Определение условий реализации вращения деформированной буровой компоновки в режиме стабилизации направления ствола скважины

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью создания общей методики определения величины эксцентриситета центра инерции поперечного сечения колонкового набора, что позволит значительно сократить нерациональные материальные и энергетические затраты на проходку скважин, буримых в условиях естественного искривления их стволов, а также оптимизировать технико-экономические показатели производства буровых работ. Цель: повышение производительности геологической разведки при работе в условиях естественного искривления стволов скважин. Объекты: буровая скважина, колонковый набор, буровой снаряд, бурильная колонна, естественное искривление ствола скважины, траектория ствола скважины. Методы: анализ литературных источников по теме исследования; обработка данных производственных организаций; графоаналитический метод. Результаты. Для устранения некоторых имеющихся на сегодняшний день недостатков в вопросе поддержания траектории ствола скважины, буримой в условиях естественного искривления, предлагается общая методика, обеспечивающая в процессе углубки минимизацию отклоняющего усилия на породоразрушающий инструмент. Предлагаемая методика разделена на две составляющие: использование предварительно деформированных колонковых наборов; создание при вращении компоновки прямой прецессии с непрерывным контактом гребня полуволны со стенкой скважины. Для реализации первого случая в работе приведена методика определения значения остаточной или предварительной деформации прямолинейной колонковой трубы. Практически предлагаемая методика реализуется последовательным выполнением трех основных операций: определяется плоскость деформации колонкового набора в процессе бурения; производится корректировка параметров колонкового набора путем его остаточного деформирования на расчетную величину; осуществляется бурение скважины предварительно деформированным колонковым набором. Для реализации второго случая в работе приведена методика определения величины эксцентриситета центра инерции поперечного сечения колонкового набора. В данном случае для реализации метода необходимо: производить рациональное компонование нижней части бурильной колонны; процесс бурения осуществлять на максимально возможных частотах вращения бурильного вала; использовать эмульсионные промывочные жидкости; уменьшать величину изгибающего момента за счет эксплуатации алмазных коронок, эффективно работающих при низких осевых усилиях. Обе предлагаемые методики обоснованы и подкреплены результатами экспериментальных работ. Выводы. Представлен и обоснован принципиально новый способ снижения кривизны стволов скважин, основанный на применении предварительно деформированных колонковых наборов, получена зависимость для определения оптимальной величины их остаточного начального изгиба, реализующей близкое к нулевому значение отклоняющей силы на породоразрушающем инструменте. Величина эксцентриситета стабилизирующей компоновки, гарантирующая работу направляющего участка в режиме прямой прецессии: прямо пропорциональна усилию взаимодействия его со стенками скважины; обратно пропорциональна его массе и частоте вращения; прямо пропорциональна коэффициенту трения скольжения

The relevance of the study is caused by the need to create a general methodology for determining the eccentricity of the inertia center of the core set cross-section, which will significantly reduce the irrational material and energy costs of drilling wells drilled in conditions of natural curvature of their trunks, as well as optimize the technical and economic indicators of drilling operations. Objective: to increase the productivity of geological exploration when working in conditions of natural curvature of boreholes. Objects: drilling well, column set, drilling shell, drill string, natural curvature of the borehole, the trajectory of the borehole. Methods: analysis of literature sources on the research topic; processing data of production organizations; graphoanalytic method. Results. To eliminate some of the shortcomings currently available in the issue of maintaining the trajectory of the borehole drilled in conditions of natural curvature, a general technique is proposed that ensures minimization of the deflecting force on the rock-breaking tool during the deepening. The proposed technique is divided into two components: the use of pre-deformed core sets; the creation of a direct precession with continuous contact of the half-wave crest with the well wall during rotation of the arrangement. To implement the first case, the paper presents a method for determining the value of residual or preliminary deformation of a rectilinear core pipe. Practically, the proposed technique is implemented by sequentially performing three basic operations: the plane of deformation of the core set is determined during drilling; the parameters of the core set are adjusted by its residual deformation by the calculated value; the well is drilled with a pre-deformed core set. To implement the second case, the paper presents a method for determining the magnitude of the eccentricity of the inertia center of the column set cross-section. In this case, in order to implement the method, it is necessary: to make a rational arrangement of the lower part of the drill string; to carry out the drilling process at the maximum possible rotation frequencies of the drill shaft; to use emulsion washing fluids; to reduce the amount of bending moment due to the operation of diamond crowns that work effectively at low axial forces. Both proposed methods are justified and supported by the results of experimental work. Conclusions. The conducted research allowed us to present and justify a fundamentally new method of reducing the curvature of boreholes based on the use of pre-deformed core sets, as well as to obtain a dependence for determining the optimal value of their residual initial bending, which guarantees a deflection force close to zero on a rock-breaking tool. The magnitude of the eccentricity of the stabilizing arrangement, which guarantees the operation of the guide section in the mode of direct precession: is directly proportional to the force of its interaction with the walls of the well; is inversely proportional to its mass and rotational speed; is directly proportional to the coefficient of sliding friction