин.

. З.АДЛЧИ ЛСС^ЕДРЕАН/ТЛ. Для дост:ае!г,ш поставле-чоП в диссертации цели бьяи резены следу-очке задачи:

1. Исследовать на фиэическо? модели общи;1 принцип регуляции зенитного угла на основе системного анализа главшл. факторов, определявших качество (направление, знак) искривления с к пакты.

2. Разработать критерия оптимальности.или регулятор зенитного искривления скваяшш.

3. Создать математические модели главного параметра- . оптической длины колонкового набора - применительно к каждому способу механического колонкового бурения: ударно-вращательному, врацательно-ударному и вращательному,

4. Построить общую математическую модель интенсивности зенитного искривления скважин.

5. Разработать регламент-номограм:.5у д«<г каждой разновидности бескликовой технологии в зависимое "45 от способа и вида бурения с учётом структуры КНЗК, ссевс,> нагрузки к частоты врзчения.

6. Со?чать методику автоматизированного проектирования и на её основе составить атлас рабочих галеток трасс направленных скватош с использованием графопостроителя АТЛЛС-5 ЕС-1035.

7. Обеспечить экономна. ~>сть направленного бурения глубоких скваглн за счёт сокращения непроизводительных затрат на искусственное искривление путём широкого внедрения профилактических мер ка основа бесклиновой технологии.

- ч -

• МЕТОда ИССЛЕДОВАНИЙ. Сложность и ксиллексность поставленных задач предопределили различный методологический подход к их г -!вен1го:

- исследование и построение принципа регуляции зенитного искривления скважин - методой возможньк перемещений (¿¡Щ ударно-, вращательного) и методом кинетостатики (для вращательного и вра-щат ел ь ко -ударно го бурения) ка основе фтческого моделирования системы "схватина - вразрлцаяся КНБК";

- исследование закономерностей естественного искривления сквакин и построение статистических ыодсле? - метод регрессии с применением ЭЕ>'•

. - метод активного зкслерикснта - при проверке собственно принципа рехуллцяи зенитного искривлен::.'; сквагпн;

- метод пассивного эксперимента путём идентификации входных и выходньк параметров технологии упраалешах зенитньзл искри--влениеы сквал;ик; '

- разработка критериев эффективного управления ка основе математического моделирования интенсивности зенитнс-'о искривления скваяин;

- построение вертикальной и горизонтальной, проекций пространственно искривленной скв&г/.нн - автоматизированным методом ' на графопостроителе ЛТЛЛС-5 ЕС-1035;

- опытно-производственные исследс -гш;ш для нахождения наилучшей альтернативной технологии, обеспечпгаоцей профилактику

и регулярно зенитного искривления в различных производственно-геологических услоьиях.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОДСЕЕМ:

качественная (направление, знак) и количественная (интенсивность) характеристики зенитного искривления скважин достигается ' з зависимости от геологических условий и способа бурения за счёт

целегого управления рядом технических и технологических параметров: диаметра и зенитного угла скзеккны; диаметра, веса и -длины полуволны нижней свеч:: бурильной колоши, колонкового набор.". гидроударной и пневмоударной мазины, эжектора, .траяателя гидро-удармк волн, компоновки ССК и пи КССК; плотности пород и выхода керна; частоты Ерацеыш снаряда к осевой нагрузки. Оптимальное соотношение перс -¡исленньк параметров оценивается динамической моделью, отражаовей равновесие ККБХ ( компоновки низа бурильной колонны ) как основной фактор механизма зенитного искривления скважин;

,основной принцип регуляции зенитного искривления определяется подбором критической длины колонкового набора - первой, второй илч третьс-П критической - разновесной соответственно одной, двум пли трём полуволна!.: никоей свечи бурильной колонии;

э конкретных геологических условиях, вызывающих негативное естественное выполаживание окЕачсин, т.е. сквдаин с пологительнш вектором анизотропии меньшего сопротивления горных пород, задача стабилизации зенитного угла достигается применением колонкового набора длиной, равной первой, второй или третьей критической; задача п н к р у ч и п а н и я или уменьшения зенитного угла достигается колонкоеш набором длиной, меньшей первой критической длины;

в геологических условиях, зкчыааягцих негативное естественное з ы к р у ч и з а '* к е скчаяин, т.е. скваяин с отрицательным сектсрок анизотропии, з_ддча стабилизации или а и -я о л а е и в а н и я достигается применением ксмп ювки с ги,. .-роударной или пнеи'.оударн1- малиной с утяяелэнна'ч бурильными трубами (УБТ), используемыми з качестве нижней свеч:!, и с колонковых.! набором длиной, превыикаглей первую критическую; .

в геологических условиях, не зькзывапцих искривление скь-яш,

т.е. скважин с параллельным вектором меньшего сопротивления горных пород, задача в ы п о л а к и в ания .достигается применением с гупекчато-'парнирных компоновок с гидроударноЯ или Пнев-моударнр" машиной с кижией сзсчоЯ из УБ1;

одним из основных факторов регулирования интенсивности зенитного искривления скваяаэд является .-частота врачедая ¡снаряда; ■ В одних и тех же условиях 'интенсивности, зенитного искривления скватин при частотах вращения снаряда ¡300, ¿50'П 750 оборотов в №геуту находятся в соотноаении 1:2"^:37^

ДОСТОВЕРНОСТЬ научных положений, выводови рекомендаций, сформул:!ровсчных в диссертации, сбосиовсии: статистическим (регрессионным) анализом большого обгёыа производственна материалов и экспериментальных даншгс, оцениваемых критериями Сткзд"1гга{7') для Ь% уровня значимости и Нигера. ( ; устанослзаконо -мерностей естественного ксиривлейй 'сквагжч с использованием ЭВМ;.

здедированиег.; процесса искривления'и.проверкой, .судимостире эультатоэ теоретически: • Скоиотрай«'.«- пайе*оц).* выполнетарс на графопостроителе АТЛАС-5 ЕС-1035, и экспериментальны., "(скважин -ных ) исследований с применением современной измерительной и рет-. гмстрирузицей аппаратуры ^ апробированием основных теоретически положений по выбору оптимальны; параметров комшжоаок*, разрабо -танныс автором, а также -шложкгёаькш опытом их .-¡айсового использования в производственной практике геологических организаций России, Украии и.Казахстана,

НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертационной работы заключается в разработке: •

научно-методич-ских положений, 'вктачая^их: катема-ическое (динамическое) кодеяиро^ание системы "скват^на - •враща'очаяся КНБН метод расчёта длины полуволны бурильных труб геологоразведочного ряда - СБТ, ТБТ, ЛБТ, ССК иКССК,- исходя из допустимых осевых

нагрузок и бесклинового управляемого диапазона зенитных углов;

теории-управления зенитным искривлением скзатпш на ос1 ове исследования равнозесного состояния Кг!В'{ с учётом реакции внеп-каЯ среда, т.р-. влияния геологических факторов;

систематизации токологических методов, позволяю-

щей осуществлять целе. 1правлвннь:Я ясисн.'и нахсздеиие альтерна -! тибных вариантов - путеЯ репегеш новых к назревачцих в процессе бурения- проблем управления эенитнъ± .искривлением скважин;

основы форилрозания структуры и принципов создания компоновок низа бурпльноГ: колоти для выкручивания выполаяивакнцихся наклонных схватдн с аенитиш«^угл«и01 более 15°; для шлюлазивания ^выкр *чкзащкхся катонных скзздскн; для обеспечения прямолинейности ствола глубоких вертикальных и наклонных скважш без применения средств искусственного ис:ривления.

ЛИЧН1и1 В:ШД автора состоит а постановке проблемы и опре-делениг. задач исследований; в разработке пшнципса построения -общей для всех способов бурения математической модели интенсивности зенитного искря. .:ения скв&таа; о разработке теории технологических процессов зенитного искривления скважин с использованием НКБЯ на. основе отечественного ряда бурильных колонн и забойных мелшн; в классифицировании технологической систеш управления зенитным искривлением скважин, определяющей наиболее эффективнее варианты направленного бурения; в научном обосновании структуры КШЖ дчя выкручивания выполюкквая:цихся, выгораживания тикр-'чивсщкхся, с*, биякзэдш кекривляяцнхея скважин в условиях сильного противодействуя геологических фактора ; б непосредственном участий в проек—фовании и внедрении в производство Vаналогических методов упразденил зенитный искривлением ск затми; в-выбора.направлений и методов дальнейших исследований.

ПРАШЧЕШЯ ЦЕННОСТЬ работы заключается в разработке: методики выбора оптимальной длины колонкового набора для ре-ления задач стабилизации, выпола»;ванил или выкручивания зеиитно- • го углг скважин - б зависимости от конкретных геологических условий;

блока управляющих номограмм расчётной интенсивности зенитного искривления скважин диаметром от 132 до 46 мм;

атласа рабочих палеток М 1:2000 и 1:5000 на графопостроителе АТЛАС-5 БС-1035 для проектирования трасс направленна сквахин диаметром 112,93,76,59 км на основе бесплановой технологии;.

сффек.ивкых вариантов бесклиноЕОЙ технологии, применительно к конкретны.: регионам в масштабе отрасли.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. В результате опытно-производственных исследований внедрены наилучеие альтернативные варианты - всего 31 - бесклиновой технологии применительно к ударно-вращательному, вращательно-ударноьу и врег4ательног4у бурению, обеспечива-• ющие профилактику и регуляция зенитного искривления глубоких направленных сквткян в различных геологических регисах РОССИИ, УКРАИШ и КАЗАХСТАНА:( табл.1 ):

с 17!& г. промышленного внедрения- получили 4 варианта -компо-овки с гидроударньыи машинами Г-7 и Г-7СУ с нижней езечой из бурильных колонн СБТ-50 к УБТ-73(- и геологических объединениях ЮСТКАЗГЕОЛОШ и СЕЕЗЛПГЕОЛОП'Л ' РС2СР ); с 1986 г. промшленкого внедрения получили : 2 варианта - шеокооборегноо бурение скваяин диаметром 59мм с применением бурильных колош СБТ-54 и СЗэШ-42 - в объединении КИГОВГЕОЛОГИЯ ( УКРАИНА ), обеспечивающие полную стабилизацич зенитного угла на протяжении 300-400 м;

4 варианта - гидроударньми машинами Г-76У и Г-763 с чередованием свечи из бурильных труб СБТ-50 и УБТ-73 - э объединениях

Восточного, Центрального Казахстана к Северной Карелии,- полностью обеспечивают профилактику зенитного искривления;

4 варианта - ССК-59, ССК-59НБ, ССК-59Ш и ССК-59ВСК - в ,бъ-едшзнии ШСАСГЕОЛОГ/Л - позеолячт более, чек в ¿.0 раз снизить количество постановок искусственных отклокителей;

б вариантов - ¡ССиС-76, вращательное бурение скважины глубиной 2500 м диаметром 76 ш с нижней свечой СБТН-63,5, бурение мгминами Г-7 и Г-76У с СБТН-50 и СБТН-63,5 - позволили пройти 1500 метров основного ствола скважины СГ-1 без постановог отклокителей (объединение СТЕПГШ0Ш1 );

4 варианта - Г-76В и. Г-59В в сочетании с обычм > алмазны/ бурением с применением бурильных колонн СБТ-50/42 ( объединение ВОСФ({ЛЗГЕОЯОГИЯ) - на 25-30 % снижают количество постановок искусственных отклонителей. Таблица I

Объёмы л фактическая экономическая эффективность внедрения бесклиновой технологии управления зенитн*ч искривлением скважиц в.геологическя^о|гш«|зациях РОСыЙ, УПРЛИШ и

Т !л/? н Ьактиче- 1в том числе ПР"

Общий Iский э!'- методическом ру-Гапн »Производственные объем ; {ководстве и не-

внепоения геологические внед- посредвтвенном

внедрения | объединения {Рен!М'1фект, {участии автора

' |тыс.м |тыс.руб. }тыс. м |тыс.руб.

1976-1989 Востказгеология 445,0 369Г.0 99,2 824,6

1984-1985 Центрказгеология 5,1 - 5,1 -

1984 Зяпкаэгеод„гия - 2,2 -

19Б5-1988 «х*каз геология 18,3 Р.7,2 12,2 127,2

1987-1988 Севказгеология 15,7 - 2,0 -

1987 Кировгеология ■ V .115,6 1,3 6,5

1987 Севзаягеология 3,4 - 1,5 -

1987-1989 Степгеология 7,2 300,0 7,2 300,0

Нккгео СССР ' 520,0 4240,8 130,7 1253,3

ЛИВАДИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всесоюзных (Зьфяковск-1977, ■ Баку-1973, Чита-1930, 1338; Алыд-Ата-1033, лиев-1983 ) и Республиканских (Аг *-Ата-1974, 1975, 1977) школах передового опыта, совещаниях и конференциях; на заседании Экспортно-координационного сос^.а Мингео СССР по направленно^* бурен;® и икклиноглетрии (Усть-Каменогорск -1337); на научных сещгнарах СКВ КПЗ "Геотехника", ЛГИ им.Г.Б.Плеханова и КазГШ км.В.К.Ленина; курсах повышения квалификации руководя^: кадров казахского филиала КПК Мингео СССР, а так:::е технических советах кког;:;с предприятий Ыкнцветмет и Нингео СССР. Методические разработки экспонировались на ВД'1Х Казахской ССР, B,'J;iX СССР и выстазке "Коу-Хау" по Программа "ТЕСЮПОЛИС-ЭЗ".

ЕУЕшРМ^Я. Основные положения диссертации опубликованы в 42 печатные работах автора, в том.числе S методических руководствах и указаниях, 5 брокерах, 20 научных статьях : тезисах, I авторском свидетельстве.

ОБЪЙ«! К СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения и изложена на 297 страницах машинописного текста, включает 7В рисунков, 12 таблиц, библиографии из 225 напоенованпй, 5 графических и «I текстовых приложений.

ОСНОВНОЕ С0ДЕР£АЖЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматривается состояние вопроса и раяви-s тие оптицизацик направленного бурения в СССР, ' ^основывается необходимость и выбор направления проводк:.ак исследований.

В довоенный период, начиная с двадцатых годов, благодаря исследованиям А.Н.Диннкка, К.Л.Капелюскикова, Ч. Л. U о чул ь со г о, П.Кулле, В.П.Лобимова, В.И.Козитченко, ело иакоачекие элемен-тарних понятий о процессе искривления,причинах его возникновения. За рубеяои исследования проводились Г.Вудсом к А.Лубинскиу.. Б С'Х? наклонное буре, ло получ::ло широкое развитие в работах Li. II. Гул из аце, С.М.Кулиева, А. Г. Калинина, Г.М.Саркисова,

D. С.Васильева, А.Н.Шаньгина, А.С.Станнгевского, Н.А.Григоряна,

A.С.Бронзова, П.З.Валицкого, Ы.М.Алеясандрова, Л.Я.Сушона,

B.Г.Григулгцкого, В.О.Еелоруссопа и др.

Определяется влияние киже!! части колонны (КНБК) .формали-зуэтся сзяз:: ие^ду параметрами и закладывается основы оптимизации каклолко-напразленкэго бурения: выделяются три основные силы, дейстэуяцие на , элото а сквазкие - осевая сила, сила возврата труб к вертикали и сила реакции стенок скьажины, т.е. для коррекции угла наклона используется сила тяжести (з*>фект отвеса).

За последнее года результаты расчётов КК5К в JCCP к за ру-беззу стали совпадать» что объективно свидетельствует о правильности тех и других расчётов. Однако, за рубехесм.до сих пор не учитывается влияние геологических факторов при расчетах КНБК с м; явственной центрацией, считая, что see породы изотропны.

Наиболее активными язляэтея конец пятидесятых и качало вес хдесл-гых годов, когда была понята важность для механического колонкового бурения. не только геологических, но и технико-технелогичееких йактсроз. Начало систематическому анализу закономерностей естественного искривления сквааг было заложено Б.И.Всздв-.'ленским, М.Г.Васильевым, С.С.Сулакзнным - 1054 г., Д.Н.Бсг::атсв:л.!-19об г., З.П.Зикемко - 1557 г., В.В.Шитпхиным, А.А.Сорокиным - 1958 ., А. Г. Калининым, Ю.Л.Боярко, О.В.Кругловым, И.М.Юдбсрозским, Ю.В.Цатвеевыы - 1959 г., Ю.Т.Цорозовым, А.М.Кур-«coesas, З.З.Баакчиковой, Б.3.Султановым, А.И.Дуаиным - I960 г., З.Е.Кэпылсгым и А.Б.Колесниковым - 1961 г., А.С.Золкогым -1562 г. и др. Отечественная наука и практика направленного буре- . дал обогатилась целой серией трудов С.С.Су.!.~кшпна, А.Г.Калинина, О.Т.Ыорозова и др.

Зтот период, самый прэдояяиа льный, откосятся к способу, стагаему, как нзвесг-ю, эпоследствии анахронизмом, - дробоьому, на смену которому пришли ^олее производительные и более прогрес- " сивкке: и гидроударный - с TS63 года, пневмоударный -

с 1969 года, гидроударнз^алмазкый и ССК - с IS7I-I972 гг.

Вопросу искривления сразим при ударно-врзца'-гльком буре. ¡и 1'идроударкикаки поезедени работы Л,Э.Графа, А.Т.Киселёва, Д.И.Когана, 0.2.С; --.рнога, Е.В.Алеутского, А.Закирова-Зиева,

C.В.Шаравнна, Б.Е.Схобочккна, И.П.Ыельничука, Н.В.Рогальского, А.К.Данилина и др.

пнев-оударникаыи - И.В.Куликова, В.Н.Воронова,Г.Д.Коваля, И.И.Николаева и др.;

снарядами со съёмными керноприёмникаки - Ю.Т.Морозова, Н.Н.Бухарева, И.И.Гинзбурга, Д.Н.Пл&вского, И.Н.Страбыкина, И.П.Мельничука, А.К.Урзумова и др.

.С.Сулакшины.! (1960) впервые предложена схема, а которой механизм зенитного искривления сквагхины сводится к следующему 5 отклоняющая сила действует интенсивно с сторону висячей стенки (выполаживание), если составляющая веса колонкового набора незначительна (лёгкий набор, т.е. коротки?*, а если вес набора имеет значительную величину (набор тяжёлый,, т.е. длинный), то действие нормальной составляющей будет.значительным, и буровой наконечник начнёт интенсивно подрабатывать лежачую стенку (выкручивание). На практике, как известно, это положение не только не подтвердилось, но и давало обратные результаты.

Вместе с тем, концептуально,лучшей альтернативы данной схеме не оказалось, и она послужила основой для дальнейаих поисков, так как только в ней учитывается совместное влияние н пане й (набор колонковый) и а е р х и е И (нижняя свеча) частей ННБК на зенитное искривление.

В исследованиях В.Н.Алексеева, И.Н.Страбыкина для верти-'' кальных скважин, Г.А.Воробьёва, Б.А.Новожилова, Й.В.Кодзаева, В.П.Кршшгонаса, 11.Н.Щербакова и др. для горизонтальных скважин не получены стабильные рззультаты возникновения стандартных форм движения бурового снаряда в чистом виде. По классификации В.И.Алексеева гребии полуволн бурового снаряда могут иметь один из трёх стандартных видов вращения:.;^ - вращение вокруг оси скважины, - вращение зокруг собственной оси, р'з - вращение с отрицательным обращением. Экспериментальное изучение позволило подтвердить наличие в действительности различных садов движения: хаотическое - типа ¿о Т ¿3 ■, периодическое -типа ¿2 ^з , к.угильные колебания ^ (В.Н.Алексеев); -с постоянной, ~ нулевой и ¿3 - переменной угловой скоростью обращения (И.Н.Страбынин). Ю.З.Кодзаев приходит к выводу, что вращения колонкового набора вокруг оси скважины не должно быть, В.П.Криктонас и М.Ч.Щербаков экспериментально подтвер доадт обратное.

Очевидно, еще рака говорить об окончательных выводах по этим работам в контексте искривления скважин, так как, за ис-

кяочешюи В.В.Кодзаева, часть из этих рабо? касается только бурильной колонны,- без учёта колонкозого набора, часть -только лгаь колонкового набора,- без учета бурильной колонны. Причём, во всех эти/, работах имеется несколько очевидшх изъянов: во-первых, полуволна.расчитывается не : ) Г.Вудсу и А.Лубинскому, а со-Р.К.Саркксо:.*, где не учитывается один из вагнейгих факторов - зекитьий угол сквата:ы; во-вторых, весьма ограничен диапазон углов (О и 90 градусов); в-т'етьих, но установлена фактор и не описаны услозия перехода одной формы динамического равновесия в дру1-уа и ке определены условия воз-никнссеиня тогг или иного вида движения, что г.озгулило бы не только управлять процессом, ко прогнозировать «аправленп ас-.краалйо« сяйсканв,.

Лнал::зируя результаты ранее „'роседёшг.к исследований, следус? шзод» тоо они-касались незначительной части из всего мн01,ообраз:!Я1!апра2Л5»г.^х скпаяс.н и были нацелены на репение одаой-е^ийствегшой задач!!'- сретения интенсивности искривления, причем, в 'ущоЫщ естее^аекноро .'вяюлаздэаияя скважин.

• проблем по бесклиновсму ре-

гулироаащга кнтенсизнобта искривления геологоразведочных с-эа-жя! лоадужилд, основание для■ проведения сер;м теоретических и> производстпшп10-эксйерикс1!тало!шх исследований, изложенных

. ' Во. второй глазе рассмотрены

параметры скатай части бурильной колонны, критическая длина колонкового набора, о к спернмеп тал ь нал проверка адекватности форели • ?иткческой дешщ и вывод основного у^-шнеикп зенитного искриаленга скаа-тины.

' Г.Вудсон к А.Лубинским било ; лановдеяс, что на отклонение забойно Л кожзноени оказываем влияние только коротай участок колонед бурлльньзе труб. п прямолинейной скважине при отсутствии или достатС шо малой взлнчине осевс4 нагрузки.бурильная колонна остаётся прямолинейной. Осевая нагрузка по мере увеличения достигает критического значения при котором бурильная "олонна из га -'ается и соприкасается со счалкой сквакины - это называется продольны.! изгибом г-рвого порлдка. При дальнейшем увеличении осевой нагрузки она приобретает новое критическое значение, при которой бурильная колонна изгибается вторично - продольный изги* эторего порядка. В зависимости от величины нагрузок происходит из г.:б третьего и вшаих порядков.

Продольный изгиб первого и второго порядков происходит тогда, когда расстояние от нейтрального сечения (сечение, в котором скатал часть колонны переходит в растянутую) до колонковой трубы или верхнего переходника шевмоударной или гидроударкой машины составд. л соответственно 1,94 и 3,75 без размерных единиц (б.е.). Длина I безразмерной единицы веса в метрах определяется выражением:

, м (I)

'Рт

где Е - модуль £нга в даК/см^ ;

О - момент инерции поперечного сечена, бурильной трубы, см^; П-г- вес I м бурильной колонны (гасшей свечи), даН/м. Длина геакней полувол.-.,ыл^/.гзаЕискт от осевой нагрузки, зенитного угла с/скважины и определяется соотношением ----- , где 9 - зенитный угот сквач:ины в радианах, ^

VI - уде иовестная величина, £ - кажущийся радиус ствола сква'хины и метрах.

