Гидродинамика при бурении импрегнированным породоразрушающим инструментом с эксцентриситетом режущей части торца матрицы

Abstract

Актуальность. К проектированию современного породоразрушающего инструмента выдвигаются высокие требования. Востребованным является буровой инструмент, за счет конструкции которого решается большая часть задач бурения: соблюдение запроектированной траектории ствола скважины, высокие скорость проходки и ресурс, эффективное разрушение горной породы, качество отбора керна и так далее. Зачастую, решая путем изменения конструктивных элементов инструмента одну проблему, разработчики не учитывают другую, которая может оказаться не менее значимой. Так, разработка импрегнированной коронки с эксцентриситетом режущей части торца матрицы позволила значительно уменьшить интенсивность естественного искривления, которое особо актуально при бурении в анизотропных горных породах. Однако изменение конструкции коронки повлекло за собой снижение ресурса инструмента. На необходимость комплексного, системного подхода к исследованию механизма работы бурового инструмента авторами указывалось неоднократно. В связи с этим, учитывая преимущество полученной конструкции в области стабилизации направления ствола скважины, актуальным является исследование причин скорого износа таких коронок. Основной причиной износа алмазного инструмента является перегрев и зашламование режущей части, поэтому при конструировании любого алмазного породоразрушающего инструмента необходимо дополнительно исследовать гидродинамические процессы, протекающие при его работе на забое скважины. Цель: определение особенностей течения жидкости в пределах импрегнированного породоразрушающего инструмента, выделение основных причин износа матрицы, связанных с гидродинамикой на забое, а также конструктивные решения намеченных проблем. Объекты: процесс гидродинамики бурения импрегнированным породоразрушающим инструментом. Методы: компьютерное моделирование, аналитические исследования, анализ. Результаты. Изменение конструкции торца матрицы импрегнированной коронки в сторону смещения равномерности размещения секторов приводит к неравномерному распределению очистного агента в рабочей зоне инструмента. Как следствие, наиболее зашламованные сектора хуже омываются жидкостью и быстрее изнашиваются. Для реализации поставленной задачи - эксцентриситета режущей части торца матрицы с высоким ресурсом, предложены варианты конструктивного исполнения торца импрегнированной коронки.

Relevance. High requirements are put forward for the design of modern rock-cutting tools. A drilling tool is in demand, due to the design of which most of the drilling tasks: compliance with the projected trajectory of the wellbore, high drilling speed and resource of the drilling tool, effective destruction of rock, quality of core selection, etc. are solved. Often, when solving one problem by changing the structural elements of the tool, developers do not take into account another one, which may be no less significant. Thus, the development of a diamond tool with the eccentricity of the cutting part of the matrix end has significantly reduced the intensity of natural curvature of wells, which is especially important when drilling in anisotropic rocks. However, the change in the design of the diamond tool resulted in a reduction in the tool's life. The authors have repeatedly pointed out the need for a comprehensive approach to the study of the mechanism of the drilling tool operation. In this regard, given the advantage of the resulting design in the field of regulating the well curvature, it is relevant to study the causes of rapid wear of such a drilling tool. The main reason for wear of a diamond tool is overheating and sludge bounding of the cutting part, so when designing any diamond drilling tool, it is necessary to further investigate the hydrodynamic processes occurring during its operation at the bottom of the well. The purpose of research is to determine the characteristics of the drilling mud flow within the diamond tool, to identify the main causes of matrix wear associated with hydrodynamics at the bottom, as well as design solutions to the problems identified. Objects: hydrodynamics of drilling with an impregnated drilling tool. Methods: computer modeling, analytical research, analysis. Result. Changing the design of the end face of the diamond tool matrix in the direction of shifting the uniformity of the placement of sectors leads to an uneven distribution of drilling mud in the area of operation of the tool. As a result, the most sludge bound sectors are less well cleaned with drilling mud and wear out faster. To implement the task - the eccentricity of the cutting part with a high resource, the variants of the design of the end face of the impregnated crown are proposed.