Определение оптимального угла подъема лопастей на спинке лапы шарошечного долота для горизонтального бурения

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработать шарошечного долота с системой дополнительной механической очистки для интенсификации процесса выноса выбуренной породы при горизонтальном бурении и уменьшения износа вооружения и калибрующей части долота. Цель исследования: определение оптимального угла подъема винтовой поверхности лопастей системы дополнительной механической очистки шарошечного долота, соответствующего максимальной интенсивности процесса осевого транспортирования бурового шлама. Объект: процесс транспортирования бурового шлама при различных значениях угла подъема наклонной поверхности. Методика: экспериментальные стендовые исследования изменения времени осевого транспортирования различных образцов бурового шлама пяти типов горных пород (песчаных, глинистых, карбонатных, сульфатных и галоидных) в зависимости от угла подъема наклонной поверхности; статистический и регрессионный анализ полученных экспериментальных данных. Результаты. Разработан и изготовлен экспериментальный стенд для исследования изменения времени осевого транспортирования шлама в зависимости от угла подъема наклонной поверхности. Разработана методика определения оптимального значения угла подъема лопастей на спинке лапы шарошечного долота, соответствующего максимальной интенсивности транспортирования образцов бурового шлама. Проведены экспериментальные исследования и статистически обработаны результаты исследования осевого транспортирования образцов бурового шлама пяти типов горных пород при различных значениях угла подъема наклонной поверхности. С достоверностью 99 % установлено, что оптимальное значение угла подъема лопастей на спинке лапы шарошечного долота с системой дополнительной механической очистки забоя горизонтальной скважины лежит в пределах 18-22° при бурении интервалов, представленных песчаными, глинистыми, карбонатными, сульфатными и галоидными горными породами, при промывке раствором на водной основе.

The relevance of the research is caused by the need to develop a roller-cone bit with the system of additional mechanical cleaning for intensification of rock carrying out at horizontal drilling and corresponding reduction of wear of arms and a calibrating part of a chisel. The aim of the research is to define an optimum angle of elevation of blades on a back of leg of a roller-cone bit corresponding to the maximum intensity of axial transportation of drill cuttings. Object: axial transportation of drill cuttings at various values of an elevation angle of an inclined surface. Methods: experimental stand investigations of time change of axial transportation of drill cuttings various samples from five types of rocks (sandy, clay, carbonate, sulphatic and haloid) depending on the elevation angle of the inclined surface; statistical and regression analysis of the obtained experimental data. Results. The authors have developed and produced the test bench for studying the time change of axial transportation of drill cuttings depending on the elevation angle of the inclined surface. The technique of experimental works on determining the optimum value of the elevation angle of blades on a back of a paw of the roller-cone bit corresponding to the maximum intensity of drill cuttings samples transportation was developed. The authors carried out the pilot studies and processed statistically the results of investigation of axial transportation of drill cuttings samples of five types of rocks (sandy, clay, carbonate, sulphatic and haloid) at various values of the elevation angle of the inclined surface. It was determined with the 99 % degree of certainty that the optimum value of the elevation angle of the blades on a back of a paw of the roller-cone bit with the system of additional mechanical cleaning of a horizontal well face lies within 18-22° when drilling the intervals presented by sandy, clay, carbonate, sulphatic and haloid rocks when washing with water-based solution.