Величина к&тсугцегося радиуса (стрела прогиба колонны J скважине определённого диаметра) скважины определяется из выражения:

/у

--— , м и)

А)С-С/Т

2

где диаметр сква-кины, г.: ;

с{—- диаметр бурильных труб ( нижней свеч:! ), м. .

В табл.2 приводятся расчитанные нами длины полуволи отечественного реда колонн СБТ, УБТ, ЛБТ, ССК и КССа для скважин диаметром от 132 до 46 км и диапазона зенитные углов от I до 45°.

'чагизирул результаты исследований данной главы, можно убедиться, что распространённое мнение о том, что уткнедёшаю трубы "жтсткле" игл "меньхе изгибаются",- осибочно. Более того, при одной и той же нагрузке, зенитном угле и диаметре скважины длина полуволны СБТ-50 значительно превышает длину полуволны УБТ-73, т.е. последние сольце изгибается.

Сила, с которой изогнутая колонка делстэует на стенку сква-яины, определяется по формуле;

& = /-/г * ' даН (3)

Н/ п

¡о Г.Будсу у. А.Лубкнскому полуволна- это отрезок мехду переходником и первой точкой касания колонны стенки сква-кины;* ь отечественной литературе эта гке величина - четверть волка.

- 15 -Длина полуволны Д, (м)

Таблица 2

Осевая !' ' _ Зенитный ¿фол скппжинт^г^адусы_____ _

7'5" ! "10 Г 15~! 20 Т 25 I 30 35~Г 40 Г ~45 "

I 2 ! 3 ! 4 ! 5 ! 0 ! 7 } 8 ! 9 ! 10 !• II

А Бурильные трубы СБТК-50

Диаметр сквачинц 132 т.;

250 8,14 6,92 6,33 6,01 5,69 5,46 5,27 5,11 4,56

500 7,31 6,46 5,98 5,63 5,35 5,15 5,0 4,88 4,77

Диаметр скс&тины 112 юл

250 9,76 7,С4 6,52 6,61 5,52 5,32 5,12 4,94 4,76 4,60

500 8,0 6,97 6,11 5,65 5,29 5,04 4,69 4,/4 4,61 4,49

700 /,5 6,51 5,06 5,49 5,20 4,99 - - - -

1000 7,0 6,06 5,62 5.Э1 5,12 4,95 4,79 4,65 4,52 4,14

.Диаметр <■-свежины 93 т

250 9,0 7,05 6.С8 5,55 5,20 5,0 4,71 4,52 4,39 4,29

800 7,7 6,82 5,72 5,23 4,94 4,73 4,56 4,42 4,2" 4,20

700 7,2 6,03 5,48 5,10 4,87 4,67 - - - ^ -

Диаметр скпанпнц 76 од

120 9,71 5,62 5,48 4,96 4,62 4,48 4,26 4,12 3,99 3,89

250 '7,94 6,32 5,3а 4,00 4,56 4,35 4,18- 4,07 3,97 3/7

500 7,77 5,84 5,17 4,70 4,42 4,24 - - - -

700 7,48 5,70 4,97 4,57 4,32 4,12 3,97 3,85 3,75 3,65

1000 7,02 5,53 4.82 4,43 4,19 4,0 3,86 3,74 3,63 3,53

1200 6,84 5,36 4,6-8 4,3 4,06 3,В7 3,73 3,62 3,50 3,40

1500 6,02 5,0В 4,46 4,1 3,87 3,63 3,55 3,43 3,32 ■5 о о |

1700 6,22 5,01 4,38 4,05 3,82 3,63 3,49 3,37 3,26 3,16

2Ю0 5,76 4,66 4,12 3,82 3,^ 3,42 3,29 3,17 3,^6 2,96

Дна!, лр сквах лнц 53 км

500 6,56 4,75 4,11 3,02 3,60 3,47 3,33 3,17 3,08 , 2,98

7С0 6,20 •.,57 4,02 3,74 3,5. 3,37 3,25 з.г 3,03 2 43

1000 5,9 4,45 3,92 3,65 3,45 3,30 3,18 3,08 2,97 2,87

1200 5,6 4,33 3,85 3."^ 3,39 3,24 3,12 .,01 2,91 2,81

1-00 5,3 4,23 3,77 3,51 3,33 3,18 3,06 2,95 2,86 2,76

Продолжение табл.2

! 2 !

3 i _4_ I _5_ _!_ 6 _!_ 7 X

Б. Бурильные трубы СБТК-42 Диаметр скважины 232 va

6,37 5,66 5,55 5,27 5,91 5,49 5,19 4,95

Диаметр скБат-сшщ 112 км 7,14 6,05 5,57 5,24 4,90 6,42 5,65 5,24 4,92 Диаметр скважины 76 ¡»t 6,01 5,29 4,74 4,44 4,62 4,39 4,15 4,06

О ! 9 ! 10! . II

150 300

150

300

150 300 500 800 1000 1200 1500

1000 1300 IUiO

250 1200

7,66 6,63

4,СО

0,10 7,40 6,60 6,10 5,92 5,72 5,56

4,74 4,52 4,30

7,50 6,42

1200 5,20

250

IIC0

1500

9,33 7,69 7,21

5,82 5,05 5,30 4,75 5,13 4,55 5,01 4,44

4,90 4,33 4,77 4,19

Диаметр 4,36 3,80 4,13 3,64 3,90 3,40

3,96

4,33 4,12 3,91 3,03 3,72 3,5i

4,10 4,13 3,93 3,75 3,66 3,54 3,37

4,55 4,36 4,35 -4,16

3,80

сквымш 59 mí 3,50 3,29 3,16 3,35 3,15 3,01 3,20 3,02 2,33

В. Бурильные трубы ЛБТН-54.

Дкакотр'скважины 76 мм 5,92 5,18 4,73 5,64 4,97 4,59

Диаметр скважины 59 vu 4,26 3,69 3,40 3,23 3,09

Г.Бурильные трубы СБТ-63,5 Диаметр скважины 76 мы 6.29 5,43 4,90 '4,64 4,46 5,t'3 4,94 4,53 ' 4,SI 4,15 5,82 4,73 4,40 4,21 4,05

СБТ-63,5 (отражатель П0-76)

Диаметр скваж;шы 76 мм

4,06 3,93 3,80 3,62 3,54 3,41

о ot;

3,04 2,91 2,70

3,91 3,СТ 3,70 3,05 3,73 U) OU

3,29 3,10 3,., 3,13 3|0о )J

№ - Гп

V V

2,94 2,85 2,77 2,82 2,74 2;0ô 2.70 2,62 2,54

А «ЭО

4,01

4,11 3,90

4,С2 4,94 3,81. 3,73

2,90 2,84 2,'¡

4,29 4,03 3,93

3,96 зд-;

4,11

3,91 3,79 3,67' 3,81 3,66 3,56

250 0,39 5,65 4,80 4,40 4,13 3,97 3,83 3,70 3,57 3/. »

I

Продолжение табл.2

Л. _!_ _2_'_ 3 _,!_ 4 5 6 _!_ 7 8 _!_ 9 _!_ 10_1_ П_

Д. Углзелешяго бурильные труби УНГ-73 ■Диаметр сквовши 76 ым

1000 6,54 4,^5 3,95 3,67 3,26 3,09 .2,96 Г 04 2,71

1500 6,36 4,53 3,СЭ 3,64 3,"5 3,09 2,36 2,04 2,71

2000 6,19 4,52 3,65 3,61 3,22 3,09 2,96 2,84 2,71 Е. Ьуралыше труби СС1{-76 (КСС,?-7б) Диметр екватшш 76 т

7,53 5,41 4,72 4,ЭЭ 4,05 3,86 3,71 3,09 3,49 3,41

7,30 5,2? 4,53 4,27 3,98 3,79 3,62 3,^2 3,44 3,47

7.06 4,99 4,43 4,15 3,86 3,68 3,53 3,44 3,.Я 3,31

К, Бурилышэ груби СС1С-59 Диаметр сиваыши 33 мл

4,92 4,06 3,67 3,44 3,24 3,12 2,97 2,8Ь 2,75 2,о4

4,76 4,0 33,58 3,35 3,17 3,02 2,07 2,75 2,65 2,55

3. Бурнлыша трубы ССК-46 Диаметр сюзаяшщ 46 мм

400 5,09 3,63 3,19 2,95 2,76 2,62 2,51 2,44 2,ЗЭ 2,31

550 4,93 3,46 3,03 2,07 2,68 2,56 2,'5 2,33 2,35 2,30

700 4,14 3,31 2,99 2,60 2,60 2,47 2,23 2.32 2,27 2,£3

I'. Бурилын;а трубя СБГ-54 Дцпмотр сквозинц 59 ни

5,47 3,45 3,02 2,80 2,60 2,45 2,35 2,26 2,18 2,13

4,23 3,33 2,93 2,72 2,55 2,40 2,30 2,23 2,15 2,10

3,99 3,19 3,83 2,64 2,46 2,33 2,24 2,10 2,12 2,06

3,74 3,04 2,74 2,55 2,3 2,25 2,17 2,11 2,05 2,01 1С, Утякелённые бурнлыше грубы УБТ-57 Дианетр скваяша» 76 гзл

9,95 6,40 5,34 4,54 4,2Ь 4,11 3,97 3,87 3,81 3,73

9,76 6,24 5 22 4,45 4,21 4,04 3,91 3,81 3,7о 3,67

9,56 6,04 5,12 4,35 4,09 . 3*96 3,83 3,74 3,68 3,61

9,2" 6 04 5,02 ,25 4,02 3 87 3,75 3,69 3,63 3,56

9,16 5,6"! 4,92 4,0 3,84 3,7- 3,63 3,56 3,51 3,43

Диау^тр скозйгины 59 ми

6,18 3,61 3,08 2,Р^ 2,63 2,52 2,39 2 "9 2,29 2,29

6.07 3,55 3,05 2,'л 2,63 2,52 2,39 2,¿9 2,29 2,29 6,0 3,5 3,01 2,76 2,61 2,52 2,39 2,29 2,29 2,29 5,95 3,4* 2,96 2,74 2,59 2,5 2»37 2 23 2,29 2,29 5,9 3,33 2,86 2,64 2,53 2,45 2,35 2,29 2,29 2,29

где Рт и £ - уже известные величины;

- коэффициент, зависящий от расстояния мезду переходником колонковой труби и нейтральной точкой, выраженного в безразмерных единицах. Это расстояние обратно пропорционально осевой нагрузке.. Коэффициент О при 1,94 б.с. и сила * О, а пр1. 4,22 б.е.(вторая полуволна касается стенки скважины) коэффициент = 2,7; при нагрузке О и более б.е. £ = 0-10.

11а рис.Т схематически нзобразмн снаряд, состоящий из гидроударника (иневиоударкика) I, колонкового набора 2, а такие бурильной колоши: 2. Причём гидроуда^.шк соединён с колонко-

Рис.1. Силы, обусловливающие ориснтацно забойной компоновки в наклонной сквгзине

Благодаря наличию п забойной компоновко шарнирного шлицевого разъема, мг*к:на своим нютим переходником касается или стремится коснуться висячей стенки, и колонковая труба ориентируется с перекосом в сторону выкручивания скваяины. В действительности ота тенденция имеет мссто и строго определённых условиях и зависит от соотноаеиия с.л, действуодих на компоновку в целом: нормальных*^ составляющих веса, колонковой труби (¡х* кернаОх.п. и мапини 0« . Однако нужно учесть, ;то г.ри отсутствии осовоЯ нагрузки единственной онехией силой, действующей на компоновку, является нормальная составлявшая Ог собственного веса отрезка, так называемой "длины полусолны"£г , колонны мсэду малиной и точкой касания Г .

Если создать осовуз нагрузку, на компоновку будет действовать :: другая сила - сила давлен:«! Г колоши: на стешсу сквааиш и точке 7 .Теперь на компоновку действует одновременно несколько сил: Г - сила давления колонны на стспку еквалинч, 0Г - ноп-мал пая составляющая, нес::. полуволны - с" одной стороны^ относительно точки 0 )% - с другой. Причём силы 0Х иОц.п.* бл; • годаря- эффекту огпсса, соэдапг перелом компоновки о точке 8 -и гларпирнок шлицевом соединении малины с колонковой.трубой.

1 В зависимости от соотноаежш указанных сил Г Мл »

возмотлщ три принципиально различных положения компоновки: I). "очки Г к О находятся на лежачей стснко скважины. При отом точка 5 занимает р апсидаяьной плоскости промежуточное положение шзе оси сквалгны, ориентируя ось колонковой трубы в иапра-влсиии уменьшения зенитного угла.

'¿У. 15 результате накатывания мааини и бурильной колонны на стспку сквааипы о направлении, иротивошложом врацешто, точки Г и О с«ацаэтс« относительно аисидалыюй плоскости, занимает промс уточное полокгнио меаду висячей л ле ачей стенками. Точка

3 при отсм занимает тояо нромекутошоо положение - што оси скватини (п апсидальной плоскости*/ ориентируя ось колонковой трубы п направлении увеличения зенитного угла.

3) .Независимо от положения точек / и 0 , точка 0 занимает такое положение, при . которой ось Коненковой труби и ■апсидальной плоскости совпадает с ось» скватагш. Такая ориентаци.. компоновки соответствует критической дли I! с ¿^ колонковой труба, опредслпяцеП такое рияновесие забойной компоновки, при которой! благодаря соосности колонковой трубы и скважины« обес-

*^0тносителько оси екзаяины.

печивгечтс условия для стабилизации зенитного угла и сохранения прямолинейности ствола екзаямш. Для каядой совокупности факторов, влитщих на механизм искривления,-пештюго угла, осевой нягр-пки, диаыотров скваяиш я бурильной колонны, типа проходимых пород и т.п.- существует строго определённая по своей длине коло: ;овая труба, при 6ypcir.ni которой обсспсадвастся прямолинейность ствола, г?.е. стабилизация зенитного угла скваякны.

Рассмотрим связь меяду указанными параметрами и величиной критической длины колонковой труби с учэтом следуодих допущении:

1). Бурильная колонна при вращении находится на лскаче» стенке скпазины. Справедливость такого предположения в реальных условиях до кал она теорстичеспи и экспериментальным путём Г.Вудсом и Л.Лубинским. •

2). Вращение колонны бурильных труб и забойной кемпоиошш происход*"? вокруг собственной оси. Правомерность этого предположения обосновывается в работах ряда зарубоших и отечественных исследователей.

Для определения матсматкчсс;соГ! зависимости равновесия забойной компоновки рассмотрим последт-р -как составную балку /7 » лехощуо на двух опорах /[ и 0 и состоящего из двух балок/Йи ВТ пшриирно соединенных б точкб В (рис. 2 ). • / ;

К балке нВв точке Н"приложена сила 0з

К балквВТя точках Я, С".и 7*приложены соответственно силы (}',, 0г и / . ДлочлДО»Ш ~ 0,5ОС * ,

гдо

0а - суммарный вес колонковой трубы и керна, даП Рх - вес колонковой труби, ^ в , да!1

(1к.м,- &ес нерпового материала» 7&\>0х.п.аРк.н'1-к-п.' ¡.ц - расстояние, опредслящее положение приведенного центра масс колонковой трубы и керна м

и - I Р« +к2'Р"»- (4)

" г-(р^ к-иг.)

где/?в у- - коэффициент наполнения колонковой трубы керновш

* материалом, к = 0...1. ¿т»¿ал. - длина лолуволны(та5л.2) и длина керна, ы; 0Т - вес полуволны -ушной ¿7, да11; рк» Р«л> , 0 , Г - известные величины .

Для составления уравнения равновесия системы, изображённой на рис.2 , применяем распространенный в теоретической механике принцип позиогкшс перемещений.

Дадим логмогнос перемещение <Гг точке 7* , тогда точ-

ка 5 получи? «юзужнос перемещение «¡5 {ориентация компоновки п сторону иг.фучпзания сивгшши). Реакции сгснкн скводины з точке & обозначим через . Г .иоткн.что силы Г и /¡^относительно точки 0 ' инеот всегда противоположные знаки. Обозначим через С^.^и

возможные перемещения точек приложения и С .

Выразим, восполозоаавгл:с!э подобием треугольников к ЛНН'^> ВОВ'* /Й7/7', 107'п СОС011 ТОТ', зависимость меяду ишсЛкини возможным:: пер смешениям;:

4«, п 2

¿о 0 ¿г с

¿н-.х

(Г)

" " - ¿г г

Применив принцип поомогшдас перекег.ений» приравняем сумму работ

подаваемых сил и сипи реакция £йна соответствующих возможных перемещениях иулп:

-яла - ^ - %*зи - л ^ - о.

Воспольоовав:пиС!» «$ориулоИ(5) , после почленного сокращении уравнения (0) на А находи«:

/г

Рис,2. Схеиа расчета/^ для ударно-вращательного бурения

Из (?) следует, что величина и направление реакции Яц зависят ог .шачений четырёх переменных - зенитного угла скважины 9 , длины колонковой трубы LK, керна/^„и силы давления на стенку скважины F в точке 7*.

*'ешая урасиеппо (7) при О, найдём критические значения Ly- длины колонковой труби для различных значений 0 , ¿ги F , при ки.оркх точка В карнириого соединения поатш « колонковой труби находится на оси с:шаяины, и компоновка ориентируется п направлении стабилизации зенитного угла сквохини.

Значения могу? о'ить как положительными, так к отрицательными. Как у.ке указывалось, сила F и "еакцияимсот всегда противоположные знаки,- ото является основным признаком определения направления ориентации колонковой трубы:

- при /?г<0 п F> 0 колонковая труба сриентпуетсл в сторону

выкручивания скваяини;

- при $4>С \\ F<0 колонковая труба занимает положение, соответ-

ствующее выполажизашгз сква;шш.

Сила давления Р колонны на стенки.скважины при о-евой нагрузке 200...250 даН составляет 0,19 даН, поэтому в дальнейших расчётах величиной F ?.:ол:но пренебречь. С учётом вьаескаэанного

критическая длина колонкового набора для ударно-воащательного

/2

бурениг находится из выражения (7): п ~т л

гт у 71<н •л» = --- (е)

Д. + кл.рк.м.

Для решения частных задач в зависимости от применяемого типа машин .j формуле (0) необходимо заменить постоянные параметры ,

/

Lr, Qn,pT VkРк на Действительные.

Лля определена! ;< р нтичс , к о я д л и н п колонкового набора при высокооборотиом а р а щ а с л ь и о м и в р а а а о л ь и о ~ у д а р к о м бурении следуо? перс-йти к д и и а и и ч о с к о й подо л и , полагая» что колонна при отои, п отяичио от нпзкооборотного ударпо-йрге^гсльмого, «эксг вращаться, как жёсткое голо, вокруг оси ситтшт ияа как гибкий вал - вокруг своей собственной оси. Следовательно, необходимо учитывать силы, инерции прибегая и м су д у к к >: о •»• о статики..

При установившемся вращении забойная компоновка двнжегся

Рис. 3. Схема динамических сил, действующих на систему " скважина - вращающаяся КНБ1С"

с постоянной угловой скоростью по стенке скважины. Схематизируя КНБК (рис.З) в виде однородного круглого диска с точечной массой (? и радиуса 2 , равного полоеиис диаметра колонкового набора, определим динамические реакции подпятника ^(забой скважины) и подаипника^Дточ 1 касания нижней свечи бурильной колонны стс :ок скваг :ш), если ЯД = ¿- - длина колонкового набега и 0& = £т - длина полуволны . Центр тяжести диска С отстоит от оси вращения на расстоянии = . ХоУ - олси-дальная плоскость, ось X - 'зимут простирания пор- & - эенит-ный угол скважины, висячая и лежачая стенки показаны на рис. 3.

Диск под действием момента М вращается оогфуг оси 2 скваетны, перпендикулярной к его плоскости. Приняв за центр приведения сил инерции центр гя*со;и доска С , обозначив цонтробелдап ,

тангезщиальнуга ¿^'¿оставляющие главного вектора, - главный

номенг сил инерции:

9

--- псо

£?- аи

9,

ЛТ- - -£4-

составляем уравнения

"равновесия":

(9)

(Ю)

(Ш

X ^«у = Ялу + +

X - <7 =0,

О, О,

/У • пР-^Г-а = о. ^

Подставив сода значения & , , /Ус и рек нений. (12-17), получии:

^Иу =

¿Г 0- ,

0а~%аог1т

*

- 0 О ЦасО.

" -дГСгТ1Т '

п 0(аа+асэ-1)

/V „ ( + 2Я*)о(

3

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

в ск стелу урав-

(18)

(19) (¿0) (21) (22) (23)

Из полученных результатов следуют основные выводы:

- составляющая опийной реакции подпятника не зависит от дви гкения диска, т.е. остгчтсл неизменной как три покое, так и пои вращении Д1!ска;

- если составляете динамических опорнис реакций /Р^ и к^^

по модуля не равны, то они имеют всегда противоположные направления. Имел в виду, что ре?"15'.я - из что иное, кап отклоняющая сила, и если сор:;оптировать её по направления к лежачей стенке скважины или к висячей, то ¡ложно добиться соответственно Еыкручивания или выполаятиакия скважины. При стоя должны Сыть непременно соблюдены два условия:

- в первом случае ( выкручивание) - nej ая точка касания нижней свечи бурильной колонны должна находиться на лежачей с.'енке ( реакция + );

во втором случае С вылоллживан"е) - точка касания нижней свечи дотша находиться на висячей стешсе { реакция - Вву >•

В езою очередь, эти условия зависят от соотнесения сил тя- -жеста верхней (относительно переходника как опорной точки), т.е. гллуволнь., к нижней (колонкового набора вместе с керном) чаегчй КНБК - компоновки низа бурильной колонны.

Отсода механизм зенитного искрив-л е н и я наклонной сквэжины сводится к следующему:

если колонковый набор тяжелее полуволны нижней свеч;:, то точка г-асания последней находится на висячей стенке (рис.За) и реакция - Rs¡¡ направлена з сторону лежачей стенки,- соответственно отклоняющая сила + шзызае. разруиенио висячей стенки забоя, т.е. в ы п о л a s и в а к и е скважины;

если колонковый набор легче полуволны, то точка касания последней находится на лежачей стенке,- реакг'л +- .^..апрашгча в сторону висячей стенки, соответственно отклоняющая сила вызывает разрушение лежачей стенки забоя, т.е. выкручивай и е скважины ( рис.Зв );

если колонке'ый набор и полуголку уравновесить, то составляющие динамических опори:« реакций тоже будут равны (по модулю) IЩ ~ I атси оказывается в условиях дкнамкчее-

кого равновесия,- плоскость, проходящая '-¡»роз эти реакции, совершает круговое двмеиие, гарпе.чцикулярпое оси сквакини и меняе? своё полоаеяие, поворачиваясь на 260°, и коронка равномерно разрушает поверхность забоя, тоже пс^чспднкуг-рн» оси, т.е. с т а -б и я и з i! р у е т зенитный угол скважины (рис.35 ).

