Удосконалення технології буріння свердловин долотами ріжучого типу з використанням наддолотних віброзахисних пристроїв

Abstract

Захищається 12 наукових праць, які містять теоретичні, експериментальні та промислові дослідження пов’язані з вдосконаленням технології буріння свердловин долотами ріжучого типу. Вивчена робота долота ріжучого типу, встановлена нова аналітична залежність заглиблення долота та площі контакту ріжучих елементів від осьового навантаження, з врахуванням конструктивних параметрів долота, площин перекриття сусідніми різцями і механічної характеристики породи. Розроблені аналітичні моделі роботи бурильного інструменту при бурінні свердловин долотами ріжучого типу роторним та турбінним способами. Проведена оцінка впливу параметрів бурильного інструменту, зокрема віброзахисного пристрою, і режиму буріння на роботу долота. Розроблено напрямки практичного використання результатів досліджень. Запропоновано новий віброзахисний пристрій.

Защищается 12 научных работ, содержащих теоритические, экспериментальные и промысловые исследования связанные с усовершенствованием технологии бурения скважин долотами режущего типа. Анализ отечественных и зарубежных иследований, связанных с изучением работы режущего типа, позволил установить, что одной из основных причин разрушения вооружения долота и ухудшения работы бурильного инструмента являются динамические нагрузки, действующие на долото в процессе бурения. Предложена новая зависимость изменения осевой нагрузки от углубления долота, учитывающая его конструктивные параметры, механические характеристики породы, определены функциональные зависимости между усилиями, действующими на режущие элементы долота с использованием экспериментальных характеристик процесса разрушения единичными резцами. Описана совместная работа долота режущего типа и бурильной колонны в процессе роторного и турбинного способов бурения. Разработанные аналитические модель и алгоритм приближенного решения уравнений движения системы “долото режущего типа - забойный двигатель - бурильная колонна“ позволяют определять в любой момент времени динамические параметры взаимодействия долота режушего типа с забоем, угловые смещения сечений бурильной колонны, величины динамических крутящих моментов на долоте, турбобуре и в сечениях бурильной колонны при изменении конструктивных параметров долота, компоновки бурильной колонны и режима бурения, и их эффективность углубления забоя. Проведена оценка влияния параметров бурильного инструмента, в том числе виброзащитного устройства (ВЗУ) и режима бурения на динамику работы долота. Установлено, что с возростанием осевой нагрузки и твердости породы, среднее значение крутящего момента на долото возрастает по зависимости близкой к линейной. Размах колебаний крутящего момента при бурении песчаника и мрамора в режиме нагрузок 10...30 кН, практически не изменяется. При увеличении осевой нагрузки от 30 до 100 кН размах колебаний до значения осевой нагрузки 80 кН возрастает, а потом уменьшается. При возрастании твердости породы сохраняется характер изменения размаха колебаний, при этом максимальное значение размаха смещется в зону больших осевых нагрузок. С увеличением расхода жидкости от 30 до 40 л/с, размах колебаний крутящего момента уменьшается на 25-30 %. Включение в компоновку ВЗУ не влияет на характер изменеия величины среднего значения крутящего момента на долоте. При этом уменьшается размах колебаний крутящего момента. Коэффициент динамичности по крутящему моменту Кд при установке ВЗУ жесткостью 60-103 - 120-103 Нм/рад, уменьшается в 1,25-1,27 раза, по сравнению с компоновкой без него. Установлено, что при бурении мрамора долотом ДЛС-146 при осевой нагрузке 20 кН и увеличении количества режущих элементов на одной линии резания до трех приводит к уменьшению коэффициента динамичности на 25 % и росту энергоемкости разрушения в 3 раза. Включение в компоновку ВЗУ крутящих колебаний при одном резце на линии резания приводит к уменьшению коэффициента динамичности на 67 % при сохранении величины энергоемкости разрушения забоя. Механическая скорость бурения при увеличении осевой нагрузки возрастает до определенного значения, а потом наступает снижение темпа роста, а далее и уменьшение, особенно интенсивное в области тормозного режима работы турбобура. Приведены конструктивные и технологические требования, которые обеспечивают эффективность применения долот режущего типа с учетом параметров низа компоновки бурильной колонны. Указаны пути использования разработанных аналитических моделей и компьютерных программ для совершенствования процесса бурения. Разработанный универсальный буровой амортизатор, эффективность работы которого достигается гашением продольных и крутильных колебаний отдельными упругими элементами независимого действия. Экспериментально определены статические составляющие крутящей и продольной жосткости упругих элементов амортизатора и приведена методика расчета динамических составляющих, соответствующих жесткостей. Предварительные эксплуатационные испытания универсального бурового амортизатора показали его работоспособность и эффективность.

12 scientific works are beig defended. They include theoretical, experimental and industrial commercial researches dealing with the improvement of well drilling techology by cutter-type bits. The operation of a actting bit has been studied. There has been determined a new analytical dependence of a bit deepening and area of cutting elements contact on an axis loading taking into cousideration the constructive parameters of bits, planes of cutters’overlapping and mechanical characteristics of rocks. There have been developed the analytical models of drilling tools’operation at well drilling using cutting bits under rotory and turbine drilling. There has been assessed the influence of drilling tools parameters, a vibroprotective devise in particular, and drilling regimes on a bit operation.