Осевая нагрузка на долото скорость его вращения.

В.С. Федоров первым показал, что при бурении однородных пород (на стенде или в промысловых условиях) всегда получаются зависимости, которые содержат информацию об изменении условий разрушения забоя по мере изменения силовых параметров. Эта информация в принципе может быть использована для совершенствования режима бурения. Попробуем оценить границы возможностей этого метода.

 

Рис. 1.1.2. Общий вид зависимости механической скорости бурения v_м от осевой нагрузки на долото G (по В.С. Федорову).

 

На рис. 1.1.2 показаны полученные В.С. Федоровым для разных пород и часто приводимые в литературе характерные графики зависимости механической скорости бурения v_м от осевой нагрузки на долото G при фиксированной скорости вращения n.

 

Рис. 1.1.3. Общий вид зависимости v_м (n) при различных осевых
нагрузках на долото (G₂ > G₁).

Если провести касательные к кривым на различных участках, то возможны три типичных случая:

- при малых нагрузках зависимость v_м = v_м (G) имеет вид прямой (например, 0 A, кривая 1), исходящей из начала координат; механическая скорость растет пропорционально осевой нагрузке, что характерно для поверхностного режима разрушения (по В.С. Федорову);

- продолжение касательной к кривой отсекает от оси нагрузок положительный отрезок (например, 0 G₀, кривая 1), что свидетельствует о том, что градиент изменения v_м больше, чем в первом случае;

- продолжение касательной (например, KL) отсекает от оси нагрузок отрицательный отрезок (0 L, кривая 2), что свидетельствует о том, что градиент изменения v_м меньше, чем на предыдущем участке.

Напрашивается кажущийся очевидным вывод о том, что второй случай является предпочтительным. А третий - менее всего результативным.

В литературе очень популярно представлять зависимость
v_м = v_м (G) в виде степенной функции

v_м = K₁ G ^a .

При a = 1 получаем уравнение для 1-го случая, при a > 1 - для второго, а третьему случаю соответствует значение a < 1.

По В.С. Федорову при последнем случае имеет место неудовлетворительная очистка забоя (зашламление) или внедрение зуба (зубка) долота на глубину, соизмеримую с высотой зубьев долота.

На основе изложенного можно было бы построить следующий алгоритм действий по совершенствованию режимов бурения:

- если оказалось, что a = 1, то нужно сделать все возможное, чтобы перейти на объемный режим разрушения, при котором a > 1;

- если экспериментом установлено, что a > 1, то постараться удержаться в этом режиме, отрабатывая долото при нагрузке, соответствующей максимальному значению a;

- если a < 1, то необходимо сделать все возможное, чтобы вернуться на объемный режим, обеспечив прежде всего совершенную очистку забоя, или, если последнее невозможно, уменьшив осевую нагрузку.

 

Испытание новой техники и технологии при бурении скважин с целью совершенствования технологии углубления скважин.

1,2

 

 

Статистические методы анализа пассивного опыта и результатов активных экспериментов в бурении

1,2

 

Статистические методы обработки данных испытания различных долот в промысловых условиях

1,2

 

Влияние нагрузки на долото и скорости вращения долота на процесс разрушения забоя шарошечными долотами.

1,3

В шарошечных долотах наиболее подвержены износу вооруже­ние и тыльные калибрующие поверхности шарошек, их опоры, а также козырьки лап. При износе вооружения шарошек умень­шается высота зубцов, изменяется их геометрическая форма, не­сколько увеличивается площадь контакта зубцов с породой; след­ствием последнего является уменьшение контактного давления зубцов на породу. С уменьшением высоты зубцов уменьшаются также амплитуда колебаний центра тяжести долота и динамиче­ская составляющая осевой нагрузки.

На износ вооружения влияют абразивность породы и дисперс­ной фазы промывочной жидкости, конструкция долота и каче­ство материала зубцов, параметры режима бурения и некоторые другие факторы. Износ вооружения характерен, прежде всего, для шарошечных долот, зубцы которых изготовлены за одно це­лое с телом шарошек (фрезерованные зубцы). Скорость износа таких зубцов по высоте возрастает с увеличением частоты вра­щения долота и удельной осевой нагрузки (рис. 6.10).

При неизменных параметрах режима бурения в однородной породе механическая скорость проходки по мере износа зубцов по высоте уменьшается (рис. 6.11, кривая 2); соответственно уменьшается во времени и прирост проходки (кривая 5).

Поскольку с увеличением осевой нагрузки и частоты враще­ния долота возрастает не только скорость разрушения породы, но и скорость износа зубцов шарошек, это не может не отра­зиться на характере зависимостей механической скорости про

Аналогично, ту частоту вращения, при которой величина ми­нимума эксплуатационных затрат является наименьшей по срав­нению с минимумами затрат при других частотах вращения, на­зывают оптимальной при данной осевой нагрузке. То сочетание частоты вращения и осевой нагрузки, при котором величина мини­мума эксплуатационных затрат является наименьшей по сравне­нию с минимумами при других сочетаниях тех же параметров, называют оптимальным режимом бурения. Эксплуатировать до­лота всегда желательно при оптимальном режиме или хотя бы при оптимальной нагрузке для выбранной частоты вращения. Продолжать отработку долота после достижения минимума экс-плуатационых затрат на 1 м проходки в однородной породе не­целесообразно, так как это ведет к увеличению себестоимости бурения скважины в целом.

Зубцы, изготовленные из специальных твердых сплавов, изна­шиваются по высоте менее интенсивно, чем фрезерованные. По­этому при бурении шарошечными долотами, оснащенными твер­досплавными зубцами, механическая скорость проходки, пока зубцы не выпали из тела шарошек, изменяется во времени мало (см. рис. 6.11, кривая 4).

Наиболее часто шарошечные долота выходят из строя вслед­ствие износа опор шарошек, особенно негерметизированных. Срок службы qnop шарошечных долот обратно пропорционален удель­ной осевой нагрузке в степени несколько больше единицы, ча­стоте вращения и существенно зависит от качества промывочной жидкости, прежде всего от содержания в ней абразивных частиц и от ее смазочной способности:

i

где Л 2— постоянная, зависящая от конструкции опоры и свойств промывочной жидкости; Ь₃ и Ь± — экспоненты, зависящие от свойств промывочной жидкости и некоторых других факторов; при применении глинистых суспензий, по данным ряда исследова­телей, 1<6₃<3,3 и &4—1.

Проходку за рейс долота до полного износа опор шарошек при бурении в однородной породе можно найти интегрированием уравнения (6.1) с учетом (6.7), (6.10) и (6.13):

Косвенно о состоянии опор шарошечных долот часто можно судить по характеру изменения крутящего момента, затрачивае­мого на вращение долота. Если нагрузка на долото сохраняется неизменной, то крутящий момент при бурении в однородной по­роде по мере износа вооружения изменяется незначительно и плавно. При сильном же износе опор, сопровождающемся раска

лыванием тел качения, перекосом их в подшипниках, выпаде­нием части тел качения на забой, шарошки заклиниваются, а мо­мент, затрачиваемый на вращение долота, резко возрастает. В большинстве случаев негерметизированные опоры шарошечных долот выходят из строя раньше, чем полностью изнашивается вооружение последних, и даже раньше, чем рейсовая скорость достигнет максимума.

Рейсовая скорость и эксплуатационные затраты на 1 м про­ходки существенно зависят от затрат времени t_c + t_B (см. § 6.3). Сумма (t_c + t_B) от параметров режима бурения почти не зависит, но увеличивается пропорционально глубине в степени намного больше единицы. Поэтому с глубиной, как правило, v_v уменьша­ется, а показатель с_э растет. Частично уменьшить отрицательное влияние глубины на эти показатели можно, если по мере углуб­ления скважины так изменять сочетание осевой нагрузки и ча­стоты вращения, чтобы возрастала проходка за рейс даже це­ной некоторого уменьшения механической скорости. Практически для этого увеличивают осевую нагрузку при значительном умень­шении частоты вращения долота.

Возможности такого регулирования, однако, весьма ограни­чены; повышать нагрузку можно лишь до определенного пре­дела, зависящего от прочности долота и его опоры. Другой путь — это замена шарошечных долот с негерметизированными подшипниками, которые рационально использовать при бурении на сравнительно небольших глубинах, шарошечными долотами с герметизированными опорами и твердосплавным вооружением либо безопорными долотами с износостойким вооружением (ал­мазные долота, долота ИСМ и др.).

 

 

59. Влияние гидромониторной промывки на показатели работы долот

1,3,4

Характерной особенностью применения гидромониторных долот является непредсказуемость и невоспроизводимость влияния высоконапорной струи на показатели работы долот. Оно может кратным, очень большим, умеренным или никаким.

Влияние гидромониторной промывки на показатели работы долот существует, но:

- при промывке скважины глинистым раствором относительный прирост v_м под влиянием гидромониторной промывки уменьшается по мере роста глубины скважины; иначе говоря, эффективность гидромониторной промывки, если ее оценивать по величине прироста v_м, снижается с глубиной так, что можно, в принципе, говорить о существовании предельной глубины эффективного применения гидромониторных долот;

- при промывке скважины водой (1-я группа отложений) относительный эффект по v_м существенно меньше, чем при промывке глинистым раствором (2...4-я группы);

- чем больше прирост v_м, тем ниже относительная стойкость долот t_б ; этот вывод не зависит от типа буровой промывочной жидкости;

- при бурении с промывкой глинистым раствором на ограниченных глубинах (2 и 3-я группы пород) отмечается интенсивный прирост v_м от увеличения v_и с 130 до 160 м/с (по сравнению с интервалом изменения скорости истечения v_и с 100 до130 м/с).

