Способ регулирования режимов бурения

 

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕЖИМОВ БУРЕНИЯ, включаюп1ий измерение режимных параметров при бурении с подачей верхнего конца бурильной колонны с последующим определением и поддержанием их оптимальныхзначений, отличающийся тем, что, с целью уменьшения вибрационных нагрузок , на породоразрушающий инструмент и бурильную колонну, дополнительно измеряют изменение нагрузки на породоразрушающий инструмент во времени при бурении без подачи верхнего конца бурильной колонны, по результатам измерений определяют области неустойчивого равновесия продольной формы изгиба нижней части бурильной колонны и регулируют i режимные параметры бурения вне областей неустойчивого равновесия продоль (Л ной формы.изгиба нижней части бурильной колонны.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1146417 1(Я) E 21 В 44/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТ43РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3694361/22-03 (22) 25.01,84 (46) 23.03.85. Бюл. ¹ 11 (72) В.С.Котельников, И.И.Рыбчич и О.H.Ðàñòoðãóåâ (71) Украинский научно-исследовательский институт природных газов (53) 622.243(088.8) (56) 1. Справочник инженера по бурению. Под ред. В.И.Иищевича, Н.А.Сидорова. M. "Недра", т.1, 1973, с. 83-85;

2. Козловский Е.А. Новая техника и технология разведочного бурения.

N., "Недра", 1972, с. 169 †1. (54) (57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕ)ЩИОВ БУРЕНИЯ, включающий измерение режимных параметров при бурении с подачей верхнего конца бурильной колонны с последующим определением и поддержанием их оптимальных значений, отличающийся тем, что, с целью уменьшения вибрационных нагрузок.на породоразрушающий инструмент и бурильную колонну, дополнительно измеряют изменение нагрузки на породоразрушающий инструмент во времени при бурении без подачи верхнего конца бурильной колонны, по результатам измерений определяют области неустойчивого равновесия продольной бармы изгиба нижней части бурильной колонны и регулируют режимные параметры бурения вне областей неустойчивого равновесия продольной формы изгиба нижней части бурильной колонны.

Ф 11464

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано при разработке рациональных режимов буренчя. (Известен способ регулирования 5 оптимальных режимой бурения путем измерения крутящего момента и поддержания минимальной энергоемкости процесса разрушения . (1) .

Однако при этом нельзя выделить 10 эоны неустойчивого равновесия продольной формы изгиба низа бурильной колонны и бурение осуществляется в неоптимальном режиме, так как происходит преждевременный износ 15 вооружения и опор породораэрушающего инструмента в результате вибраг ций. Кроме того на величину крутящего момента влияют другие факторы, как, например, силы трения буриль- д0 ной колонны о стенки скважины, на— личие желобных выработок, которые также затрудняют процесс оптимизации режимов буренин и при большой глубине и (или) при значительной кривизне 25 скважины, когда указанные факторы оказывают решающее действие на вели.ину крутящего момента, данный способ оказывается неприменимым для регулирования режимов бурения. 30

Наиболее близким к предлагаемому является способ регулирования режимов бурения, включающий измерение режимных параметров при бурении с подачей верхнего конца бурильной ко- З лонны с последующим определением и поддержанием их оптимальных эначени и (2) .

Известный способ также не позволяет выделять области режимных пара- 40 метров, при которых имеет место неустойчивое равновесие продольной формы изгиба низа бурильной колонны, сопровождаемое низкочастотными и высокоамплитудными колебаниями низа колонны. Более того, механическая скорость за небольшой контролируемый промежуток времени чаще всего оказывается выше при тех значени- . ях режимных параметров, при которых имеет место неустойчивое равновесие продольной формы изгиба низа бурильной колонны. В результате задается неоптимальный режим бурения, при котором происходит преждевременный из- 5 нос вооружения и опор породоразрушающего инструмента в результате вибоаций, снижается средняя за долб17 ление механическая скорость и проходка на долото, а следовательно, и рейсовая скорость бурения, происходит преждевременный износ элементов бурильной колонны.

Цель изобретения — уменьшение вибрационных нагрузок на породоразрушающий инструмент и бурильную колонну.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулирования режимов бурения, включающему измерение режимных-параметров при бурении с подачей верхнего конца бурильной колонны с последующим определением и поддержанием их оптимальных значений, дополнительно измеряют изменение нагрузки на породораэрушающий инструмент во времени при бурении без подачи верхнего конца бурильной колонны, по результатам измерений определяют области неустойчивого равновесия продольной формы изгиба нижней части бурильной колонны и регулируют режимные параметры бурения вне областей неустойчивого равновесия продольной формы изгиба нижней части бурильной колонны.

На чертеже приведена зависимость скорости измерения нагрузки на долото от величины нагрузки.

Сущность способа заключается в следующем.

При приложении нагрузки на породораэрушающий инструмент, превышающей значение критической нагрузки, низ бурильной колонны изгибается.