Расчетная или выбранная длина кок лшового набора, обеспечи-вьащегс рчвнов^спе ККБМ,- соответственно стабилизации угла,- о; а длина и есть к р и т ч е с к a я д ¡на колонкового набора.

--{,-- ^ -1

1

-ь-Х- Ц зг и'ж

На рис.'« схематически показано равновзсио ШШК для ССК (рис.4а), высокочастотного гидроударника (рис.4б) и для обидного вращательного бурения (рис.4в). Причём го всех трех случаях показан вариант Ш1&С с одной (ОТ « I , 772 - количество полуволн) полуволной соответственно первой критической длиной колонкового набора и Предстаяим себе второй вариант, когда • КНБК будет состоять из двух (и»2) полуволн, т,е» 2'бурильной колонны с одной стороны ( относительно переходника как опор,...... " ' "^НОЙ "%вчкк)1и "в"'»ф0ти80вес""ии' ""*

с другой стороны будет соответственно - вторая критическая длина колонкового набора а ; третий вариант - Ш1Б11 из трёх С а 3 ) полуволн ( 3-Х.) бурильной колонны и соответственно - третьей критической длины колонкового набора и а 1ч/р3.

Рассматризал компоновку низа бурильной колонны (колонковый набор и керном и полуволна нижней свечи) как балку н исходя из условия равновесия систеш относительно опорной тофш (переходника), находим, о зпвискмости от способа иди вида бурения, величину ¿.кр-критической длины к о л о к к о э о г о набора : дчя вращательного бурения

Ё

Щ'

—%—¥%•

—}

Рис.4. Схемы для расчёта критической длины колонкового набора: . - ССК, б- с гкдроудг <-• пивом,в- обг'гного бурения.

с применением снарядов со съёкдам керноприёмником (рис.4 аи 5)

у 12 * у * ^ ^ с 9 4

I

вр-цательного обычного I рие.4в,5 л 7)

-кр

1П-

/

¿-л

8,% *ОЛ

/V -рхм. .

(24)

(25)

врачательно - ударного. , г -I г ,г -1&* ,

( рис.4сс' и о) ач4,-чЛ'А.*.+МЯЧ'*) " 1

(26)

где 0,и вес колонкового набора Л.», а * ¿V ка.и'Рлл (27)

/ з » а .V «г м м V ч!

(рвя г* 'оа/мн Р, еро^гы

Рис.5. Критическая дайна колонкового набора для ССК ч КССК.

Рг.с,

/ -> л' ^ л <' л1

л"¿"-».я.' ул*^ сг$б:<. у Р.

6. Критическая длиг.л колонкового набора для скважин $>9 мм при вращательном бурении.

1:лП:1: ти' а,

/ л /! м .<

цмя С, .'А"^/';/

Рис.7. Критическая дли: v колонкового набора для сгскг-г."' /76 мм цок ьра'!;йтел»но>! бурении.*

_..... _ :

и п а а а л и ЗпытЫ цгм ыЬхит в,

. кс 8. критическая дл::н1 ко.тон;«:,-зого набора 'для сквгяин ¿76 мм пси тел.,:г-ударнок йург-'ии (Г-7СЗ).

.л,»

'к ~е к

Рис.10. Критическая длина к -линкового набора диа-кегоом 100 : ы( нижняя-свеча СЗТ-50 ).

ю паями а « З/нитняЗ ¡ял еикмики в, Ряс.9. Критаческая длина .колонкового набора для 1^Ь9В к ГВ-6( нижняя счета СЕГ-50/42 и СБТ-42)

¿V, ыт?з>

\tfli

Ро.П. Крнтическэд длина колонкового набора диа-мег ,ом 89 мм (нижняя свеча СБ7-59 }.

» } - в Я .. -

¿{пивший рм а¡2жим фЭрн

Рис.12» Критическая длина кодэнг кого кгбога для пнег«оударшд маакн Н1-130, ш-щ,га-94 и , гядроудариих ►.«тан Г .?,Г~7ЬУ {ккячяя свеча СГ -50 /•

где kn> Ila.K7 коэффициенты /ушны цикла (рейса) и выхода нэрна; щ. - число полуволя нижней свечи, уравновешивали набор; ¿м л Д1ИЧЭ (м) и вес (да!!) гидроударной или пнегмоударпой машины; ¿п и Qn - дайна к вес подшипниковой гюдзгски СОК или КССК; рн % рл„i рн » Рц н~ соответственно вес I м бурильной колонны(нижней свечи), колонкового набора гместо с -ернс ., колонковой труби и кернозо-о материала с плотность® ¿f (диП/;.:Ъ.

По А.Г.Кал:'.пшу (1967) при бурении абсолютно жёсткой компоновкой величина набора кгнвизны ск ítí'.ku А хр определяется:

•'р = 2 • f . (2В)

где ^ Ур =0,5(0- d )'¿~1 (29)

пли иначе говоря, ствол скважинн искривляется по дуто окружности с -радиусе ; R . » 0,5-Z* ¿р у> <%)

Имея.в виду, что R з 57,3-2"*, (31)

получим зависимость интенсивности зенитного искркалеаия сквааины

(для жёсткой компоновки): I =57,3 ( 0 -<2 , град/к. (32)

Исход.*! из • редло;кенного нами ..¡еханизма да оснозе критической длг.я) колонкового набора и с учётом (32), получаем основное уравкенье зенитного искривления скряжины г.ри

буРниГьнш • ¿ "кг- -d ){/¿¡¡-m-¿Z), '33)

^ноГ80" ¿ =4-408,4 ГЛ -d (/,//l(34)

Кельном ¿ = 57,3 (Ъ-dH Г"), (35)

где / - заданная или фактическая длина колонкейого набора, kz - коэффициент частоты вращения ННБК.

Заметим, что при возникновении динамического рашовесия КНБ*{, т.е. при Til ~ 1,2,3 и т.д., достигаете н/левдя интенбивность, а если Ш 4 1.2,3 к т.д., то соответственно I 4- 0.

Ввиду отсутствия надёжных количественных связей функцией'-;!.-кых зависимостей многих выявленных факторов с частотой в?гл;си:;п КНБК, определение коэффициента частоты Л"2 ч моделях (33) vi (34) осуществляется исключительно эмпирическим путём - на основе больного фактического катер*/.ла. 3 ре.г„ льтате сравнительного анализа статистических данных и наблюдений '"-й1 устглоьлено, что в 0ДШ1Х и тзх яе условиях интенсиЕ! чети зенитного искривления сква-отн при частотах врмон-'.л снаряда 500, Ь£0 и 750 оборотов в минуту находятся в соотношении I : '¿~'1 :

В третьей главе рассмотрев

вопросы оптимизаций процесса и прогнозирования зенитного искривления скватан на основе номограмм, комплекс технологических методов управления, а также прочерка адекзатности математических моделей зенитного искривления скватн путём сравнения их с сга-• тисгаческиыи моделями в различных геологических резонах.

Программная реализация основных уравнений (33-35) позволила дать количеств жую и качественную картину с житного искривления скважин в виде номограмм (рис.9 -II) для соответст-вужцего способа ми вида бурения и типоразмера бурилыплс труб, :ю которых составлена н'~таяя свеча.

Математическая модель интенсивности зенитного искривления, с помощью нс;.:эграл„, предохраняет от принятия малоэффективных решений' оперативного управления, трассой к гарантирует наилучшую реализации принятого для него критерия регулирования -стабилизации, виполаживания или выкручивания зенитного угла с«ватины.

Модель мох^т использоваться как при оптимизированное проектировании для '"оруированпя регламентных иди геологотехно- * логических карт контроля к управления искривлением, так и для анесения ситуап'.онных корректив в ходе ^-фения при внезапно ^озникяих огоаюгче'глх и отклонениях от проекта.

Рассмотри«; на примере несколько задач оперативного управления или регуляции заданного углр с»"5ажикы в геологических условиях с ярко выраженной тенденцией к самопроизвольному естественному выполачиванию. Последнее, по общепринятой классификации Ю.Т.Морозова, относится лишь к одной группе сксалсин,-вмполадиващихся в направлении вектора анизотропии меньшего сопротивления + "ан.м-

Исходные данное и входные параметры: направленное бурение скваяины диаметром 59 мм осуществляется колонковым набором , длиной 5 м, бурильная колонна вся из СБга-бОЧСБТ-бО^), осевая нагрузка 1200...1300 даН» число обсчетов 750 зенитный -тол. скважины 17 градусов.

3 и д а ч а I : не меняя исходггый рета 4 бурения, предотвратить выполйжибанио екзэжпны к с . а б и л и з и р о а ■ т ь заданный угол 17 градусов.

Решение имеет несколько в а р и а . тог:

- л -

и.гШ/юая

% гроз |

* и /г га гл зз л м н

В- 6- 5- "■*■»■ Г Г Р II 1 г-7 /=:%■=-

54 <г

2- 2" о- -¿¿У/-—Л»-:

г. 0. О- -г ^у/ /О ■

о- ^ ■V

с- 5.

г г О- -

го- 0-■г в-•г -г-

ГЙ7ЛК саи-у

а <</' -л- м

¿у.

Зенитный дгзп ех&жина 6, градуса.

Рис.13.Номограммы интенсивности зенитного искривления ск- я-кин при бурении гидр сударчиками (а,б) и рапведочтали Ьгтев:.',-оударннками (в,г,д) с 1 -жнеи свечой из СБТ-сО.

I/, ФЗ/^Шю тгрркз ыж. вщял

Н~г—1—-----:---1

р»'

ет_ у} доя Ыгмгчд, 0,

■51 ш--Л 3

-и- $ •ея-

-Яч 0

Рис. »■> »Номограммы интенсивно' ти зенитного искривления сквзжин при всгси'Гйльно-удагоюк Г-76В (а) и

.-5а5 (0} с нижней свечоа из СБ'Г-60, Г-76Б с УБТ-?о (в).

Риг ЛЬ .Нсюс-Г'рг с мы интенсивности при вращательном бурении

зенитного искривления скважин

первый - поставить колонковый набор длиной 6,5 м или 10 i (см.рис.15в), для которых расчётная интенсивность пр.1 зенитном угле Иг^л-

• дусов равна нуля;

второй - сохранить прегню» длину набора 5 м, поста-

• вив высокочастотный гидроударник Г-59ВСрис. 146);

третий - nocTi.¿нть набор длиной 8,5 м и гидроудариих

Г-593 ( см. рис.146); четверти й-сслн применяется яёсткпй ог г^атель ПО-59 глд гидроударнкком Г-59В, то длина колонкового набора должна оыть 4,3 пли 7,5 пятый - заменить киан-оп свечу к поставить CST1I-42

вместо прежней СБТН-50, сохранив первона-чаиные параметры набора (см.рис.15г); шестой. - заменить иияят свечу л поставить УБТ-57, сыбраз колонковый набор трёх величин -3,75 м, 7,5 м или II м {рис.15}; седьмой - непоерэдетвешр под УБТ-57 поставить гидроударник Г-59В с коло ковым лаСоротд длиной 5,5 или 9,5 м (рис.Х7). '

s;: I,,: SST-S7:/ш..исг

я, -"А?

л ¿ir:r;is:ari:?/.•.■>... en

для

' попутно залетим, что гослздкпс r*ia варианта - яеетод и седьмой - позволяет' регр'ь стабилизация одновременно зенитного и азимутального уг а скпа\ин!».

3 г. дача 2 : интенсифицировать выполаяси-п а н и о скважины.

Р о я о н и е данноП задачи имеет токе несколько альтернативных вариантов :

г. е р в и Г; - не меняя первоначальные нагрузку и длину

колонкового набора, а ток же сохранив ту же колонну рБ'Ш-50, нужно '• сбавить" обороты, доведя их до 500 мин-*,- ч результате чего сквгдана начнёт ьыполаживаться с интенсивностью +0,05°/м вместо др<5нней +0,02% при 750 мин~* (см. рис.Гов); второй - поставить гидроударн. :< Г-593 с колонковым '•абором 4,5...4 и, сохранив обороты -750,-тогда интенсивность увеличится в 1,5 раза ( +0,03% ) - см. рис.14j); t j) с ? и li - заменять никняю свечу, поставив СВТ-54 и

колонковый набор длиной 12...15 м(рис.15б), при этом интенсивность зенитного искрир-е-гоя увеличится в 2...2,5 раза (+0,05% ); четвёртый - поставить нижняя свечу и колонковый набор длиной 3...3.5 м целиком'из ССК-59 (см.рис.15в)- это лучшая альтернатива, позволяющая интенсифицировать выполаживание скважины максимальной величины(+0,09°/м >.

Задача 3 : обеспечить выкручивание

скважины.

В отличие от предвдущме данная задача и. .sor ограниченные воз: гкеюс?:' её решения - всего два na р и а н т а , причём в обоих слу^ях требуется снижение частоты вр~ знания до Z jQ

оборотов в минуту:

первый - не меняя первоначальную нагрузку и сохр; лив ту колонку СБШ-оО, нуз.:.ю "сбавить" обороты до 250 мин"*, поставить олинко®ый набор длиной 2,5 м (см.рисЛоо);

второй - заменить нижняя све*.—, поставив вместо

CEÍK-50 (СВТ 50/42 J утяжелённые трубы УБТ-о7, , а колонковый набор длиной 3,5.. 3 м(см.рис.16).

- -

В связи с тем, что предложенные модели для ударно-вроцатель-ного (35), вращательного (33) я вращательно-ударного (2") бурения не име;зт математических '.налогов, сравним ;"С со статистическими моделями, полученными с помощью 33" Укнск-32 и ЕС-1035 с виде уравнений регрессии (рис. 18).

Статистические модели кнтеисигносъп зенитного ;.скриш. ;нкя скважин для каждого способа бурения базируются на корреляционно-рсгрссси^нном анализе большого фактического материна ранее ~ро-буреиных скварш (пассивный эксперимент). Достоверность результатов при математической обработке анализе фактических материалов оценивается по принятия в математическом анализе критериям при уровне значимости 0,05. •

Ни .е на диаграммах сплоены:-::: линиями показаны кризис функциональной зависимости,т. е. математические модели (номограмм) с указанием на соответствующей длины колонкового набора; Етр;пс-г^жтпркымп ликиями - статистические мидели зенитного искривления екватин доя конкретного района и способа бурения.

ПЙР0УДг1ШИ ГЗ-5 с алмазным инструментом (рис.16а).

Статистическая модель базируется на чатзриалах бурения на ГрехоЕско-Снсгпрёлском месторождении (Рудный Алтай, Восточный Казахстан), где корратяционио-рогрессиекным анализом схвачена 21 глубокая сква^'.на (1695 кетроз, 388 кнглинометрическ;« замеров). Данная модель представляет"с^бой ирп^уэ зторого порядка, выражющую зависимость интеггивности статного искривления схва-гик от .зенитных углов:

¿е « ю~3- 9г - 0,076-9 - о, 190

¿, град/тч /г

/SM IS Su zs

s

о -г

s /s /s го

-,--f-T -1

/Я: PB-Ut: Cgr-SO

гн—-

it гмё/тн T CCX-SS

S ffl JS & zs

s /a /s га- es

ж

CCK-Í9

Л4*

• 1 V'

« "; ' « '

s tJ< ¡s я г$

13

S Ш 15 W <5 32 Зенитам' угол aeSaztyzu ff, ejnä

ссг^в

$ ь

J/у/

~jLju-, с___l__

¿ IÛ' IS Й? ¿if 30

¿Шттш (¡ил 0,грц9

iHic.IQ. Иатематичелкие и стгадмачгскив модели зенитного

исгоиглениЛ скЕаглц: в различных геоломг-гаа.т.., ycrOi щх.

Принимая во внимание, что сЬактичеекая длина колонкового набора била в среднем 4 м, то из сравнения статистичсской(регрессионной) и математической (теоретической) моделей или зависимостей следует вывод о хороией сходимости расчётных к фактических параметров искривления , следовательно, корректности выведенных павй.имостоИ и достоверности теоретических выводов.

ГДДРОУДШИ'.К Г-7 С твердосплавным инструм {том ГДл-741'.З. Месторождение Г^еховско-Снсгирёвс1 "зо, 44 скватны: 5370 м, 1240 иикликометричзсккх замеров.

Статистическая модель (рис.186) представлена параболой:

Ю"3 • 3£ - 0,023 • в 0,276 . Со?)

Кривые математичоеко;! модели взяты из ыкограммы (см.рисЛЗа).

ПИЕБМ0УДЛ1.Ж И1-Ш с колонковой трубой ТП-102 и коронкой 101-113 (рислив ).

Северо-Комчатская геологоразведочная акспедиция ИГО "¡'.пмчатгео-

логия" Каргл.:кенская геилогораэведочная экспедиция ПГО"СеьйОст-

геология": 17 скэаетн^, 4028 м, 251 инкли,.ометричес-замер.

Статистическая . о п0 _

модель: гйа 0,4- 0,047'о - 0,215 . (30)

Математическая модель для колонкового набора длиной 2м(см.рис.13г>,

КССК-76 (рисЛег).

1.'ссторозде1я'.я Тйхтарозскоо к Комаровское (Дхстыгаркнскал геологоразведочная экспедиция ПГО "Ссвказгеология"): 7 сквапш?^19Э4 и,

187 инклинометрических замеров.

Статистическая . о„2 5 ~

модель: гй = - 0,14- 1СГ*8+ 0,33-Ю- 9 - 0,047 . (39)

Математическая модель для колонкового набора длиной 6,У1 а принята по номограмме рис.Iет>.

"^.¡сходные материалы лпбезно продогтаалекы Ч.Г Куликовым. То же самоа й.К.Тушинским и Н.Ц.Ьыловим.

- аз -

СНЛВД СО СЪьМШ КЕИЮПИЛДБЖОМ ССК-59

Месторождение Нтауз, Центральный Казахстан ( Джезказ-г искал геологоразведочная экспедиция ПГО "Центрказ-геология"^

Технология бурения: осевая нг^рузня 800...JOCO дчН, частота' вращения 600 . .^00 каш"", длина колонкового набора 5,4 и Статистическая мод ль зенитного искривления скв дин (рис.^д )

¿C « - 0,6-Ю"* Л 0,3 10<0 + 0,905-Ю"2. (40)

Почйнга, Кольский л-ов ( Мурманская геологоразведочная экспедиция ПГО "("звзангеология") л;

Технология бурения: нагрузка 700...¿ООО даН, частота Еращения

ÓOO...GOO мин"*', длина колонковых наборов 5,0-0 м и 7,4 м.

Статистические модели-для набора длиной 5,8-6 к (рисДВе ):

SaSS^ £с = * 0.46 Ï0-?0,012-0 - 0,004 £41)

после третьего угла . «>

стабилизации ' Zс. « 0,53 10~¿-Q - 0,1?°. ' £42)

Статистиг^ские модели для набора длиной 7,4 м (рнсДБж.) :

до таетьего угла . „ -А о л

craf ааяацки le = 0,I9«¿0"3-^ - 0,14-Ю^Я г 0,018 (43)

после третьего угла , " о п

стабилизации 4= - 0,14-10 # + 0.6М0 - 0,032 (44)

ендда со сьшл кгнопкйжга сск-46

Печснга, Кольский п-ов ( Мурманская геологоразведочная экспедиция ПГО "СеБзакгеэлогкя")'

Техк логин бурения: осеьак нагрузка 400...600 дай, частота вращения 600...60Q мин"*-1, дойна колонкового набор.* 5,7 м. Математические модели - номограмма интенсивности зенитного искривления сквахин для CCK-4S - на рис.15д. Статистические -/.одели дп .набора дяигой 5,7 м (рис. 16а >:

до третьего угла . , -2. , '

г?.абГц»'чаЦ!«;! » Zc = 1,93-10 -I,4-I0"~-^ + С ,031 (45)

после тпег его угла ., п ~ _ . ..

стабилизации - « - 0,17-10"'- 6 + 0,99-10 ' - 0,р52 . £46)

Материалы экспериментальных исследований ЗЛТР по птюходка глубоких сксамин до «.COQ, м комплексами ССл-53 и CCÍÍ-Í6 Ьо^сзно тоедо-стазлсны как А.В.Данилевичем к Г.В.Кардыэеи.

В четюртоП главе рассмотреть: вопросы методим*. и технологии оперативного и программного управления зенитным искривлением скважин по способам бурение, бурения зерлиейльнег'. у. наклокно-направленньк скважин лнегмоударньгж, гкдроу,;арнкмп и высоксас-тотнами малинами, компоновка;.« обычного бурения, снарядами со съёмными керноприёмниками ССК-59 и КССН-76, автоматизированного проектирования трасс направленных екзачеин.

При бурский хйС1о»у*йри1г.в: масиксмп типа РП и гздрс.ударь-аи машинами Г-7 и Г-70У (в ударном режме) без цеьтратсров, с так называемой гладкой коло.1, ой, скваг чы выкручивается, - тем интенсивнее, чем короче применяемая колонковая труба. По традиционной теории короткие трубь доляны зызызать т лькс выполагчвак е. Для того, чтобы предупредить негативное выкручивание е;а лени при . пн.евксударном бурении и перевести теюолегил в ре:ким зылолажива-кг;л,' ест! только дза метода. ПерзцЯ, как видно на . омограмме (рие.ХЗг) - достаточно пустить в работу колонкой::'! г бор д.чиннее б метров, т.к." ота длина презьзпает величину -ритическоп дли>.ы ■ для ИТ-Ill при зенитках углах 10...градусов (см.рис."3 ). Второй метод - болез простой и доступны?; - поставить над малиной центратор, хотя последнее тоае противоречит традиционной теории. Установка центратора или попуцентратора над мазчкой приводит ic ослабления сил, ориентирующих конченопку а направлении выкручивания. В качеетзо поикор^змернего центратора моает слоить :олон-ковая тр/Sa; полуцентротора - дяя РП-III, например, автоиаслг&ла Xfi1-39 или колонковая труба диаметром 5? для Г-7 • -/. Г-7гУ -УЬТ-73 (центратор), млуцентратор - обычное муфто-о-з'амковое соединение СБТ;!-50, а так г?а - пленяй свеча СВГЛ-63,5.

Метода вииручазаиая при бурении выполдаи'.ряччпхея екьажич с пр-менекием зке"«частотных маг. г;: ГЗ-5, Г-763, ГЗ-5 и Г-533, закл-очаициеся з использовании коротких кгтожохи наборов,- меньших- критичес;-,о:? длпга,- для СВТ-ЬО (рис. 14а и длика э?:-:х наборов но провизае? '?. м, а диапазон зз:*игнчх углзз менее О rp.ir.y-соз; для УБТ-57 (оис.17) или УБТ-73 (рис.14в) спсам-гяьнаг. vin;;n наборов и диапазон зекктных углов несколько вше,- те;.: ко менее, эти методы нельзя считать ЭлОноми«"-:ыми.

Поэтому при необходимости выкручивания скза;й'..-; белее рпцн >-налькыки сленгу о? считать hon„.okoskh »т. лтгтзльчого бур опил, бсп> применения Ексокочастэтнъ«,. гидроударкиисв.

