Главная страница ДонНТУ    Портал магистров ДонНТУ   

Кандидат техн. наук Каракозов А.А., Угнивенко В.В.
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗРАБОТКИ ДИНАМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ КОМПОНОВОК БУРОВОГО СНАРЯДА ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ БЕСКЕРНОВОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН НА УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ДОНБАССА .
Наукові праці ДонНТУ: Серія гірничо-геологічна, Вип. 45. - Донецьк, ДонДТУ, 2002. - С.135-139.

Бурение дегазационных и технических скважин в Донбассе (роторными) буровыми установками или установками разведочного бурения. В этом случае реализуется бескерновый способ бурения, при котором раз¬рушение породы осуществляется шарошечными долотами.
Однако особенности технологии бурения, соотношение требуемых парамет¬ров скважин и мощности привода подобных установок не позволяют создавать более эффективные условия для работы шарошечного долота. В тоже время исполь¬зование мощных установок нефтяного бурения экономически нецелесообразно. Та¬ким образом, основным путем повышения эффективности бескернового бурения скважин в Донбассе, с точки зрения интенсификации разрушения горных пород и повышения механической скорости, является реализация способов дополнительного динамического воздействия на забой при работе шарошечного долота.
До настоящего времени среди специалистов нет однозначного мнения о роли дополнительного динамического воздействия на забой при бурении скважин шаро¬шечными долотами [1-6]. Некоторые исследователи считают, что колебательные процессы в бурильной колонне приводят к сокращению срока службы элементов бу¬рового снаряда и долот, а, следовательно, снижают эффективность процесса буре¬ния. Поэтому их разработки направлены на создание амортизаторов и демпферов колебаний бурильной колонны. Другие исследователи придерживаются мнения о необходимости усиления колебательных процессов в бурильной колонне, для чего предлагают использование динамически активных компоновок бурового снаряда, в состав которых включают вибраторы, гидроударники, виброусилители и т.д. И те, и другие аргументируют свои выкладки положительными результатами эксперимен¬тальных работ и промысловых испытаний. Мало того, часть исследователей призна¬ет положительную роль, как гасителей, так и возбудителей колебаний при опреде¬ленных условиях эксплуатации, что привело к созданию компоновок бурового сна¬ряда, в которые одновременно включаются оба типа устройств [5].
Таким образом, на основании анализа ранее проведенных исследований мож¬но сделать вывод, что влияние дополнительного динамического воздействия на за¬бой действительно неоднозначно. И поэтому говорить о пользе или вреде колеба¬тельных процессов, действующих на забой, можно только лишь исходя из следую¬щих соображений. Как известно, при работе шарошечных долот на забой действует статическая нагрузка, обусловленная весом сжатой части низа бурильной колонны, и динамическая нагрузка, возникающая при перекатывании шарошек по забою. Тогда, если сумма статической и динамической нагрузок будет значительно меньше, чем допустимая нагрузка на долото, то следует говорить о необходимости усиления ко¬лебательных процессов для дополнительного воздействия на забой. В этом случае такие меры способствуют интенсификации процесса разрушения горной породы и повышению механической скорости бурения (обычно это наблюдается при роторном бурении скважин). В противном случае, когда суммарная нагрузка на долото приближается к значению допустимой нагрузки, то необходимо применять меры по га¬шению колебаний, приводящих к дополнительному воздействию на забой. Это свя¬зано с тем, что даже нерегулярно возникающие усилия на контакте «долото — гор¬ная порода», а особенно отскоки долота от забоя могут приводить к быстрому изно¬су породоразрушающего инструмента и его поломкам. Этот момент особо важен при турбинном бурении, отличающемся высокой динамикой низа колонны и используе¬мом при проводке глубоких скважин.
Учитывая такую точку зрения, можно сделать вывод, что в Донбассе, при со¬оружении неглубоких (по меркам эксплуатационного бурения) дегазационных и технических скважин установками с ограниченной мощностью привода, в подав¬ляющем большинстве случаев необходимо дополнительно воздействовать на забой для более интенсивного разрушения горной породы. Такой подход обоснован и с экономической точки зрения, поскольку при небольших глубинах скважин рейсовая скорость бурения в большей степени зависит от механической скорости, а не от ресурса долота. Следовательно, и стоимость бурения одного метра скважины для этих условий уменьшается с ростом механической скорости.
Дополнительное динамическое воздействие на забой может осуществляться как за счет усиления колебаний бурильной колонны, возникающих при работе ша¬рошечного долота, так и за счет использования специальных устройств, генерирую¬щих удары, вибрацию, пульсации давления и т.д. С учетом проведенных ранее ис¬следований можно выделить следующие схемы динамически активных компоновок бурового снаряда, используемых для создания динамических нагрузок на забой сква¬жины (рисунок).
  1. Обычная компоновка бурового снаряда (т.е. без применения специаль¬ных устройств — рисунок а). В этом случае вся динамика системы и воздействие на забой определяется колебаниями всего бурового снаряда.
  2. Буровой снаряд с динамически активным участком низа бурильной колонны (с установкой упругого разделителя на некотором расстоянии от забоя — рисунок б). Динамическое воздействие на забой определяется колебаниями нижней части бурильной колонны от забоя до разделителя.
  3. Буровой снаряд с наддолотным утяжелителем (рисунок в). Динамиче¬ское воздействие на забой обуславливается колебаниями бурового снаряда и удара¬ми, наносимыми наддолотным утяжелителем. Утяжелитель представляет собой груз (набор грузов), периодически поднимающийся над забоем за счет колебаний низа колонны и наносящий удар по долоту при падении.
  4. Буровой снаряд с наддолотным утяжелителем и динамически актив¬ным участком низа колонны (с установкой упругого разделителя — рисунок г). Динамическое воздействие на забой определяется колебаниями нижней части бу¬рильной колонны от забоя до разделителя и ударами наддолотного утяжелителя.
  5. Буровой снаряд с установленным над долотом вибратором (рисунок д). Динамика системы определяется колебаниями бурового снаряда и действием переменной силы, генерируемой вибратором. Переменная сила, передаваемая на менной силы, генерируемой вибратором. Переменная сила, передаваемая на забой скважины, изменяется по синусоидальному (или близкому к нему) закону и чаще всего имеет гидравлический источник энергии.
  6. Буровой снаряд с установленным над долотом вибратором и наддолот-ным утяжелителем (рисунок е). В этом случае действие переменной силы дополня¬ется ударами наддолотного утяжелителя.
  7. Буровой снаряд с установленным над долотом вибратором с гидравли¬ческим усилителем (рисунок ж). Гидравлический усилитель позволяет увеличить амплитуду переменной силы, генерируемой вибратором. При использовании подоб¬ной схемы следует иметь в виду, что направленная вверх сила реакции в гидроуси¬лителе, воспринимается верхней частью бурильной колонны. При определенных ус¬ловиях это может обуславливать необходимость в закреплении верхнего торца буро¬вого снаряда и накладывать ограничения на применение упругих разделителей.
  8. Буровой снаряд с установленным над долотом вибратором с гидравли¬ческим усилителем и наддолотным утяжелителем (рисунок з).
  9. Буровой снаряд с установленным над долотом гидроударником (рису¬нок и). Гидроударник создает периодические ударные импульсы, передаваемые на забой. Гидроударник может наносить удары или в одном направлении (одноударный режим), или в двух направлениях (двухударный режим). При генерации ударов в двух направлениях происходит также интенсификация колебаний нижней части бу¬рильной колонны.
  10. Буровой снаряд с установленным над долотом гидроударником и над¬долотным утяжелителем (рисунок к). Динамическое воздействие на забой опреде¬ляется совместным действием гидроударника и наддолотного утяжелителя. При этом гидроударник может быть использован для интенсификации перемещений на-долотного утяжелителя.
    Схемы по рисунок д-к могут использоваться как с установкой упругого раз¬делителя в снаряде, так и без него. Тогда в зависимости от места установки упругого разделителя относительно специальных устройств будет изменяться длина динами¬чески активного участка бурильной колонны. Теоретически возможно увеличение числа схем за счет комбинирования специальных устройств, но вряд ли это может иметь практическое значение из-за чрезмерного усложнения компоновки бурового снаряда.
    В последнее время проведен ряд детальных исследований по управлению динамикой бурильного инструмента при проводке глубоких скважин [4, 5], в которых достаточно подробно рассмотрена работа бурового снаряда по схемам рисунок а, б, д, ж и частично и. Предложенные авторами технические решения ориентированы на использование буровых установок нефтяного сортамента и для других условий требуют доработки. В тоже время работа компоновок с наддолотными утяжелителями, особенно в совокупности с другими устройствами, которые по предварительным данным являются весьма перспективными, требует дальнейшего изучения. Поэтому необходимы детальные теоретические исследования динамики схем бурового снаряда, включающих наддолотные утяжелители и гидроударные механизмы. Это позволит провести оптимизацию технологических схем бурения для условий Донбасса с точки зрения достижения максимальной механической скорости бурения и подобрать рациональные параметры устройств, включаемых в компоновку снаряда.

    Библиографический список

    1. . Балицкий П.В. Взаимодействие бурильной колонны с забоем скважины. — М.: Недра, 1975.—294 с.

    2. Керимов З.Г. Динамические гасители бурильной колонны. — М: Недра, 1970. — 175 с.

    3. Симонов В.В, Юнин В.К. Влияние колебательных процессов на работу бурильного инст¬румента. — М: Недра, 1977. — 217с.

    4. Султанов Б.З. Управление устойчивостью и динамикой бурильной колонны. — М: Недра, 1991.—208 с.

    5. Султанов Б.З., Габдрахимов М.С., Сафиуллин Р.Р., Галеев А.С. Техника управления динамикой бурильного инструмента при проводке глубоких скважин. — М.: Недра, 1997. — 165 с.

    6. Эйгелес Р.М., Стрекалова Р.В. Расчет и оптимизация процесса бурения скважин. — М.: Недра, 1977. —215 с.

    Главная страница ДонНТУ    Портал магистров ДонНТУ