Способ регулирования процесса вращательного бурения горных пород

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (ю4Е 21 В 4400

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ мощности траты маийюсти

0 рость Бурения

ССа

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3852204/22-03 (22) 06.02.85 (46) 23.07.86. Бюл. В 27 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт методики и техники разведки (72) В.Н.Алексеев, В.П.Красовский и Н.Н.Михеев (53) 622.243(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 947405, кл. E 21 В 45/00, 1974.

Авторское свидетельство СССР

У 1162953, кл. E 21 В 44/00, 1983. (54)(57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ ГОРНЫХ

ПОРОД, включающий изменение осевой нагрузки,и скорости вращения, контроль"мощности, затрачиваемой на бурение, и механической скорости, ре„.SU„„1245688 А1 гистрацию возрастающих пиковых отклонений мощности и релаксационных колебаний механической .скорости со снижением ее среднего уровня, о тл и ч а ю щ.и и с я тем, что, с целью увеличения надежности регулирования, задают допустимый уровень мощности, затрачиваемой на бурение, и в случае, если постоянная составляющая мощности при ее возросшем пиковом отклонении превысит допустимый уровень мощности, фиксируют имеющиеся при этом критические значения осевой нагрузки н скорости вращения, снижают осевую нагрузку и скорость вращения вплоть до полной остановки вращения бурового снаряда, а затем увеличивают осевую нагрузку и скорость вращения до значений

0,8-0,9 от критических.

F=p f,, (2) где — коэффициент трения скольжения °

В свою очередь сила f, при нормальной работе снаряда (обращении) составляет г где P — осевая нагрузка;

 — жесткость колонны на изгиб;

m — масса элемента снаряда.

Таким образом, на возбуждение качения влияют как осевая нагрузка, так и скорость вращения, причем доля влияния последней возрастает с увеличением оборотов вращения. Так т для рассматриваемых систем буровых колонн-скважин (БКС) уже при скорости вращения, превышающей 200-300 об/ мин, сила прижатия определяется главным образом ее динамической составляющей:

D-d

m 43 о 2. (4) 1 124

Изобретение относится к вращатель ному бурению скважин, а именно к способам регулирования процесса вра- щательного бурения с применением колонны бурильных труб.

Цель изобретения — увеличение надежности, регулирования.

На фиг. 1 приведены диаграммы затрат мощности и механической скорости, зарегистрированные при возбуждении качения снаряда по стенкам скважины; на фиг. 2 — указанные диаграммы при регулировании процесса бурения по предлагаемому способу, Необходимость осуществления глубокого регулирования осевой нагрузкой и в особенности скоростью вращения для устранения качения (в отличие от узкого регулирования этими параметрами для поддержания режима мокрого трения на забое или дляпреодоления сил трения при зависании снаряда) объясняется следующими особенностями качения снаряда..

Возбуждение качения элемента снаряда происходит обычно в тех случаях, когда сила трения качения (Т) становится меньше силы трения скольжения (F):

Т (F (1) .Сила F пропорциональна силе прижатия f элемента к стенке скважины:

5688 2

Скорость качения (> ) после ее возбуждения вычисляется по формуле .(5)

Поскольку для реальных систем

БКС й)) Р-й, то скорость качения обыч. но на порядок выше скорости ы,а сила прижатия (f„) при качении возрастает соответственно на два порядка: т Dd г d

mQ = md . (6) к 2. 2 (В-д)

f5

В частности, поделив (6) на (4), . получают степень возрастания силы прижатия при возбуждении качения, 20 которая, например, для системы

55/59 составляет:

Следовательно, после возбуждения качения неравенство (1) многократ- . но усиливается (Т (< F), и поэтому устранение (срыв) качения может наступить лишь при существенном уменьшении силы прижатия, чего можно добиться уменьшением осевой нагрузки, и главным образом, многократным уменьшением скорости вращения вплоть до полной остановки вращения. В са35 мом деле, для реализации равенства при котором может наступить срыв качения, необходимо (как это следует нз сопоставления выражений (4) и (6))скорость вращения снаряда

Й уменьшить в раз. Если, например качение в системе БКС d/D =

= 55/59 возникает при скорости вращения ь) = 500 об/мин, то срыв

45 качения мажет наступить при уменьшении скорости вращения до величины ()% °

5О 4 Р = = 500 59-55

d 55

= 36 об/мин, т.е. практически при полном останове вращения, что и целесообразно делать

55 для повышения надежности регулирова-.. ния. Следует заметить, что избавиться от качения снаряда только уменьшением осевой нагрузки до некоторо. 3 1245688 4 го значения Р, например до P" =0, процессе бурения регистрированы рез-, не всегда возможно при сохранении, кие самопроизвольные-возрастания неизменной скорости вращения. Умень- мощности и колебания механической шение, осевой нагрузки не столько спо- - скорости (фиг. 1). Для восстановлесобствует устранению качения, сколь- ния нормального процесса бурения ко необходимо для подготовки к про- осевую нагрузку уменьшают с 2000ведению второго этапа регулирования — 2500 кг/даН до 500-700 кг, останавповторного включения вращения и ливают вращение, затем осуществляют плавного набора оборотов и осевой повторное включение станка на той же нагрузки до значений, не превыша- . 10 скорости вращения, а осевую нагрузющих критические. При этом, если ку плавно увеличивают до 1800-2000 кг привод имеет ступенчатое регулирова- и на этом режиме продолжают бурение ние (наиболее распространенный (фиг. 2). случай), то сначала включают враще- ПрИ этом вновь стабилизированные ние, а затем плавно увеличивают осе- tg уровни мощности (W) и скорости вую нагрузку до значения, составля- бурения (V) несколько снижаются по ющего 0,8-0,9 от критического,.чтобы сравнению с исходными на некоторые обеспечить условие F C Т и повторно, величины л И и wV (фиг. 2). Однане вызнать возбуждение качения, и ко .это снижение средней механичесна этом режиме осуществляют бурение. gp кой скорости всегда оказывается намСпособ реализован при бурении ного меньше снижения ее от релаксаплановых скважин Норильской комплек- ционных колебаний при зависании сной пеологоразведочной экспедиции ° снаряда, вызванных его качением

Затраты мощности регистрированы само- (t (t„ ; t и t„ — соответственпишущим киловаттметром Н вЂ” 395, меха- 25 но время бурения интервала хода ническая скорость — прибором ИСБ. шпинделя при регулируемом и нерегу-. На различных интервалах глубин в лируемом процессах, фиг. 1 и 2).

p0kHb мощности траты мощности

О орость Бурения

О ессп

Фиг. 2

Составитель И.Назаркина

Редактор E.Ïàïï Техред. О.Гортвай Корректор И.Муски и

Заказ 3968/21 Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 . Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4: