Влияние среды призабойной зоны скважины на эффективность разрушения горной породы резцом PDC

Abstract

Актуальность. Породоразрушающий инструмент, армированный резцами PDC, зарекомендовал себя как буровой инструмент с хорошими эксплуатационными показателями. Как известно из практики бурения, инструмент такого типа при правильной технологии его применения способен обеспечить высокие скорости проходки скважин и ресурс. Поэтому одним из приоритетных направлений в развитии технических средств бурения является совершенствование конструкций инструмента типа PDC. Методы проектирования бурового инструмента нового поколения должны основываться на комплексном подходе к исследованию его работы на забое. Одним из основных факторов, влияющих на эффективность реализации породоразрушающего инструмента, является сопротивление забоя. Исследованию изменения физико-механических свойств геологического разреза с глубиной посвящено большое количество трудов. А жидкая среда, образовавшаяся на забое скважины в результате процесса бурения, изучена слабо. Часто, при проведении научных исследований, наличием шлама в призабойной зоне пренебрегают. Однако, учитывая особенности формы и размеры режущей части резцов PDC, смесь шлама и непрерывно движущейся промывочной жидкости может обладать определенной плотностью и создавать выталкивающее усилие, действующее на плоскость резца, и как следствие оказывать влияние на эффективность работы бурового инструмента в целом. Поэтому актуальным вопросом является исследование свойств среды, состоящей из промывочного агента, шлама и разрушенной горной породы, и определение степени ее влияния на результаты работы бурового инструмента типа PDC. Цель: определить степень влияния сил сопротивления среды, образовавшейся в призабойной зоне скважины, на процесс бурения скважин. Методы: аналитический метод, метод компьютерного имитационного моделирования. Результаты. Среда, образовавшаяся в призабойной зоне в процессе бурения скважины и состоящая из породы, шлама и промывочной жидкости, находящихся в различном состоянии, оказывает выталкивающее действие на резец, что снижает величину углубления. Показатель степени сопротивления описанной среды определяется скоростью резания, углом установки резца и плотностью ее составляющих. Полученные результаты могут быть использованы при конструировании бурового инструмента типа PDC. Изменение угла установки или формы резца может способствовать не только снижению сил сопротивления, но и улучшению разрушающей способности инструмента за счет разуплотнения породы путем интенсификации проникновения жидкости в породу.

The PDC cutter reinforced rock cutting tool has proven itself as a rock cutting tool with good performance. As it is known from drilling practice, a tool of this type, with the correct technology of its application, is capable of providing high rates of penetration of wells and resource. Therefore, one of the priority directions in the development of technical means of drilling is to improve the design of the PDC-type tool. New generation drilling tool design methods should be based on an integrated approach to the study of its work at the bottom. One of the main factors affecting the effectiveness of the implementation of rock cutting tools is the bottomhole resistance. A large number of works have been devoted to the study of changes in the physical and mechanical properties of a geological section with depth. And the liquid medium formed at the bottom of the well as a result of drilling is poorly studied. Often, when conducting scientific research, the presence of cuttings in the bottomhole zone is neglected. However, taking into account the peculiarities of the shape and size of the cutting part of the PDC cutters, the displacement of cuttings and continuously moving drilling fluid can have certain density and create a buoyant force acting on the plane of the cutter and, as a result, affect the efficiency of the drilling tool as a whole. Therefore, an urgent issue is to study the properties of the media, consisting of a flushing agent, cuttings and destroyed rock and determine the degree of its influence on the results of the PDC-type drilling tool. The purpose of the research is to determine the degree of influence of the resistance forces of the medium formed in the bottomhole zone of the well on well drilling. Methods: analytical method, computer simulation method. Results. The medium formed in the near-wellbore zone when drilling a well and consisting of rock, cuttings and flushing fluid, which are in different states, has a pushing effect on the cutter, which reduces the size of the deepening. The index of the resistance degree of the described medium is determined by the cutting speed, the angle of the cutter and the density of its components. The results obtained can be used in the design of a PDC-type drilling tool. Changing the angle of installation or the shape of the cutter can help not only to reduce the resistance forces, but also to improve the destructive ability of the tool due to the decompaction of the rock by intensifying liquid penetration into the rock.