3 скважинах с отрицательным (выкручивающихся) и параллельном, (чеискривляш.ихсл) векторами анизотропии пород выподажпванио сквоетш осуществляется только дцу»м методами. бескликозой технологи!':

полноразмернкми комлоновк-чи Г-763 и Г-59В с нижней свечой ко угяаеяёиных бурильных труб УБ?-73 или УБТ-57;

ступенчатыми компоновками ■ Г-763 и Г-59В с УБТ и колонковыми наСчраяи соотзетствепно меньшего диаметра 59 илч 46 мм.

Первый является г ^нкм из наиболее эффективных методов бес-клинояой технологии, который позволяет не только устойчиво преодолевать геологическую тенденцию, но и обеспечивать расчётный темп 1фквизнк, когда все .»"юугие варианты по своим характеристикам не могут до конца рыгать эту задачу.

Второй метод oí опочивает зыподаяивание выкручивающихся сквахин на относительно коротком участке и,самое главное,- плат■ но и с высокой интенсивностью. Сущность его заключается в том, что, например, в скважино диаметром 75 ш ступенчатой компоновкой Г-76В с УБТ-73 и колонкеЕЫ1Д набором длиной 3.. .3,5 « диаметре;-: 59 мм отбуривается пклот-скважкна, и после каждого рейс производится её рьсаи^ение иароиечным долотом дияметром 76 ил.

З-^ача стабилизации зенитного искривления скважин яри вд-сокооборотном ( £"0 мкн~*и более ) буренш. однозначно реаается применением в качзст-г нижней свечи бурильных труб ЖГ-42. Б практике управление трассой сважины при высокооборотном бурении часто возникает необходимость 1o¿je интенсивного выполадси-вания. S так:« случаях рекомендуется применять СБТ-54, но о сравнительно короткими колонковыми н..боами 3,5...5 м,- расчётную длину удобнее / точнее выбирать по номограше (_ис.156) в зависимости т осовей нагрузки и зенитного угла.

Трудно н&ч: .ть более актуальную и острую проблему в теории и практике направленного буренш, чем управление трассой скважин при буренки снарядами со сьзмнкм керноприёмииком ССК и КССК

Основные сложности, связанные с проводков направленные скважин комплексам',: CCÍC и достижением совершенства в "той обчасти, ча сегодняшний день метают многие объективные обстоятельства: отсутствие пока надёжньзе и эффективных средств искусственного ис-криалек- cî;ccsûji аварийность и снижение производительности J-ре-шя с применением сумеетвущих отклоиителеП и т.д.

' 3 результате сравнительного анализа эффективности известных компоновок - жёстких аК-5 "онструкции ПП)"Вост;?азгеологиян, винтовых (ПГО "ТаакентгеолоГия"), ССК-59НБ и ССХ-46НВ с двумя и тремя цснтраторкли (К!Г?) получен практически везде однозначный результат - это кратноо {в 2 раза) снижзкиа интенсивности зенитного искривления скважин. Пред-ожеший коми эксцентричный стабилизатор эффективен только лишь в условиях формироврчия .стойчи-вых стенок сквсяин, ко г; \ геологический разрез сложен крепким:, плотными породил.

• В отличие от бесклинозой технологии применительно к несбалансированным бурильным колоннам, имсощей, как было показано выше, 8-10 методов выкручивания', выпол-йизания, стс 'плиоагш зенитного угла скважин, то ССК и КССК в своём арсенале »меют весьма ограничзнныз возможности оперативного вмешательства в процесс упх^вяеи-.'я и, прежде всего,- выкручивания с::ьажины. Погрому необходимо программирование искривления "«атомы на основе оптимизации её трассы.

Полученные номограммы интенсивности зенитного искгивления П' 1ЭОЛЯЯТ. проектировать трассу сквгхины последовательным сопряжением ез отрезков, дтина которых рассасывается по формуле: С ' п

д&в * • , (47)

где & Р - приращение зеленого угла на заданном интервале ^лссы, ■ £д ~ средняя интенсивность зенитного "скриэления сквалзки в том жо интервале, грзл/ м. . Если разрез проектируемого интерната отвечает натравлен:™ поло' жительного вектора анизотропии пород, то значения ¿у и 7 принимается по специальным таблицам, рассчитанным нами на ЭВМ по каждой технологи., в зависимости от способа бурения.

Если же геологический разрез проек: ¡руегмго ингерзяла имеет тенденции к выкручивание скз&жин, т.е. отвечает направление отрицательного вектора анизотропии пород, тс проектная интенсивность £ определяется выражением:

£ а ¿р * ¿с (48)

• \

где Ьр - интенсивность- по номограмм«»,

- статиетическе" интенсивность естественного искривления скважины.

- 42 -

ЗШЮЧШЕ

В диссертации разработаны теоретические положения бесклиновой технологии, принципиально новой в области направленного бурения геологоразведочных скважин, имеющие вишое народнохозяйственное значение.

" Основные научные результаты и-выводы, полученные при выполнении комтлекса теоретических и производственно-экспериментальных исследований и промышленных чспытаний, сводятся к следуем положениям.

1. Стабилизация зенитного угла скваяин, стремящихся, к самовы-полажватго, достигается путей сохранения динамического равновесия компоновки ни&а бурильной колонны; выкручивание скважины - если колонковый набор, клесте с керновым материалом,; эгча верхней части КНБК.

2. Задачи стабилиза-ии и выполахивания самовьйсруч.ивакмцихся скватан решаются колонковыми наборами с использованием гидроударных или пневмоударнш: малик с утяавяёнными бурильными труба:««.

3. Б результате программно-математического обеспечения для компьютерного моделирования и прогнозирования процесса искривления скважин созданы:

3.1. Комплект номограмм критической длины .колонкового набора . для каждого способа к для каждого вида механического колонкового бурения- ударь, j-зращательнсго, врш^ательно-ударного я вращательного, включат ССК и КССК, - с использованием в качестве нижней свечи нормального ряда отечественных бурильных труб.

3.2. Сбэзд математическая мод^ь интенсивности зенитного искривления скважин д.чя механического колонкового бурения. , ' :

3.3. Управляющие номограммы интенсивности зенитного искривления екзатан для каэдой разновидности бееклиновоЯ технологии в зависимости от способа и вида бурения с учётом структуры КНБК, осевой нагрузки и .tacroTi врздекия. Всего 31 "лок номограмм для 31 варианта бесклиновой технолог'и.

3.4. Атлас работа:: палеток трасс направленных окваяаш на основ, методики автоматизированного проектирования на графспостроитсte ATJIAC-5 и методики бесклинОчОЙ технологии.

4. Интенсивности зенитного искривления скважин при •»стоках вращения снаряда LiUO, 550, 750 оборотов в минуту и в идентичных условиях на jдятел в соотношении I : 2~* : 3"^. ;

5. Ста"'стические модели представляют собой кривые второго по ряакя (за редким исключением - первого и третьего), выр&ш^ке заеи-¡.■Hi'ocTs ингекенБнссгп Зенитного нсктвпенпп скважин от аенпткь^ уг-

лоа. Достозерность результатов при математической обработке и анализе фактических матери,-итог оценивается по принятым б математичес -ком анализе критериям при уровне значимости 0,05.

. ..Сравнение статистических и математических моделей подтверждает .вывод о цикличности процесса искривления. Граница перехода от одно. го-цикла к другому соответствуе'" углу стабилизации и характеризуется, резким скачком интенсивности - от. максимума до нучя и и же резкой сменой знака кскривле'-чя.

<}у.одикость -¡атематических к статистических моделей в различных геологических условиях и регионах свидетельствует о корректности выведенных зависимостей г. достоверности теоретических выводов.

■ 0« Разработанные научные основы технологических методел регу-лировают эадешного и'профилактики негативного искривления скважин позволили- перейти от т^иционно-клиноакс методов обеспечения качества буровой разведки к наиболее эффектевным и рациональным - >'ескл-инбекм, которые осуществляет технологическое обеспечение ресурсосберегающего »травленного бурения глубоких сквалин в различных геологических условиях РОСС«, УКРАИНЫ и КАЗАХСТАНА.

Досуове^нобть основных кц/чных полодений, рекомендаций и разработанных на их оеноао методик подтверждается хороаей сходимостью - а срсдас:.; 92,9 % по Ь'ингео СЯИ* - расчётных параметров с имеющимися фактическими, а тачйе положительным опытом кассового использования л произсодственкой практике геологических организаций.

3. Кегативже стороны некоторых технологий вырая отся в том, что лря -применении [обычных"бурильных труб и отсутствии УБТ, выкручивание скважин осуществляется короткими колонковыми наборами, что приводит к снижений производительности бурения.

Не совсем экономичны технологии со ступенчато-шарнирными коы-поновкзмя связанные с необходимостью дополнительного расширения пилст-сквалины.

ОСНОЩСЕ ОУ5?ЛлИЗ ДОЯРИЩ ОПУГЛЙКОБАКО в с^здагвдх РАБОТАХ АВТОРА:. ■ ■

1. Основы к практика управления', трассой лзааин- с помощью гидроударников (?->отой!1чэс!{оэ руководство)/ М.Ж.луээларов, Б.Е.СкобоЧкик, .К.К.А5,п,ильди- и др. - Алма-Ата,1500, 55 с.

2. Сервисная текнолг управления трассой ок. воли;; (мето-дичэское руководство)/Ч.йЛ<1ул£дарс ,, ь.Е.Ьаки^ов. - Алма-Ата,-1953, с. .... .

3. Автоматизированное проектирование и технология управления трассой скважин (методическое руководство)/ Ц.К.Цузапаров, Д.И.Д'эзбаез, Донбаез Д.Д. и др. - Алма-Ата, 1588 , 33 с.

4. Технология управления зенитньм искривлением скважин диаметром 76 мм при буренки ги-.тоударниками Г-7, Г-76У и комплексом КССК-76 (методическое.рисоводство)/ Ц.й.Кузапароа,

Г Д.Донбаев, З.В.Песцп и др. - Алма-Ата, 1288, 19 с.

5. Атлас рабочгч палеток трасс направленных ".кважин масштаба 1:2000. Часть I: Скзажкны диаметром 112 и 93 им; Часть 2: Вра^аталькое бурачие скважин диаметром 76 мм; Часть 3: Враща -телькз - ударное бурениэ Г-763.3сего палеток НО. Методические указания. Проектирование трасс налразл-лнцх скцажин. Части 1-3/ М.й.Музапаров, Г.Ц Музапарова. - Алма-Ата, 1990, 124 с.

6. Атлас рабочих палеток трасс направленных скважин маса-таба 1:2000. Часть 4: Вращательное бдение скважин диаметром 59 №1; Часть 5: Брагцател ьно-ударное бурение Г-59В. Всего палеток 79. Мзтодичаские указания. Проектирование трасс направленных сква>Г!;м. Части 4-5/ !,1.Н.!,!узапаров, Г.М.Ыузапароза. - Алм? -Ата, 1990, 92 с. ■

7. Атлас рабочих палотск трасс направленных сквадкк масштаба ¿:5000. Часть 2: Вращательное бурение скважин диаметром г'> мм; Часть 3: Вр'чцательно-ударное бурение Г-7Всего палеток ИЗ. Мстодйчссу.ио указания. Проектирование трасс направленных скважин. Части 1-3/ М.К;.!<кзйпарор, Г.М.Музапароза, - Алма-Ата, 1990, 124 с. •

Б. Атлас'рабочих палеток трасс направленных скважин масштаба 1:5000.-Часть 4: Врацательноо бурзнио скважин диаметром 59 да; Часть 5: Вргщательио-ударное бурение Г-59В. Всего палеток 74: .чотодичееаке указана.. Проечтирозашэ трасс направленна^ скважин, части 4-5/ М. К. Муз ¿ларов, Г.М.Муз&лароэа. - Алма-Ата. 1990, 92 с.

