Експериментальні дослідження енергопередавальних функцій бурильної колони у стовбурі скерованої свердловини

Abstract

Описано експериментальні дослідження потужності під час обертання бурильної колони та сил опору при її осьовому переміщенні у стовбурі скерованої свердловини. Подано конструкції експериментальних стендів, методики математичного моделювання, технології проведення експериментів, критерії подібності для моделей бурильної колони і результати досліджень у вигляді графічних залежностей. За результатами проведених досліджень авторами встановлено залежності зміни потужності холостого обертання бурильної колони від зміни дії осьового розтягуючого зусилля на неї, інтенсивності викривлення стовбура свердловини і зенітного кута, які можна використовувати для довільних її реальних конструкцій. Встановлено, що домінуючими чинниками підвищення потужності холостого обертання бурильної колони є осьове розтягуюче зусилля, обумовлене вагою нижньої частини, та інтенсивність викривлення стовбура свердловини. Розширення можливостей експерименту шляхом врахування в конструкції бурильної колони замкових з’єднань, сили розтягу, інтенсивності викривлення свердловини підвищує точність результатів досліджень і забезпечує більш якісне відтворення реального процесу в лабораторних умовах. Отримані результати експериментальних досліджень потужності холостого обертання БК у викривленому стовбурі свердловини було зіставлено з аналітичними даними, обчисленими за відомими математичними моделями для труб СБТ 114.3. При цьому розбіжність становила близько 8%. Запропоновані в даній статті методи і засоби експериментального дослідження енергопередавальних функцій бурильної колони розширюють можливості вдосконалення їх конструкцій і умов експлуатації, що дає змогу корегувати методи проектування і вибору конструкції бурильної колони для буріння похилоскерованих і горизонтальних свердловин.

Experimental studies of drill string capacity at rotation and resistance forces at its axial moving in the wellbore of the directional well are described in this article. Experimental stands designs, the methods of mathematic simulation, experimental procedure, similarity criteria for drill string models and the results of researches in the form of graphic dependences are considered. According to the results of the researches, the authors determined the dependences of drill string idle capacity change on its extension force change, the intensity of wellbore and inclination angle deviation, which can be used for any of its real designs. It has been established that the dominant factor of idle capacity increase is axial extension force, caused by weight of its lower part and the intensity of wellbore deviation. Extension of experimental possibilities through taking into consideration pipe joints, extension forces, wellbore deviation intensity increase accuracy of research results and provide better presentation of real process under laboratory conditions. The results received from the experimental studies of drill string idle capacity in the deviated wellbore were compared with analytical data that were calculated according to the known mathematical models for SBT 114.3 pipes. The divergence was established at about 8%. The drill string energy transfer methods and means of experimental study offered extend possibilities of improvement of their designs and service conditions. It allows to correct the methods of design and the choice of drill string design for directional and horizontal wells.