Способ контроля нагрузки на долото при турбинном бурении
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
ЛК„ 1216333 A (50 4 Е 21 В 45/00
ВСЮ:Оюза д
l3
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
Н ABTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
QAu В2: (21) 3742572/22-03 (22) 16.05.84 (46) 07.03.86. Бюл. 9 9 (71) Грозненское научно-производственное объединение "Промавтоматика" (l2) И.И. Рабин, Г.М. Кузнецов, А.А. Симонов, Б.Г. Соколов и Ю.П. Канифатов (53) 622.243 (088.8) (56) Справочник инженера по бурению. -М.: Недра, т. 1, 1973, с. 130. Шалаймов Т.З. и др. Исследование влияния вращения на коэффициент трения при перемещении бурильной колонны. -Азербайджанское нефтяное хозяйство, 1977, 9.3. (54) {57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ НАГРУЗКИ НА ДОЛОТО ПРИ ТУРБИННОМ БУРЕНИИ,заключающийся в измерении нагрузки на крюке при вращении колонны бурильных труб, отличающийся ,тем, что, с цепью повышения точности, вращение колонны осуществляют кратковременно, измеряют механическую скорость проходки при вращении колонны и без вращения, увеличивают нагрузку на долото до уравнивания механических скоростей проходки при вращении колонны и без вращения, по разности .показаний нагрузки. на крюк определяют силу сопротивления перемещению бурильных труб при бурении и величины коэффициентов, характеризующих силы трения от веса бурильных труб и под действием сосредоточенного груза, и с учетом этих величин определяют фактическую нагрузку на долото при дальнейшем бу- рении по формуле 12! 6333 (2) vn F(р„, N1, где 1ц пв 1/ = 3 1., Т= 5 п (4) Где Г СвИзобретение относится к бурению скважин, а именно к области контроля нагрузки на долото, и может быть использовано при бурении вертикальных и наклонных нефтяных и газовых скважин турбинным способом, а также при бурении направленных скважин одного куста. Цель изобретения — повьпление точности, что повлечет за собой увеличение срока службы бурильных труб. Коэффициент трения при перемещении вращающейся бурильной колонны вниз определяется по формуле dn l = 1 . 1 " 9п +Vü коэффициент трения при перемещении вращающейся бурильной колонны; коэффициент трения при перемещении невращающейся бурильной колонны; скорость перемещения колонны, равная механической скорости бурения; линейная скорость вращения бурильной колонны - наружный диаметр буриль ной колонны; и — частота вращения бурильной колонны. При частоте вращения 4 =15-20 об./мин, когда можно считать, что I щв О, т.е. в этом случае силы сопротивления перемещению бурильной колонны не сказываются на значении нагрузки на крюк и в этом случае нагрузку на долото определяют по формуле где G — измеренное значение нагрузки на крюк при вращающейся бурильной колонне; G — полный вес инструмента,опре;: деляется по показаниям измерителя нагрузки на крюк при вращающейся бурильной колонне, когда контакт долота с породой отсутствует. Величина механической скорости проходки при определенной буримости пород и заданной промывки зависит от величины нагрузки на долото и частоты вращения долота, т.е, где К вЂ” частота вращения долота. При турбинном бурении частота вращения турбобура функционально связана с крутящим моментом на валу турбобура, который в свою очередь зависит от буримости пород и осевой нагрузки, т.е. при определенной буримости пород можно записать м = (Рос.) С учетом сказанного формулу (21 можно представить в виде V„= Г(р„) р= (я„) (3) Таким образом, при турбинном бурении с заданной промывкой и одинаковой буримости пород, равным механическим скоростям проходки соответствуют одинаковые осевые нагрузки„ т.е. при 9„ =Ч„ справедливо 25 атэс.n = ое щ = ос - a 3 +s В рассуждениях пренебрегают ,цополнительным влиянием частоты 3б вращения колонны бурильных труб на механическую скорость бурения, поскольку эта частота намного меньme ч а сто ты вращения турбобур а И, . =700-1000 об./мин и 4 =15-20 об./мин. Поскольку при одинаковом весе инструмента, равном Ы, в обоих случаях бурения обеспечивают одина1ковые осевые нагрузки, то разница в показаниях измерителя нагрузки на крюк обусловлена только силами сопротивления перемещению (силами трения и равна "òèì силам, т.е. силы сопротивления; усилие на крюке при бурении с Бращающеися колонноир усилие на крюке, когда колонна не вращается. значение сил сопротивления зависит от кривизны участков скваяины, характеризуемой углом обхвата„ коэффициентом трения, профилем скважины и многими другими факторами и может определяться по формуле 1216333 A =I(Poc } (1oc.8p) 10 где Т, (1 ос1) > (Poca1 P ос.5р.< ос.áp z G — „— А-Я 5 1-Ь 30 где 8, q 8, т е B, <(os, - —, ) +q-fр&р(Î,5- ) (5 } где — вес единицы длины бурильных труб; , 1р- длина сжатой части бурильной колонны и растянутой части соответственно; с, & — суммарный угол обхвата в пределах сжатой части и растянутой части инструмента соответственно; — коэффициент трения. Для наиболее ралространенного случая, когда нагрузка на долото создается за счет утяжеленного низа бурильной колонны, а вес утяжеленных бурильных труб УБТ} можно считать сосредоточенным грузом, формулу (5) представляют в виде: Т=с e„6-1(О,5- — )+(Q-P«) 6 м(1- 4- — 1 8/+ Q f 5 иО(. Е . 01 — угол наклона скважины в месте расположения УБТ. Первый, член суммы в формуле (6) характеризует силы трения от веса бурильных труб, второй член — силы при перемещении бурильной колонны под действием сосредоточенного груза, третий член - силы трения при перемещении УБТ. Формулу (6) переписывают в виде: Тр =A .(Q Poc} Ь, (7) Д, . .15 g(g g — )+Q,. f Ь Ы (S) 3< д $ ). (9) Поскольку В, о(определяются кривизной пробуренной части скважины и в течение, например, одного долбления практически не меняются, а также учитывая постоянство параметров f<, f, Q в течение долбления, величины А и В являются постоянными. Для определения параметров А и В необходимо дважды провести эксперименты с вращением бурильной колонны и без вращения при различных осевых нагрузках и решить систему уравнений, основанную на равенстве (7), при этом получают: Т, (Рос. s } ъ (Рос.<} („о) Р g -Р,в силы сопротивления перемещению при нагрузке на долото Р и Р соответственно, определяются по формуле (4); — осевые нагрузки,при вращении бурильной колонны в 1-м и 2-м 20 опытах соответственно, определяются по формуле (-1). Зная параметры А, В, G- 8 из экспе. риментов и используя зависимости (1), (4) и (7), определяют осевую нагрузку при бурении без вращения бурильной колонны с учетом сил трения где G — показания индикатора нагрузки на крюк в процессе бурения. Аналогично можно получить зави35 симости для определения P, когда утяжеленный низ отсутствует или недостаточен для создания осевой на грузки, т.е. когда колонна бурильных труб подвергается растяжению Таким образом, предлагаемый способ позволяет при кратковременном вращении бурильной колонны достаточно точно контролировать фак45 тическую .осевую нагрузку, при этом комплексно учитываются все реальные факты, искажающие информацию по показывающему прибору (профиль скважины и кривизна, промыка, коэффициент трения и т.д.), поскольку эксперименты проводятся в реальных условиях. Пример. Исходные данные: вес утяжеленных бурильных труб со55 вместно с турбобуром в промывочной жидкости равен Я 25 тс. Необходимо контролировать фактическую нагрузку на долото в процессе 1216333 Составитель Б; ЛилОВ Редактор Н. Бобкова. Техред Ж.Кастелевич Корректор Т. Колб Заказ 971/36 Тираж 548 Подписное ВНИИПИ Гасударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, И-35, Раушская наб,, д. 4/5 Филиал ППП "Патент",, Ужгород, ул. Проектная, 4 бурения по показаниям индикатора нагрузки на крюке. 1.После приработки долота отрывают инструмент от забоя, приводят во вращение колонну бурильных труб с частотой 15-20 об./мин и снимают показания индикатора нагрузки на крюк, характеризующие полный вес инструмента, например <<,=100 тс. 2. При вращающейся колонне Нагружают долото до некоторой величины, например, Р „ =!О тс, т.е. устанав-: ливают показания индикатора нагрузки на крюк, равными 6 = С,щ-P „=: Ф 90 тс, и бурят в течение времени, достаточном для измерения механичес" кой скорости. 3. Измеряют механическую =ко-: рость проходки, которая равна, например, 2 м/ч. 4. Прекращают вращение бурильной колонны (или снижают частоту вращения до рабочего значения, равного 3-5 об./мин). 5. Обеспечивают скорость подачи инструмента равной ранее измеренной, т.е. обеспечивают механическую скорость праходкиЛ „ 2 м/ч. 6. Снимают показания индикатора нагрузки на крюк п, которые равны, например, п« 80 тс и определяют силы трения Но формуле (4) Т„(t<-,c ) — 90zс 8 O òñ = "О тс Если дальнейшее бурение предпо,лагается осуществлять при постоян- ной нагрузке на долото (10 тс в рассматриваемом примере), то дальней= шие опыты можно не проводить.- при этом измеренные показания индикато:39 ра нагрузки на крюк, в нашем случае G„80 тс, соотвествуют требуе- мой осевой нагрузке, в нашем слу=чае Р„ =10 тс, в противном случае проводят дополнительные опыты. 7. Вновь приводят во вращение «олонну бурильных труб и аналогич:«о и. 2 нагружают долото до величи:«ы .. отличной от P «, например, -Ос„ Р Рос =20 тс, т.е. устанавливают показан1«я индикатора нагрузки на крюк равными С,т (Р, ) =80 тс. 8. Аналогично и. 3 измеряют новую механическую скорость проходки, которая равна, например, U =5 м/ч. 9. Аналогично и. 4 прекращают вращение бурильной колонны или снижают частоту вращения до рабо 10. Аналогично и. 5 обеспечивают скорость подачи инструмента, равной Y =5 и/ч. 11. Аналогично и. 6 снимают показания индикатора нагрузки на крюк .(Р ), например Оо(20 тс)=73 тс, и определяют силы трения при Рас 20 тс по формуле (4) Т,,!20 тс) =80-73=7 тс. 12. По формулам (13), (11) определяют коэффициенты, характеризующие силы трения, для нашегo примера :В=0,3; A=5,5 13. Осуществляют нормальный режим бурения (без вращения бурильной колон «ы), канTролируя показания ННрНКВ тора нагрузки на крюк и вычисляя фактическую нагрузку на долото по формуле (12), например, в рассматриваемом случае, если показания индикатора равны 77 тс, то значение нагрузки на долото согласна формуле (12) равно Р с = 14,3 тс. Преимуществам предлагаемого спо;оба по сравнению с известным является то,, чта он не приводит к преждевременному износу труб, поскольку вращение колонны осуществляется кратковременно:
