Способ регулирования процесса вращательного бурения горных пород Советский патент 1986 года по МПК E21B44/00 

1

1245688

во

Изобретениа относится к вращатель ному бурению скважин, а именно к способам регулирования процесса вращательного бурения с применением колонны бурильных труб.

Цель изобретения - увеличение надежности регулирования.

На фиг. 1 приведены диаграммы затрат мощности и механической скорости, зарегистрированные при возбуждении качения снаряда по стенкам скважины; на фиг. 2 - указанные диаграммы при регулировании процесса бурения по предлагаемому способу.

Необходимость осуществления глубокого регулирования осевой нагрузкой и в.особенности скоростью вращения для устранения качения (в отличие от узкого регулирования этими параметрами для поддержания режима мокрого трения на заб оё или для преодления сил трения при зависании снаряда) объясняется следующими особенностями качения снаряда.

Возбуткдение качения элемента снаряда происходит обычно -в тех.случаях, когда сила трения качения (Т) становится меньше силы трения скольжения (F):

Т С F. . (1) Сила F пропорциональна силе прижатияны:

элемента к стенке скважи.,,, (2) где (Ц - коэффициент трения скольжения.

В свою очередь сила f, при нормальной работе снаряда (обращении) составляет

„ ( и- mu)M

D-d

(3)

где Р - осевая нагрузка;

В - жесткость колонны на изгиб; га - масса элемента снаряда. Таким образом, на возбуждение .качения влияют как осевая нагрузка, так и скорость вращения, причем доля влияния последней возрастает с увеличением оборотов вращения. Так для рассматриваемых систем буровых колонн-скважин (БКС) уже при скорости вращения, превьшающей 200-300 об./ мин, сила прижатия определяется главным образом ее динамической составляющей:

m (J

D-d 2.

(4)

88

Скорость качения (iiL ) после ее возбуждения вычисляется по формуле

Я U)

6 D-d

(5)

Поскольку для реальных систем БКС то. скорость качения обьп- но на порядок вьппе скорости и ,а сила прижатия (f,,) при качении возрастает соответственно на два порядка:

к .

т5г

D-d

miJ

2(D-d)

(6)

В частности,поделив (6) на (4), получают степень возрастания силы прижатия при возбуждении качения, 20 которая, например, для системы 55/59 сосгтавляет:

i

55

(59-55)

190.

Следовательно, после возбуждения качения неравенство (1) многократно усиливается (Т Г F) , и поэтому устранение (срьш) качения может нас- тупить лишь при существенном уменьшении силы прижатия, чего можно добиться уменьшением осевой нагрузки, и главным образом, многократным уменьшением скорости вращения вплоть до полной остановки вращения. В самом деле, для реализации равенства f f, при котором может наступить срыв качения, необходимо (как это следует из сопоставления вьфажений (4) и (6))скорость вращения снаряда d

5

0

уменьшить в

D-d

раз. Если, нап45

ример качение в системе БКС d/D 55/59 возникает при скорости вращения о) 500 об/мин, то срыв качения может наступить при уменьшении скорости вращения до величины

U)

D-d

500

59-55 55

36 об/мин,

т.е. практически при полном останове вращения, что и целесообразно делать 55 для повьшения надежности регулирова-; ния. Следует заметить, что избавиться от качения снаряда только умень- шени ем осевой нагрузки до некоторого значения Р нарример до Р 0, не всегда возможно при сохранении неизменной скорости вращения. Уменьшение, осевой нагрузки не столько способствует устранению качения, сколь- ко необходимо для подготовки к проведению второго этапа регулировайия повторного включения вращения и плавного набора оборотов и осевой нагрузки до значений, не превьпиа- . ющих критические. .При этом, если привод имеет ступенчатое регулирова- .ние (наиболее распространенньй случай), то сначала включают вращение, а затем плавно увеличивают осе- вую нагрузку до значения, составляющего 0,8-0,9 от критического,.чтобы обеспечить условие F Т и повторно не вызвать возбуждение хачения, и на этом режиме осуществляют бурение.

Способ реализован при бурении плановых скважин Норильской комплексной пеологоразведочной экспедиций. Затраты мощности регистрированы самопишущим киловаттметром Н - 395, меха Щ1ческая скорость - прибором ИСБ. На различных интервалах глубин в

- Допустимый уровень мои ности

Составитель И.Назаркина Редактор Е.Папп Техред О.Гортвай Корректор И.Муск-а

Заказ 3968/21 Тираж 548Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

процессе бурения регистрированы рез кие самопроизвольные.возрастания мощности и колебания механической скорости (фиг. 1). Для восстановления нормального процесса бурения осевую нагрузку уменьшают с 2000- 2500 кг/даН до 500-700 кг, останавливают вращение, затем осуществляют повторное включение станка на той же скорости вращения, а осевую нагрузку плавно увеличивают до 1800-2000 к и на этом режиме продолжают бурение (фиг. 2).

nprf этом вновь стабилизированные уровни мощности (W) и скорости бурения (V) несколько снижаются по сравнению с исходными на некоторые величины 4W и дУ (фиг. 2). Однако -ЭТО снижение средней механической скорости всегда оказывается намного меньше снижения ее от релаксационных колебаний при зависании снаряда, вызванных его качением (tp i t ; tp и t - соответственно время бурения интервала хода шпинделя при регулируемом и нерегулируемом процессах, фиг. 1 и 2). .