Удосконалення технології буріння свердловин з врахуванням стану породоруйнівного інструменту

Abstract

Експериментально досліджено закономірності впливу ступеня зношення одиничного різця на силові та енергетичні параметри різання гірської породи. Встановлено залежність амплітуди поздовжніх коливань від режимних параметрів та стану озброєння долота. Розроблено математичну модель і встановлено закономірності зміни довжини зношуваної частини різця долота та інтенсивності його спрацювання в процесі роботи. Розроблено метод коригування режимно-технологічних параметрів буріння та забезпечення безаварійної роботи компоновок низу бурильної колони з врахуванням стану озброєння долота. Для його реалізації удосконалено конструкцію та виготовлено дослідний зразок пристрою, що дозволяє оцінити рівень навантаженості компоновки низу бурильної колони. Проведено аналітичні дослідження впливу жорсткістних характеристик гнучкої ланки компоновки на відхиляюче зусилля на долоті та згинальний момент.

Экспериментально исследованы закономерности влияния степени износа единичного резца на силовые и энергетические параметры резки горной породы. Установлена зависимость амплитуды продольных колебаний от режимных параметров и состояния вооружения долота. Разработана математическая модель и установлены закономерности изменения длины изнашиваемой части резца долота и интенсивности его износа в процессе работы. Разработан метод корректировки режимно-технологических параметров бурения и обеспечения безаварийной работы компоновок низа бурильной колонны с учетом состояния вооружения долота. Для его реализации усовершенствована конструкция и изготовлен опытный образец устройства, позволяющего оценить уровень нагруженности компоновки низа бурильной колонны. Проведены аналитические исследования влияния жесткостных характеристик гибкого звена компоновки на отклоняющее усилие на долоте и изгибающий момент.

Experimental studies of the influence of wear of PCD insert on the change of power and energy parameters of the process of cutting rocks have been carried out. The average values of the force and its components, the magnitude of the specific load, work and specific energy of the process of rock destruction are determined. It was found that an increase in the degree of wear of the plate causes an increase in the resultant force.It was found that with an increase in the degree of wear, within the limits of the resultant force, the component aimed directly at cutting the rock decreases, and the component directed at the indentation of the cutting element increases. An increase in the resultant force leads to an increase in the value of the moment of resistance to destruction of the rock and the required power, and, accordingly, the level of loading of the BHA. An insignificant effect of the increase in the depth of cut on the value of the specific load for new inserts was revealed. For PCD with signs of wear, the specific loads are significantly lower than for sharp ones and can reach values that are insufficient for energy-efficient destruction of rocks. The results obtained provide a basis for regulating the degree of wear of cutting elements of rock destruction tools. An experimental and theoretical study of the vibration parameters of a drilling tool equipped with a cutting-shearing type drilling bit is carried out. The dependence of the amplitude of longitudinal vibrations on the operating parameters of drilling and the state of the bit structure has been established. A decrease in the height of the worn segment part of the cutter by 1 mm causes a decrease in the amplitude of longitudinal vibrations by 1.4-1.8 times. The graphic dependences of the work and the destruction power of the bottomhole on the implementation time are determined and built. It is proposed to assess the degree of wear of the bit structure by the indicators of changes in the instantaneous values of the operating and technological parameters of drilling and the parameters of the oscillating processes of the drilling tool. In an analytical and numerical form, a mathematical model has been developed to determine the length of the wearing part of the bit cutter (chord), as well as the intensity of its operation for a drilling tool in conditions of longitudinal and torsional vibrations. Based on the results of the implementation of the model, the dependences of the change in the chord length and the wear rate of the cutter on the operating time and cutting path were obtained. The parabolic character of the change in the chord length was established. A method for adjusting the operating and technological parameters of drilling and ensuring trouble-free operation of the elements of the bottom-hole assembly, taking into account the state of the bit structure has been developed. The method is based on the idea of continuous monitoring of the operating and technological parameters of drilling, force and kinematic characteristics, the state of the rock destruction tool structure and further assessment of their relationship and impact on the operation of the BHA. In gen19 eral, the method provides for the design of operating and technological parameters, monitoring during drilling, as well as making decisions on the effectiveness of drilling operations and the feasibility of continuing them using the available tool.