Подводя итог опыту проектирования и применения гидромониторных долот, можно сказать, что:

- влияние гидромониторной промывки (“боковой” промывки с использованием высокоскоростных затопленных струй) на механическую скорость бурения и другие “выходные” показатели бурения очевидно;

- промывка забоя скважины традиционно проектируется без учета взаимозависимости между силовыми параметрами и параметрами промывки, а гидравлические программы промывки при бурении гидромониторными долотами составляются без учета величин силовых параметров в надежде на то, что интенсификация промывки окажется полезной;

- современного промыслового опыта недостаточно, чтобы сформулировать алгоритм взаимовлияния силовых параметров и параметров промывки забоя и, на этой основе, разработать алгоритм прогнозирования показателей работы долот.

Накоплен значительный по объему и разнообразию опыт использования серийных гидромониторных долот и их модернизированных вариантов. По литературным данным все они обеспечивают увеличение показателей работы долот в той или иной степени. Ввиду противоречивости результатов эти данные невозможно использовать для прогнозирования эффекта от применения высоконапорных струй. Можно с высокой вероятностью надеяться на повышение скорости бурения и проходки на долото, но предсказать эффект невозможно.

 

Традиционные критерии оптимизации гидромониторной промывки забоя

1,3,4

Поиск оптимального варианта промывки скважины при бурении гидромониторными долотами до недавнего времени осуществлялось только по максимумам гидравлической мощности струй N_заб или силы их удара W_заб. Эти критерии не предъявляют никаких требований к размещению промывочных устройств в долоте, к расстоянию от насадок до забоя и к варианту сочетания числа насадок и диаметров их выходных сечений (лишь бы при этом суммарная площадь сечений отверстий была близка к расчетной). Единственное “преимущество” их перед другими, например, критерием “осевое давление струи” p_ос, заключается в возможности находить решение по косвенным признакам: максимуму N_заб или W_заб соответствуют заранее известные соотношения между перепадом давления на долоте и давлением на насосах. Максимум N_заб, например, будет тогда, когда расход жидкости и диаметры насадок выбраны так, что перепад на долоте оставляет две трети от давления на насосах. Однако неопределенность в выборе конкретного варианта реализации решения сделала указанные критерии малопривлекательными. Можно получить одно и то же "оптимальное" соотношение по давлениям, применяя две, три насадки, а также применяя равноразмерные или разноразмерные насадки (лишь бы перепад давления был один и тот же). В отечественной практике указанные критерии промывки практически не используются.

 

 

Традиционные методы расчленения разреза на пачки равной буримости

1,2

В качестве критерия оценки влияния технологических факторов (в том числе параметров промывки вообще и гидромониторных струй, в частности) на работу долот была выбрана средняя механическая скорость бурения по отработанным долотам. Этот показатель при анализе с привлечением больших массивов данных о работе долот объективнее других отражает влияние того или иного технологического фактора, несмотря на то, что он всегда искажен влиянием износа вооружения. При этом предполагается, что “стержневые” параметры - типоразмер долота, скорость его вращения и осевая нагрузка - остаются практически одинаковыми для интервалов равной буримости.

В качестве опытного полигона для промысловых исследований были выбраны разведочные площади Харьеверской впадины Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции, отличающиеся сходством условий бурения. На основании анализа работы долот в пробуренных скважинах геологический разрез был разделен на 6 пачек равной буримости (в порядке углубления скважин).

1-я пачка: глины (85%), пески и песчаники от четвертичных до среднетриасовых отложений, породы мягкие;

2-я пачка: глины (более 90%), песчаники, аргиллиты от среднетриасовых до нижнепермских отложений, породы мягкие с прослоями средних;

3-я пачка: переходная от терригенных пород к карбонатным и представлена переслаиванием известняков, доломитов, глин от нижнепермских до верхнедевонских отложений;

4-я пачка: известняки, доломиты, мергели (карбонатные породы) с редкими прослоями гипсов и ангидритов верхнедевонских отложений, породы средние и твердые;

5-я пачка: глины с прослоями известняков кыновского и саргаевского ярусов верхнедевонских отложений, породы средние;

6-я пачка: известняки, доломиты, глинистые известняки нижнедевонских и силурийских отложений, породы среднетвердые.

Итак, преимущественно глинистые породы - это 1-я, 2-я и 5-я пачки, а преимущественно карбонатные породы - это 4-я и 6-я пачки.

На рис. 6.4.4 и 6.4.5 приведены зависимости средней механической скорости бурения от реологических параметров бурового раствора, уменьшение которых до минимально возможных значений является важным условием эффективного применения гидромониторных долот.

Рис. 6.4.4. Влияние динамического напряжения сдвига бурового раствора на механическую скорость бурения:

1 и 2 - четвертая пачка буримости; 3 и 4 - пятая пачка буримости.

Рис. 6.4.5. Влияние пластической вязкости бурового раствора на механическую скорость бурения:

1 и 2 - четвертая пачка буримости; 3 и 4 - шестая пачка буримости.

 

62. Критерии оптимизации режима бурения при отработке долота.

1,3,4

 

Критерии оптимизации режимов бурения по интервалам бурения.

1,3,4

 

Метод определения оптимальных параметров режимов бурения на основе базовых зависимостей

1,3

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: