Вплив динамічних процесів у бурильній колоні на роботу тришарошкових доліт

Abstract

Дисертація присвячена покращенню технології відробки тришарошкових доліт шляхом вибору оптимальних типів доліт та значень режимних параметрів на основі статистичного аналізу промислових даних та аналізу результатів моделювання поздовжніх коливань в бурильній колоні при поглибленні свердловини. Удосконалена математична модель поздовжніх коливань в бурильній колоні, які виникають внаслідок взаємодії тришарошкового долота з вибоєм під час буріння. Досліджені динамічні характеристики коливальної системи “бурильна колона-долото-вибій” для різних типорозмірів тришарошкових доліт, КНБК та характеристик вибою. Розроблені практичні рекомендації з вибору типів доліт, навантаження на долото та частоти обертання при розбурюванні порід різних стратиграфічних підрозділів Яблунівського ГКР. Основні результати дисертації впроваджені в практику буріння.

Дисертация посвящена усовершенствованию технологии отработки трехшарошечных долот путем выбора оптимальных типов долот и значений параметров режима бурения на основании статистического анализа данных о работе долот, а также результатов моделирования продольных колебаний в бурильной колонне. Приведены результаты анализа показателей работы трехшарошечных долот на площадях бурового управления «Укрбургаз» за 1991 - 2000 гг. Показано что рост проходки на долото и времени работы его на забое обусловлены использованием импортных долот, а не улучшением технологии отработки. Усовершенствована математическая модель продольных колебаний в бурильной колонне, возникающих вследствие взаимодействия шарошечных долот с упруго-вязким забоем, которая учитывает влияние основных природных, технических и технологических факторов (свойства забоя, параметры режима бурения, тип КНБК, геометрия вооружения долота и др.) на колебательный режим в произвольных частях колонны. Модель предназначена для расчета динамических характеристик (смещения и силы в произвольных сечениях колонны, АЧХ и спектров смещения и силы), энергетических характеристик колебаний при бурении шарошечными долотами и реализована в виде пакета программ для ПЭВМ. Исследованы динамические характеристики колебательной системы “бурильная колонна-долото-забой” и изучено влияние основных факторов (упругие и вязкие свойства забоя, типоразмер используемого долота, параметры режима бурения, тип КНБК) на динамический режим в различных сечениях колонны и на долоте. Показано, что предложенные ранее волновые отражатели обладают низкой эффективностью при роторном способе бурения. Для разбуривания твёрдых пород предложены многоступенчатые отражатели. Колебательный режим работы отражателя очень чувствителен к частоте вращения ротора. Установлено, что для бурения мягких и средних пород с возможными пропластками твёрдых наилучшими динамическими характеристиками обладает компоновка с амортизатором, в которой между амортизатором и долотом установлена небольшая (до 10 м) секция УБТ. Показано, что при бурении мягких пород подамортизаторная масса в такой КНБК будет осуществлять колебания как одно целое за счет упругости забоя и амортизатора, а в случае твёрдых пород будет работать как волновой отражатель. В рамках предложенной модели исследованы причины образования и углубления ухабов на забое. Подтверждено возникновение интенсивных низкочастотных продольных колебаний во всей колонне в случае наличия ухабов. Сформулированы условия образования, углубления и неустойчивости ухабов и на их основании получены диаграммы ухабоопасных зон в координатах “жёсткость забоя - частота вращения ротора”. Показано для КНБК без амортизатора наличие частот вращения, которым соответствует неустойчивость при произвольных характеристиках забоя. Предложен способ предотвращения образования ухабов путем выбора частоты вращения ротора. Созданы пакеты программ для выбора типа долот, КНБК и параметров режима бурения на основании статистической обработки баз данных показателей отработки долот в БУ «Укрбургаз», а также на основании анализа результатов моделирования продольных колебаний с целью интенсификации динамических режимов работы долот. Разработаны рекомендации по их применению в практике бурения. Разработаны практические рекомендации по выбору типов долот, нагрузки на долото и частоты вращения при разбуривании пород различных стратиграфических разделов Яблуновского ГКМ. Основные результаты диссертации внедрены в практику бурения.

The thesis is dedicated to increase of efficiency of destruction of rock by roller bits by effect on it of energy of longitudinal vibrations. The mathematical model of longitudinal vibrations in a drilling string arising owing to interplay of roller bits with elastic-tenacious working face is advanced which one allows for influencing basic natural, technical and technology factors. The response curves of a vibratory system a drilling string-bit-face are investigated and influencing major factors on a dynamic behaviour in different sections of a string and on a bit is studied. The practical guidelines are designed selection (!at the choice of) phylunis of chisels, bit weight and rotating speed at drilling over of formations of different stratum partitions of Yablunivske gas condensate field. The base outcomes of a thesis are inserted in drilling practice.