Область изменения режимных параметров, при которых имеет место неусточчивая форма равновесия изогнутого низа, зависит от жесткости низа бурильной колонны, пространственной траектории ствола скважины, производи— тельности буровых насосов, свойств разбуриваемых пород и других факторов. Неравномерная подача бурильной колонны, изменение крутящего момента на долоте, пульсации бурового раствора в скважине — все это вызывает изменение упругого напряженного состояния и формы изогнутого низа с возникновением упругих колебаний, сопровождаемых низкочастотными динамическими вибрационными нагруз-. ками на породоразрушающий инструмент и бурильную колонну. В результате происходит более интенсивный иэ1146417 нос вооружения (например, зубьев) и опор (например, подшипников) породоразрушающего инструмента, а также элементов бурильной колонны.

При регулировании режимных параметров в интервале значений, при которых имеет место устойчивое положение продольной формы изогнутого низа бурильной колонны, действие указанных выше факторов не приводит к изменению продольной формы изогнутого низа. Следовательно, будут отсутствовать динамические нагрузки, обусловленные изменением продольной формы изогнутого низа.

Согласно законам Гука при уменьшении или увеличении нагрузки на породораэ 1ушающий инструмент бурильная колонна изменяет длину, причем из— менение продольной деформации не— изогнутой части колонны прямо пропорционально изменению нагрузки. При приложении нагрузки на долото выше критической величины нижний участок колонны изгибается с образованием полуволны и к упругой линейной деформации добавляется деформация, вызванная изгибом низа колонны.

При бурении без подачи верхнего конца бурильной колонны (например, при заторможенном барабане лебедки) в процессе углубления скважины про— исходит снижение нагрузки на породораэруыающий инструмент во времени за счет перераспределения напряжений и деформаций в бурильной колонне и уменьшения длины сжатого участка низа, весом которого нагружается породоразрушающий инструмент. При переходе значений нагрузки через область неустойчивого равновесия продольной формы изогнутого низа темп снижения нагрузки на породоразруша— ющий инструмент замедляется, так как в этом случае к упругой деформации неизогнутой части колонны добавляется деформация изогнутой части колонны (изогнутый ниэ колонны выпрямляется). На кривой изменения нагрузки на породоразрушающий инстру мент во времени переход через область неустойчивого равновесия продольной формы изгиба будет отмечаться снижением темпа уменьшения нагрузки. После перехода через область неустойчивого равновесия продольной формы изогнутого низа темп снижения нагрузки на породоразрушающий ин—

55 струмент будет вновь пропорционален темпу углубления скважины.

Совокупность отличий в предлагаемом способе дает возможность получить новые свойства объекта, а именно — выделять области ружимных параметров, при которых имеет место неустойчивое равновесие продольной формы изгиба нижней части бурильной колонны.

Способ осуществляют следующим образом.

Создают нагрузку на породораэрушающий инструмент путем разгрузки нижней части бурильной колонны на забой скважины, закрепляют верхний конец бурильной колонны, например, путем установки барабана лебедки на тормоз и осуществляют бурение, измеряя при этом изменение нагрузки на породоразрушающий инструмент во времени, остальные параметры режима бурения при этом поддерживают постоянными. По результатам измерений определяют области изменения нагрузок, при которых имеет место неустойчивое равновесие продольной формы изгиба низа бурильной колонны.

Указанные операции проводят в том диапазоне изменения других режимных параметров, в котором осуществляют их регулирование. Например, .если при роторном способе бурения оптимальный режим определяют при второй и третьей скоростях вращения привода лебедки, что соответствует скорости вращения долота примерно 70 об/мин и 140 об/мин, то измерения проводят при скоростях вращения ротора

70 об/мин и 140 об/мин. Полученные интервалы нагрузок для указанных скоростей вращения, при которых имеет место неустойчивое равновесие продольной формы изгиба низа бурильной колонны, выделяют как нерабочие области в оптимизационных зависимостях (кривых). Оптимизационные зависимости (кривые) получают известными методами, например, путем измерения механической скорости бурения при разных сочетаниях постоянных значений скорости вращения и нагрузки ( на породораэрушающий инструмент.

Зависимость скорости измерения нагрузки на долото от величины нагрузки, построена по результатам измерений на скважине при бурении с заторможенным барабаном лебедки, 1146417

2,0! бО

Ю 100 tz0 190

На р 3т иа аЬото, кн

Составитель В .И . Шилов

Техред 3. Палий Корректор И. Эрдейи

Редактор Е.Лушникова

Заказ 1330/24 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 скорость вращения ротора при этом составляла 70 об/мин (см.черт.).

Интервалы нагрузок, при которых имеет место неустойчивое равновесие продольной формы изгиба нижней части бурильной колонны в области проведенных измерений, заштрихованы. В процессе бурения с заторможенным барабаном лебедки по гидравлическо.— му индикатору веса измеряют темп . уменьшения ве"а на крюке, а нагрузку на долото определяют как разность между полным и текущим весом на крю. ке.

Способ можно применять как при роторном способе бурения, так и

5 при бурении с применением забойных двигателей.

Применение предлагаемого спосо° ба позволит повысить рейсовую скорость бурения, а также увеличить долговечность элементов бурильной колонны,