9. домплекс технологических методов улравлеш«! зенитным кскр-'БЛг,:!;!«!.; сквяхш/ М.^.Пузапаров. - Алие-Лт-., 1935 7с.

10. Управление тоаесэ?. скватак по баскличоЕСй технологии/ У.К.Кузаяаров, А.Е.Бакпроз, Б.Е.Сте&гв и др. * М. ,ШЗМС, 1959 , 7 г..

11. Еур^ь:'; сверхглубокой скймсинц по бескли^овой технологии/ М.л.Цу.-апаров, А.','.. Гесл чко, С.Й.По^а и ЛР- - Ц», ¿/&&С, 19£9, Ь с.

12. Бурение направлена х сквеяин ССК-59 по бесклиновой технологии/ К.Я.Музапаров, Д.И.Дозбаев. - М., ВКЗМС, 1989, 5 о.

13. Регулирование трассы сквожин при высокооборотном бурении по бесклиновой технологии/ М.Ж.Музапаров» А.М.Версзюк. - У., ЕЭД, 1989, 4 с.

14. Муэапаров Ю. Новая система управления трр-сой ¿кважин. Алма-Ата, 1908, б с.

15. Музапариз М.Н. Об опыте пнешоударного и гидроударного бурения в Восточном Каэихстзие. - 3 сб.: Техническая политика управления в П и л-^птилетках. Усть-Каменогорск, 1975, с.50-60.

16. Муэапаров М.К. Механизм искривления сквагать при у^рчо-враз;ательном буренки. - В сб.: Тохн. и техно л. раз в. бурения, вып. 5, Алма-Ата, 1973, с. 32-39.

17. «узапароа М.Ж. Вывод основного уравнения зенитного ук-ривления скваясин при ударио-вращательном бурении.- -аы же,с.39-44.

18. Муэапаров М.Н., Исследование закономерностей естественного искривления скважин при ударно-врацательном бурении. - в сб.: Технический прогресс в раз в. бург-ии. Алма-Ата, 1980,с.81-102.

19. ¡¿уэапаров М.К. Что,такое "оптп альный диаметр" и как на его Основе прогнозировать направление искривления скважины.

- В сб.: Техн. и т ехно л. раз о. бур еьия. Алма-Ата, 1980, с.81-80.

20. Муэапаров II.Ул. Технологические методы управления кассой скважин. - Разведка и охрана недр, 19ЯЗ, 7.' 10, с.37-40.

21. Муэапаров Ц.¡¡С. Новый подход к напрг членному^ буранит-.

- Разведка и охрана не,до, 1909, I," II, с.61-52.

22. Муэапаров М.Н. Технология стабилизации и изменения зенитного угла в условиях естественного искривления скватан.-3 со.: Материалы Всесоюзной научно-технической конференции "Надавленное бурение геологера^ведочныг скватан". Чита, 1989, с. 55-64.

23. Муэапаров М.Н., Ахмотжанов 5'.К. Новое в закономерностях естественного искривления скважин при гидроударном бурения.

- В сб.: Геология, техн.раза, и технол.изучения минер.сырья Казахстана. Алма-Ата, 1977, с.20-11.

24. Муэапаров Ы.З., Ахметяаноа Ф.К. Об оценке экономической эффективности гкдроударного бурения на примере Зыряновско-го района. - В сб.: Геолигия, техн.разв. и тегчол. изучения шнер. сырья Казахстана. Алма-Ата, 19Г1, с.91-92.

25. Музапаров У.л., Жауиитов Б.Ж. Применение регрессионного анализа при исследовании закономерностей искривлен я скея.уин

удо.рно-вращательного бурения в условиях Зыряновского рудного поля. - В сб.: Участие молодых учёных и специалистов в повышении эффективности работы предприятий цветной металлургии Казахстана. Усть-Каменогорск, 1977, с.86-8?.

26. Цуэапаров Ii.а., Мылтыкбае а З.Л. Применение ЭВМ для решения конкретных задач направленного бурения ".кважин. - 3 сб.: .'чаг^ие мгчюдьк ученых и специалистов в повышении эффективности

работы предприятия цв<"ткоГ( металлургии Казахстана. Усть-Каменогорск, 1977, с.151-152. . '

27. '.'узаглров H.JK., Кабдалоп С.З., Лбдадьдинов К.Н. К вопросу об искривлении сква;и:к пи пногмоударном бурении. - В кн.: Геология, техн. раз в. и техкоя.изучение миьср.сырья Казахстана. Алма-Ата, 1573, с.69-'2.

28. Кузаларов Ц.Ж., Скобочкин Б.Б. Методы сохранения прямолинейности сквакич с помощью гидроударников р_7 и ГВ-5. - В кн.: Техн.и '/ехнол.разв.бурения. Алма-Ата, 1980, с.77-81.

£9. Цуэапаров 1.1.Й., Успаноэ K.M., Исаев В.В. Экекторный снаряд для пнесмоударного бурения с отбором керна. - Разведка и охрана недр, 1983, $ 7, г.37-28.

30. Опыт выполакивания сквахин с помощью гидроударников./ М.К.Мулапаров, С..2 Зрендаенов, Е.Р.Смагулов - Алма-Ата, ICaal'Зим," 1963, 6с.

31. Иузапаров М.К., ДоэЗаев Д.И. Новое в технологии управления трассой сквакин при бурении гчарячаг* со свёккши керноприём-¡шкями. - В км.:. Техн. и технол. раз в.бурения в Казахстане. .лма-Лта, 1934, с.I17-123.

32. Приставка для наклонного бурения ПНБ-4 к мачто самоходной буро во Г( установки СБУ-300-315Б. Временные инструкция к технические уалоьля/ H.ä.UyoanapoB, Е .К.Курламов. - Алма-Ата, 1969,20с.

33. Вспомогательный инструмент и технические мредства при направленно;.: бурении сквахсин/. Я.Н.СаЯфуялин, М.Ж.Муэаг.аров. -Алма-Ата,OHT/Ü ЮМУ, 1959- S 9, вып.2, 4 о.

34. Лиманов К.Л., Музапаров М.Н. Об оп^те бурении скважин разведочным; пнешоударниками в Восточном Казахстане. - Н 'фть и газ, вып.4, Алма-Ата, КазШТ!, 1975, o.ZOI-ЮЗ.

25. Л^лноз К.Л., .Музапаров М.К. Пр;:*"'нц и закономерности <>стесг£еь.чого искривления сквалыг* при удар;1! о - ераа.атэк ьн с м буре-т.л. - В кн.: Тег..р"окл.1 Всесоюзной коч^орогщии по н^клоньому бурен;«. Баку, 1*76, с.¿9-31,

36. Скобочс н Б.Г., Музer ров М.£. Некоторые закономерности

искривления скваяин при гидроударном бурении. - D кн.: Прогрессивные способы бурения на твердые полезные ископаемые. Тез.докладов Респ.пкоды передового опыта. Алма-Ата, 1275, с.69-70

37. Кабдулов С.З., "узапзроп М.Н., Лбдильдинов К.Н. Пневмо-

- ударное бдение как средство предотвращения естественного искривления скяатан. - В кн.: Дост»иения нзучио-техн.прогресса -в практику геологоразведочных работ'. Тез. докл.уча^лглкоц Речь школы молодых учзнкх и специалистов Министерства геологии Казахской ССР 18-25 ноября 1979 года. .Алма-Ата, 1979. с. 134-135.

38. Кабдулов С.З., Муэапаров Ы.Ж., Уветев "".К. Результаты применения повзрхнес.'но-активного вещества (1L\B) при пн^вмоу;,арном бурении. - Б кн.: Технический прогресс в разведочно-'. сурении. Алма-Ата, 1920, с.64-67.

39. .Vсаков A.B., Штрассер В.В., 1/.узапаров M.JX ¡Пароструйный аппарат исправляет скважины. - Народноз хозяйство Казахстан.-, 1966, 6, с.84-66.

40. Приспособление для наклонного бурения к мачте самоходной буровой установки СБУ-ЗСО-З'ЛВ/ М.М.Киряаримов. Л.Д.Кткин, Е.И.Шу-мйтов, MJK.llys'гарои и др. - Алм -Ата,1959. 4 с.

41. Бдение наклонных скважин с помлцыо самоходных буровых установок СБУ-ЗОО-З/iB и УКВ-50СС/ М.Ы.!.'иркарт.:ов, Л.Д.Итшш, Е.й.Куматоз, Ii.>l!.*.iyaanapoB и др. - Сер.: Техн. и техно л. геол. разв.р. 5от; орг.пропэз., вып.2. Алма-Ата, 1969, !'• 9. 4 с.

42. A.c. 848578 (СССР). Двойной колонпвыП снаряд. Ц.Н.Пузапаров, Б.Е.Скобочкин, С.3.Кабдулов. - Опубл.. вБ.Н.,

.. 48 -Р Е 3 Ю Ц Е

К.ииста геологкялыц барлау саласьвд,арк ен, мш(ызда «эселелер-дтц б1р1 болт табылаты» - квгвнге бургилакатин схвазашалардыц иысанальц багы-шн дурыстап устауда сияасыз юпог1зуд!н техно-догн..си ад дотолади. Еуд иаселэ дйнаяым ывлиер» те иен Сургилау адтс1нен »гагары аЯналиидц бургиявуга оуисадидо ете мя^ады болсди.

Нуиыстыц иагнаси пдаосоц^ыш пзка пшЕиоавдьзгггчз ар^ыли бур-гилаганда бергяген багитти ?урацты ус,ГйУга кэнз цолттаезуш кухви:-дармен айналмаяы бургилау кезЬур скваапищыц багатын. с&цтаудыч технологияящ эдхсторхнхц гылцаи бургилаудыц барли; ?о-

С1лдор1ндо кеэдесетхн зениттхк ауитк.у царг^акдощ ыатоиаткклш^ ыодолш курудыц жалли наНэдарЦ сква»1каяарден" вени«т:к ауыткуи-шц технологиям працесстер:гН1Н теорилкл: касау; багытуалгон бур-гылаудан тиЛмдШгш зй.-ие охоноиикалы:; варианттари анщтайтын скважина: лц оениттхк ауыткуын Саскарудан технологиялщ доЯедерхн топ' гстиру; геологиял"^ ортшшн асерхка байланысты сквахиналардыч багьташн ауыт^у нолшерЬ! турацтАндару» багыты аадагайлалга» *ане Т1К¡Рейган сквояиналарда к.алпдл» кол*. :р>дп( гылиак цег1здрр1н . дэледдеу.

i resume

I Present work is complex decision of actual geologic explora-lon problem - a control of deep veil course. It *"ulf. led due p wedgeless technology *:.rked by author instead of traditional pdgo that. This last becnmj not enough effect and is practically xhausted at present stage of mass transition from lew-revolution rilling to high-revolution that.

Essence of the work conclude in scicntific ground of tecno-cgical irthods of set well deviation control and waning of '■i-jative hole deviation with help of usual sore barreis at rotary rilling and also with hydraulic and pneumatic hrjrcror drills; a work of construction principles of general matho.-ratic model f zenith veil deviation intensity; in th ory work of technologi-31 processes of zenith well deviation; in classification of tcch-jlogical system of zenith well deviation control to define nre Tc-ct and economical kinds of directional drilling;; in scienti-c ground of core barrel structure for dec.¿ase, increase or abllization of hole zenith angle in conditions of strong oppo-tion of geologic factors.