Совершенствование технологии бурения скважин долотами режущего типа за счет применения их двухъярусной конструкции

Реферат

Расширение области применения буровых работ и повышение их значимости выражается в ускоренном развитии технологии бурения. Существенный прирост технико-экономических показателей бурения дает совершенствование долот как одно из магистральных направлений развития буровой техники. Повышение стойкости и производительности долот позволяет влиять на эффективность процесса бурения. Проблема увеличения рейсовой скорости бурения при сооружении скважин различного назначения является одной из самых важных. Решать ее можно, внедряя новые конструкции высокоэффективных долот [1].

Пятьдесят лет назад профессор B.C. Владиславлев показал, что процесс резания горных пород, независимо от категории их твердости, во много раз эффективнее процесса вдавливания, так как затрата энергии при резании растет значительно медленнее, чем увеличение объема отделяемой породы [2].

Накопленный с конца 70-х годов XX века зарубежный (пластинки «Stra-tapax», а позднее — PDC) и отечественный опыт применения долот, оснащенных алмазно-твердосплавными пластинами (АТП), показал, что такие материалы обладают износостойкостью, в десятки раз, и термостойкостью, в 2 раза превышающей аналогичные характеристики вольфрамо-кобальтовых твердых сплавов. Долота с АТП — это высокоэффективный инструмент для бурения мягких и средних пород, при разрушении которых резцы сохраняют острые кромки длительное время. При роторном бурении и бурении винтовыми забойными двигателями долота этого типа обеспечивают увеличение механической скорости проходки в 2 раза по сравнению с шарошечными долотами, проходки на долото в 3−7 раз при осевой нагрузке в 2−2,5 раза меньшей и при сопоставимом крутящем моменте. [3].

Однако область их применения ограничена малоабразивными породами средней крепости. С 1984 г. в США изготовляются долота Балласет (фирма-изготовитель «Нортон Кристенсен»), пригодные для разбуривания более твердых горных пород. С этой целью кроме пластин Stratapax, размещенных на режущих лопастях, калибрующая поверхность оснащена природными алмазами, что значительно увеличивает стоимость долот.

Главной причиной невозможности использования долот с АТП в породах VI-VIII категорий по буримости является увеличивающийся износ режущих элементов от центра к периферии или потеря диаметра, что приводит к выходу таких долот из строя. Поэтому актуальной является проблема совершенствования технологии бурения скважин долотами режущего типа за счет изменения’ их конструкции, направленная на расширение области применения долот данного типа. Для решения данной проблемы предназначена новая разработка — двухъярусное долото режущего типа со встречным вращением ярусов, имеющее алмазно-твердосплавное вооружение.

9 стр., 4485 слов

Бурение нефтяных и газовых скважин (6)

... бурении нефтяных и газовых скважин Бурение Вертикальное бурение Наклонно-направленное бурение Горизонтальное бурение Бурение Область применения бурения широка: поиски и разведка полезных ископаемых; изучение свойств горных пород; ... цементируется по всей ... работ; искусственное закрепление горных пород (замораживание, битумизация, цементация и др.); прокладка подземных коммуникаций и др. Бурение ...

Исходя из этого, целью работы является повышение эффективности процесса бурения скважин за счет применения новой конструкции долота режущего типа в породах VI-VIII и частично IX категорий по буримости.

Методы исследования имеют комплексный характер и включают анализ и обобщение имеющихся теоретических, лабораторных и промысловых материалов по данной проблеме, а также результатов собственных аналитических и лабораторных исследований с использованием современных приборов, установок и вычислительной техники.

Новизна научных положений состоит в следующем:

1. Установлено, что при бурении твердых, крепких и абразивных пород долотами режущего типа мгновенная скорость проходки является величиной постоянной при постоянном значении осевой нагрузки, независимо от частоты вращения (патент на изобретение «Способ бурения направленных скважин»).

2. Установлено, что осевая нагрузка необходимая для достижения равных величин интенсивности разрушения, зависит от частоты вращения долота режущего типа.

3. Предложена зависимость для расчета мгновенной скорости проходки и определены величины входящих в нее эмпирических параметров.

4. На уровне изобретения разработана конструкция долота режущего типа с алмазно-твердосплавным вооружением, расположенным на соосных ярусах, с возможностью вращения ярусов с различными скоростями вокруг оси породоразрушающего инструмента. На защиту выносятся:

  • Методика расчета мгновенной скорости проходки долота режущего типа.
  • Конструкция двухъярусного долота режущего типа диаметром 215 мм, вооруженного алмазно-твердосплавными пластинами (АТП или РБС).

