Обоснование оптимальных параметров стабилизирующих колонковых компоновок при бурении скважин в условиях естественного искривления

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью совершенствования технологии бурения разведочных скважин в условиях естественного искривления их стволов, что позволит значительно снизить нерациональные материальные и энергетические затраты на проходку скважин, оптимизировать технико-экономические показатели производства буровых работ, а также повысить качество кернового опробования выработок. Цель: повышение эффективности геологоразведочных работ в сложных горно-геологических условиях. Объекты: буровая скважина, колонковый набор, стабилизирующая компоновка, бурильная колонна, искривление ствола скважины, траектория ствола скважины. Методы: анализ литературных источников по теме исследования, обработка данных производственных организаций, графоаналитический метод. Результаты. Сформулированы и обоснованы главные требования к стабилизирующим колонковым компоновкам нижней части бурильной колонны, являющиеся основным критерием при выборе и расчете оптимальных параметров колонковых наборов. Главными требованиями к стабилизирующей колонковой компоновке названы следующие: длина колонковой компоновки не должна превышать критического значения во избежание образования спиральной формы ее упругого равновесия при работе в стволе скважины; жесткость колонковой компоновки должна быть максимально возможная для данных условий бурения; угол отклонения оси колонковой компоновки от оси ствола скважины должен быть минимизирован с целью снижения стрелы прогиба; усилие прижатия породоразрушающего инструмента к стенке скважины должно быть минимизировано; наиболее оптимальным видом движения колонкового набора является вращение вокруг оси ствола скважины с непрерывным контактом гребня полуволны со стенкой скважины в течение всего времени бурения контакта пород. Названные требования являются основным критерием при выборе и расчете оптимальных параметров колонковых наборов. Выводы. Предложенный критерий для выбора и расчета оптимальных параметров стабилизирующих колонковых компоновок позволяет взаимно увязать между собой через их геометрические размеры, а также конструктивные параметры бурильного вала все основные факторы, оказывающие влияние на величину интенсивности искривления стволов скважин, буримых в анизотропных горных породах.

The relevance of the study is caused by the need to improve the technology of drilling exploration wells in conditions of natural curvature of their trunks, which will significantly reduce the irrational material and energy costs of drilling wells, optimize the technical and economic indicators of drilling operations, as well as improve the quality of core testing of workings. Objective: to increase the efficiency of geological exploration in difficult mining and geological conditions. Objects: drilling well, core set, stabilizing layout, drill string, borehole curvature, borehole trajectory. Methods: analysis of literature sources on the research topic, data processing of production organizations, graphoanalytic method. Results. The main requirements for stabilizing core arrangements of the lower part of the drill string, which are the main criterion for the selection and calculation of optimal parameters of core sets, are formulated and justified. The main requirements for the stabilizing column layout are the following: the length of the column layout should not exceed a critical value in order to avoid the formation of a spiral shape of its elastic equilibrium when working in the wellbore; the rigidity of the column layout should be the maximum possible for these drilling conditions; the angle of deviation of the axis of the column layout from the axis of the wellbore should be minimized in order to reduce the deflection boom; the force of pressing the rock-crushing tool to the well wall should be minimized; the most optimal type of movement of the core set is rotation around the axis of the borehole with continuous contact of the crest of the half-wave with the wall of the well during the entire drilling time of rock contact. These requirements are the main criterion for the selection and calculation of optimal parameters of column sets. Conclusions. The proposed criterion for the selection and calculation of optimal parameters of stabilizing column layouts makes it possible to correlate with each other through their geometric dimensions, as well as the design parameters of the drill shaft, all the main factors influencing the intensity of curvature of boreholes drilled in anisotropic rocks.