Удосконалення технологій ліквідації прихватів бурильних колон ударними механізмами

Abstract

Дисертація присвячена підвищенню ефективності динамічної дії на прихвачений інструмент з допомогою ударних механізмів. Розроблена математична модель технології ліквідації прихватів з допомогою ударних механізмів, яка враховує вплив основних технічних і технологічних факторів на ефективність динамічної дії в зоні прихвату. Досліджені динамічні характеристики коливальної системи і вивчено вплив основних факторів на критерії динамічної дії на зону прихвату (імпульс коливальної системи і внутрішня сила на верхній границі прихвату). Встановлено існування оптимальних техніко-технологічних параметрів, які забезпечують екстремальне значення критеріїв ефективності динамічної дії. Удосконалені технології і технічні засоби для ліквідації прихватів ударними механізмами в ударному та імпульсно-хвильовому режимах. Основні результати дисертації впроваджені в практику буріння.

Диссертация посвящена повышению эффективности динамического воздействия на прихваченный инструмент с помощью ударных механизмов. Приведены результаты анализа прихватов на площадях бурового управления «Укрбургаз» за 1991-1998гг. Показано, что низкая результативность (0,20) технологий ликвидации прихватов с помощью ударных механизмов обусловлена уменьшением их парка и отсутствием обоснованных технологий использования ударных механизмов для обеспечения целенаправленных динамических воздействий на зону прихвата. Разработана математическая модель технологии ликвидации прихватов с помощью ударных механизмов, которая учитывает влияние основных технических и технологических факторов (геометрические, массовые и упругие характеристики аварийного инструмента; усилие разрядки замкового устройства и длина рабочего хода бойка ударного механизма; диссипативные параметры среды) на динамические процессы в зоне прихвата. Модель построена для доударного (с момента времени разрядки замкового устройства до соударения бойка с наковальней) и послеударного (с момента времени соударения бойка с наковальней ) периодов, предназначена для расчета динамических характеристик (смещения и скорости бойка и наковальни, импульса колебательной системы, внутренние силы на наковальне и верхней границе прихвата) при ликвидации прихвата и реализована в виде пакета программ для ПЭВМ. Исследованы динамические характеристики колебательной системы и изучено влияние основных факторов (усилие разрядки замкового устройства и длина рабочего хода бойка ударного механизма, компоновка аварийного инструмента) на критерии динамического воздействия на зону прихвата (импульс колебательной системы и внутренняя сила на верхней границе прихвата). Показано, что критерии импульса и внутренней силы на верхней границе прихвата отражают различное влияние на зону прихвата. Оптимальные значения этих критериев не совпадают. Установлено, что для конкретных условий возникновения прихвата существует оптимальное сочетание технико-технологических параметров (длина рабочего хода бойка ударного механизма, компоновка аварийного инструмента), которое обеспечивает экстремальное значение критериев динамического воздействия на зону прихвата. Для ударного режима ликвидации прихвата оптимальная длина рабочего хода бойка по критерию импульса колебательной системы зависит от деформации инструмента в момент разрядки замкового устройства и дисипативных параметров. Возникновение максимальных внутренних усилий на верхней границе прихвата определяется параметрами колебательной системы и характерно для ударных механизмов с малыми длинами (0,1...0,3 м) рабочих ходов бойка. Изучены динамические характеристики колебательной системы при импульсно-волновом режиме ликвидации прихвата и установлены факторы, влияющие на его реализацию. Выделены характерные ситуации и разработаны рекомендации для выбора параметров технологий ликвидации прихватов, обеспечивающих целенаправленное динамическое воздействие на зону прихвата. Для оценки диссипативных параметров уравнений колебаний предложено использовать методику М.М.Александрова для измерения сил сопротивления при перемещении колонны труб с постоянной скоростью. Методика апробирована на скважинах бурового управления «Укрбургаз». Усовершенствованы конструкции ударных механизмов цангового типа для ликвидации прихватов в ударном та импульсно-волновом режимах. Основные результаты диссертации внедрены в практику бурения.

The dissertation is devoted to efficiency improvement of a kinetic effect on the sticking of drilling string by means of percussion tools. A mathematical model of the technology of releasing sticking by means of percussion tools is designed and it takes into account how main technical parameters influence the efficiency of the kinetic action in the sticking area. Kinetic characteristics of the fluctuation system and influence of the main factors of the kinetic action criteria on the sticking area (i.e. an impulse of the fluctuation system and the inner force at the upper border of the sticking area) are investigated Optimal technical parameters that provide an extreme value of the criteria of kinetic e fficiency are fixed. Technologies and technical means for releasing sticking of drilling string by percussion tools within impaction and impulse-wave regimes are improved. The dominant results of the dissertation have been inserted into well drilling practice.