  • Расчет кинематических параметров режущей части предлагаемого долота.
  • Компоновка наддолотной части бурильной колонны и двухъярусного долота режущего типа.
  • Параметры рационального режима бурения новым инструментом.

Практическая ценность заключается:

1) в разработке принципа создания нового вида буровых долот, на одной оси которых ярусы с режущими элементами имеют различные частоты вращения;

2) в разработке конструкции двухъярусного долота режущего типа диаметром 215 мм, рабочие поверхности которого оснащены АТП;

3) в разработке теоретических основ расчета режимных параметров отработки долот данной разновидности для проведения стендовых и полевых испытаний;

4) в создании математической модели системы «горная порода — двухъярусное долото»;

5) в создании алгоритма и программы работы долота режущего типа на забое;

6) в разработке технологического регламента для бурения скважин в условиях работы ОАО «Южгеология», г. Ростов-на-Дону (приложение П.1);

7) в использовании разработки «Двухъярусное долото режущего типа» в учебном процессе кафедры «Геофизика, техника разведки и бурение нефтегазовых скважин» ЮРГТУ (НПИ) при изучении дисциплин «Технология бурения нефтяных и газовых скважин» и «Разработка и эксплуатация бурения нефтяных и газовых месторождений» (приложение П.2).

5 стр., 2266 слов

Реферат бурение скважин на воду

... бурения Бурение скважин может осуществляться способами, принципиально отличающимися по своей физической природе разрушения горных пород: по способу воздействия на горные породы, по характеру разрушения горных пород на забое, по типу долота ...

Достоверность научных положений и выводов подтверждается использованием теоретически обоснованных и проверенных методов исследования, сходимостью расчетных данных с результатами экспериментов, а также представительным объемом экспериментов, позволяющим с вероятностью 0,95 утверждать, что ошибка полученных результатов не превышает 10−14%.

Основные положения диссертации доложены и одобрены на V и VI Международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поиске, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых» (РГГРУ, г. Москва, 2006 и 2007 г. г.) — на V Международной конференции «Проблемы геологии, геоэкологии и минерагении Юга России и Кавказа» (ЮРГТУ (НПИ), г. Новочеркасск, 2006 г.) — на Международной конференции «Проблемы геологии и освоения недр юга России» (ЮНЦ РАН, г. Ростов-на-Дону, 2006 г.).

Научные положения и результаты диссертационной работы отражены в 13 печатных работах, в том числе в 8 статьях (2 из которых — в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ), 3 тезисах докладов и 2 патентах на изобретение, ссылки на которые даны по тексту.

По теме диссертации получены патенты на изобретение RU 2 306 399 U1 МПК Е21 В 7/06 «Способ бурения направленных скважин» от 26.02.2006, опубл. 20.09.2007, бюл. № 26 и RU 2 310 732 U1 Е21 В 10/00 «Многоярусное долото режущего типа», заявка № 2 006 100 564/22 от 16.01.2006, опубл. 20.11.2007, бюл. № 32 [28, https:// ].

Структурно работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 118 страницах текста в редакторе MS Word, содержит 43 иллюстрации, 15 таблиц, список использованных источников из 100 наименований и 6 приложений.

Во введении поставлена цель исследования. В первой главе представлен анализ состояния вопроса и сформулированы задачи исследований. Во второй главе выбраны методика и техника исследований, а также приведены результаты исследований процесса вращательного бурения скважин долотами режущего типа с алмазно-твердосплавным вооружением, в результате которого сделан вывод о возможности создания двухъярусных долот. Третья глава посвящена созданию конструкции двухъярусного долота режущего типа со встречным вращением ярусов, разработке режимов бурения скважин новым инструментом, в ней произведен расчет кинематических параметров режущей части долота, разработана математическая модель пары «горная порода — двухъярусное долото» и выполнена ее оптимизация и проверка на адекватность. В четвертой главе отражена практическая реализация проведенных исследований: разработка алгоритма и программы расчета параметров бурения долотами режущего типатехнологический регламент по применению двухъярусного долота режущего типа для бурения скважин в условиях работы ОАО «Южгеология» — прогнозный расчет экономической эффективности применения нового инструмента. В заключении сформулированы общие выводы и рекомендации по применению новой разновидности породоразрушающего инструмента для вращательного бурения горных пород VI-VIII и частично IX категорий по буримости.

