Способ вращательного бурения скважин забойным гидравлическим двигателем Советский патент 1984 года по МПК E21B4/00 

Изобретение относится ц буровой технике и может быть использовано при бурении скважин турбинно-роторным способом. Известен способ вращательного бурения скважин гидравлическим забойным двигателем при постоянной осе вой нагрузке на породоразрушающий инструмент lj . Известен также способ вращателького бурения скважин забойным гидрав лическим двигателем, включающий вращение бурильной колонны ротором и поддержание постоянными осевой нагру ки на породоразрушающий инструмент и расхода промывочной жидкости через забойньш двигатель. Согласно известному способу допол нительное вращение бурильной колонны ротором проводится лишь для преду-. преждения прихватов колонны и обеспечения возможности оценки величины крутящего момента на валу гидравлического забойного двигателя (турбобура) при помощи роторного момента Однако известныйспособ не позволяет использовать дополнительное вращение бурильной Колонны ротором для управления крутящим моментом на валу гидравлического забойного двига теля, поэтому невозможно вести бурение при оптимальном моменте на валу забойного двигателя. Цель изобретения - повьшение эффективности бурения скважин за счет -получения оптимального крутящего момента на валу забойного двигателя Поставленная цель достигается тем что согласно способу вращательного бурения скважин забойным гидравличес ким двигателем,.включающему вращение бурильной колонны ротором и поддержание постоянными осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент и расхода промывочной жидкости через забойньй двигатель, предварительно находят частоту вращения бурильной колонны путем установления ее зависи мости от осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, соответствую щей тормозному моменту забойного двигателя, причем значение осевой нагрузки, соответствующей тормозному моменту, находят по следующей формул -«1К- П где MT - тормозной момент гидравлического забойного двигателя по паспортным данным; требуемый рабочий крутящий момент на валу забойного двигателя, осевая рабочая нагрузка на породоразрушающий инструмент. Способ реализуется следующим образом. Вначале замеряют осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент, соответствующую тормозному моменту забойного двигателя при не менее, чем трех частотах вращения бурильной колонны, определяющих диапазон их изменения. Это позволяет установить зависимость осевой тормозной нагрузки от частоты вращения бурильной колонны и вьфазить ее графически или в виде формулы. Затем вычисляют значение осевой тормозной нагрузки на породоразрушающий инструмент по заданным рабочим значением М и Q и тормозному моменту M-j- турбобура, известному из его паспортных данных, по формуле 4Ktr После этого по вычисленному значению Q при помощи установленной в результате дополнительных операций зависимости Gт i () определяют П - частоту вращения бурильной колбнны ротором и бурение ведут при этой частоте, обеспечивая тем самым в совокупности с неизменными осевой нагрузкой и расходом промывочной жидкости требуемый крутящий момент .на валу забойного двигателя. Вывод расчетной зависимости. Известно, что крутящий момент на валу забойного двигателя может быть определен из соотношения . где MT тормозной момент забойного двигателя, частота вращения вала забойного двигателя на холостом ходу;. текущее значение частоты вращения вала забойного двигателя. В результате апроксимации зависирсти частоты вращения вала забой3ного двигателя от осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, которая была получена в результате проведенных исследований, установлено, что эта зависимость может быт выражена следующей формулой п i x l-TT; QT G - осевая нагрузка; G(f - осевая нагрузка, соответствующая тормозному момен ту забойного двигателя. После подстановки формулы (2) в (1) ;получим Преобразовав эту зависимость, получим расчетную формулу (. Если в результате замеров осевой нагрузки Q , соответствующей тормо ному моменту на валу забойного двигателя при разных частотах вращения бурильной колонны ротором, устан лено, что в определенном диапазоне частот эта зависимость линейна, то можно представить в виде формулы / . п, тСт/1 П-С тл)ГТ7Г где GI. и Q - осевая тормозная нагрузка турбобура при вращении бурил ной колонны роторо соответственно с ч тотой о 1 и П 2 . .к Выражение ПО сущест Z ЩСи ву представляет собой коэффициент пропорциональности в функциональной зависимости Q т i () который з висит от расхода промывочной жидкос ти через турбобур и конструкции последнего. С учетом этого коэффициен формулу (5) можно записать в виде ; Q OT,+ U-V,k Приравняв правые части выражений (4) и (6), после преобразований пол чим расчетную формулу для линейной .зависимости QT i(rt) 7 : 1Г f / J Реализация предлагаемого способа обеспечивает возможность управления крутящим моментом на валу забойного двигателя при помощи вращения бурильной колонны, а также позволяет определять значение крутящего момента на валу забойного двигателя при помощи роторного моментомера, эффективно вести борьбу с возникающими в процессе бурения вибрациями низа бурильной колонны (не изменяя осевой нагрузки на йородоразрушающий инструмент и расхода промывочной жидкости) путем смещения характеристики турбобура за счет вращения бурильной колонны ротором. Общественно полезный эффект от использования способа обусловлен описанными нЬвыми техническими возможностями. Этот эффект сводится к повышению проходки на долото за счет эксплуатации его при оптимальном крутящем моменте, увеличению ресурса турбобура за счет обеспечения возможности исклю чения эксплуатации его при повышенной вибрации, а к экономии энергозатрат на управление моментом на валу забойного двигателя. На фиг. 1 и 2 представлены зависимости, полученные в результате апробирования способа с использованием одной секции турбобура ТОШ1-195 и долота 214т на свинцовом забое. Пример. Необходимо провести углубление скважины на заданном интервале при осевой, нагрузке Q 130кН, расходе промывочной жидкости50 л/с и крутящем моменте на долоте М 2 кНм. Из паспорта на применяемый турбобур известно, что его тормозной момент равен М 3 кН-м. Производят замер осевых нагрузок на породоразрушающий инструмент при разных значениях частоты вращения бурильной колонны ротором. Для чего затормаживают турблбур за счет увеличения осевой нагрузки. В результате этого получают (фиг. 1): при И, 10 об./мин, Gt-ri 160 кН; Пз 56 об./мин, QT2 кН; Пз 88 об./мин Отг 120 кН. По полученным данным строят график этой зависимости (фиг. 2). Вычисляют расчетное значение тормозной иагрузки Q-rp f данного турбобура по 51 известным к заданным параметрам Мт j м и а . И-аГ тр- . 1-(1-J)- t37,0 кН По графику зависимости Q i(i) определяют частоту вращения бурильной колонны ротором, которая соответ ствует расчетному значению осевой тор мозной нагрузки Q 137 кН, 0 об/мин.Эта частота вращения бурильной колонны обеспечивает крутящий момент на валу турбобура, равный 2 кН« м при осевой нагрузке на 77 долото 130 кН и расходе промьшочной жидкости 50 л/с. Использование изобретения позволит увеличить проходку на долото на 20-25% и снизить энергозатраты на управление моментом на валу гидравлического забойного двигателя. Энергозатраты на прокачку промывочной жидкости составляют 66% всех энергетических затрат на буровой, в то время как на вращение бурильной колонны идет всего 2-3% энергозатрат. Отсюда очевидно, что для увеличения крутящего момента на валу гидравлического двигателя не менее, чем в два раза выгоднее, с точки зрения энергозатрат, использовать вращение бурильной колонны.

СПОСОБ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН ЗАБОЙНЫМ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ДВИГАТЕЛЕМ, включающий вращение бурильной колонны ротором и поддержание постоянными осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент и расхода промывочной жидкости через забойный двигатель, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет получения оптимального крутящего момента на валу забойного двигателя, предварительно находят частоту вращения бурильной колонны путем установления ее зависимости от осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, соответствующей тормозному моменту забойного двигателя, причем значение осевой нагрузки, соответствующей тормозному моменту, находят по следующей формуле: «.-Ь-()Т (Л где MT тормозной момент гидравлического . забойного двигателя по паспортным данным, М G требуемый рабочий крутящий момент на валу забойного двигателя, осевая рабочая нагрузка на породоразрушающий ин ч струмент.

rcUJt- I9S, Q SO %, c/ufftfff u забой.

WO

It

Фиг1