Способ контроля нагрузки на долото при роторном бурении глубоких скважин Советский патент 1986 года по МПК E21B45/00 

Изобретение относится к области бурения скважий и предназначено для интенсификации процесса роторного бурения глубоких скважин.

Целью изобретения является повышение точности измерения нагрузки на долото с учетом сил трения бурильной колонны о стенки скважины,,

На фиг. 1 и 2 упрощенно изображена буровая колонна соответственно в моменты подхода к забою и кон-такта с ним на фиг, 3 - диаграмма изменения момента на роторе при различных режимах бурения,

При этом обозначены скважина 1,, бурильная колонна 2, долото 3 и забой 4.

При вращении на весу, когда долото 3 не касается забоя 4, бурильная колонна 2 в скважине 1 под действием центробежных сил принимает форму закрученной с переменным шагом спирали (фиг. 1). Полуволны, образующиеся по колонне труб и имеюпще aI шлитyдy изгиба больше, чем радиус скважины, создают силы трения, которые фиксируют по крутящему моменту на роторе:

T, T,-M,/R

СКЕ, J

где Т, - суммарная сила трения бури.пьной колонны 2 о стенки сква1

жины 1 до контакта с забоем; qj- единичная сила трения при контакте полуволны со стенкой скважины; и - количество полуволн; р - коэффициент трения труб о

стенки скважины; М, - крутящий момент на роторе; скв радиус скважины.

Когда долото 3 подводят к забою 4 и нагружают частью массы бурильной колонны 2, то за счет реакции забоя колонна изменяет свою пространственную конфигурации (фиг. 2). При этом силы трения возрастают на ве;личину

iT Тг - Т,,

где Tg суммарная сила трения.бурильной .колонны о стенки скважины,

так как увеличивается число полуволн изгиба колонны и контактное давление их на стенки скважины. Силы трения Tg находят по изменению крутя2098352

щего момента на роторе (фиг. 3). Тог да

йТ (М, - M,)/R, где Mj - крутящий момент бурения. 3 Поэтому при подаче нагрузки на долото, передаваемой сверху и отсчитываемой по индикатору от массы на крюке до начала бурения (ии;), необходимо учитывать добавочные силы 10 трения UТ, возникающие при бурении. Из этого следует, что фактическая нагрузка на долото

, ЛТ.

в процессе углебления скважины

15 осуществляется переход с большого диаметра долота на малый и соответственно уменьшается максимально допустимая нагрузка на долото. Одновременно с этим возрастают силы сопротивле20 НИН, связанные с естественной искривленностью ствола скважины. В результате удельный вес недогрузки долота становится все более значительным. Пример. Скважина бурения в

25 интервале 2960-3000 м долотом D 190,5 мм. Заданная нагрузка на долото равна 10 тс, число оборотов ротора 120 об/мин.

После очередного спуска инструмен30 та, не доходя до забоя, включают в работу буровой насос и вращение ротора. Крутящий момент на роторе по показаниям моментометра 350 кгм. В момент контакта долота с забоем масJC су бурильной колонны снижают по индикатору массы на величину 10 тс. При этом момент на роторе за счет реакции забоя возрастает на 95 кгм, ,что соответствует добавочной силе

трения, равной и Т йМ/Р. 1 тс.

Тогда разгрузка массы на крюке для того, чтобы нагрузка на долото соответствовала расчетной, должна быть 1t тс.

При определении д М следует учитывать момент, необходимый для работы долота в роторном бурении, или реактивный момент турбобура в турбинном бурении..

В роторном бурении трехшарошеч- ных долот диаметром 120-450 мм фирмой Хьюз получена следующая эмпирическая формула:

, 0,974 С- G -%

5S где 4 дод - момент, необходимый для работы долота при разрушении породы, кгм; диаметр долота, мм;

45

50

Q - нагрузка на долото, тс; С - коэффициент крепости пород (для мягких пород С 7,8, для пород средней твердости С 6,95, для твердых пород С 5,56.

Существенное влияние на с илы трения в скважине оказьтает наличие надцолотного сальника. В ряде случаев сальник берет на себя момент, сравнимьй с моментом трения всей бурильной колонны, и по этой причи5

гчХ/

209835, 4

не нагрузка, передаваемая на долотсг,

может полностью зависать на сальнике,

При предлагаемом способе рост момента

д М при образовании сальника конт- 5 ролируется и учитывается при корректировании нагрузки на долото.

На фиг. 3 показана диаграмма изменения момента на роторе во времени:

а - рост момента при образовании 10 сальника над долотом; Б - бурение без сальника,- В - снижение момента без добавления нагрузки (выработка долота).

М

Фиг. 2

I

8

М,

М

,(Jt,3

iBflCHK}

Редактор И.Николайчук

479/40Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35 , Раушская наб., д. 4/5

Филиал ШШ Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Составитель В.-Шилов

Техред Т.Тулик Корректор И.Эрдейи