Работа выполнена на кафедре «Геофизика, техника разведки и бурение нефтегазовых скважин» ЮРГТУ (НПИ).

5 стр., 2108 слов

Вращательный способ бурения скважин, его описание и характеристика. ...

... установок Буровые установки предназначены для бурения эксплуатационных и глубоких разведочных скважин вращательным способом. Буровая установка - это ... узлов и деталей; - Ш уменьшение номенклатуры режущего и крепежного инструментов, используемых при механической ... для механизации трудоемких работ (регулятор подачи долота, механизмы для автоматизации спуско-подъемных операций, пневматический клиновой ...

А. Я. Третьяку

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Выводы.

1. Разработан алгоритм рабочего процесса долота режущего типа на забое скважины.

2. На языке Delphi 7 написана программа «Бурение», имитирующая процесс бурения горных пород долотом режущего типа. Программа позволяет проектировать режимы бурения в зависимости от типа ПРИ, физико-механических свойств пород и характеристик бурового оборудования, контролируя при этом выходные параметры процесса бурения. Величина ошибки результатов расчета, проверенных по результатам экспериментальных исследований, составила от 10 до 15% по усилию подачи, в зависимости от степени затупления, и от 12 до 17% по наработке долота.

3. Разработан и утвержден ОАО «Южгеология» технологический регламент по применению двухъярусного долота режущего типа со встречным вращением ярусов Д-2ВВ для бурения скважин в условиях Олеговской площади Херн-Худукского лицензионного участка Республики Калмыкия.

4. Рассчитан предполагаемый экономический эффект от применения долота типа Д-2ВВ, который составил 275 тыс. руб. на одно долото.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате изложения содержания диссертационной работы можно сделать следующие общие выводы и рекомендации:

1. Одной из главных причин снижения эффективности буровых долот режущего типа с алмазно-твердосплавным вооружением, предназначенных для бурения скважин различного назначения, является повышенный износ периферийных режущих элементов. Создание новых буровых долот с равномерно изнашивающимися режущими элементами по всему контуру долота затруднено, так как отсутствуют научно обоснованные методы выбора их конструктивных параметров.

2. Разработанная методика исследования осевой нагрузки и мгновенной скорости проходки долотами режущего типа позволила сформулировать принцип создания многоярусных долот, у которых режущие элементы на забуривающем (пионерном) и разбуривающем (скважинообразующем) ярусах имеют скорости резания, не превышающие критических значений.

3. При вращательном бурении скважин долотами режущего типа необходимая осевая нагрузка для равных значений подачи зависит от частоты вращения долота.

от 26.02.2006 г.

от 20.11.2007 г. Вращение

6. Разработана математическая модель системы «забой — двухъярусное долото», представляющая собой систему дифференциальных уравнений нормальных и касательных сил, приложенных к режущим элементам ярусов, а также моменты этих сил относительно системы координат xyz.

7. Составлены алгоритм и программа на языке Delphi 7, воспроизводящая работу долот режущего типа на забое скважины.

8. Рекомендуется технологический регламент по применению двухъярусного долота Д-2ВВ со встречным вращением ярусов для бурения скважин в условиях Олеговской площади Херн-Худукского лицензионного участка Республики Калмыкия, утвержденный ОАО «Южгеология».

9. Разработаны рекомендации по расчету режимных параметров отработки двухъярусных долот режущего типа для проведения стендовых и полевых испытаний.

10. Прогнозируемый экономический эффект от применения двухъярусных долот режущего типа при бурении 22 скважин в условиях работы ОАО «Южгеология», рассчитанный по методике ВНИИБТ, составляет 275 тыс. руб. на одно долото.

21 стр., 10206 слов

Выпускной квалификационной работы: Аналитические исследования ...

... анализ развития технологий направленного бурения ознакомление с технологией бурения скважин с роторными управляемыми системами анализ применяемых механизмов искривления в роторных управляемых системах выведение рекомендаций по выбору роторных управляемых систем сравнительный анализ технологий бурения с роторными управляемыми системами и управляемым двигателем 1 ИСТОРИЯ ...

11. Разработка двухъярусное долото режущего типа Д-2ВВ использована в учебном процессе кафедры «Геофизика, техника разведки и бурение нефтегазовых скважин» ЮРГТУ (НПИ) при проведении дисциплин «Технология бурения нефтяных и газовых скважин» и «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений».