Способ регулирования режимов бурения Советский патент 1990 года по МПК E21B44/00 E21B45/00 

Изобретение относится к области бурения глубоких скважин, в частности к вращательному бурению, где бурение осуществляется вращающимся породораз- рушающим инструментом (долотом), входящим в состав бурильного инструмента наряду с утяжеленными бурильными трубами, через которые с устья скважины передается крутящий момент и буровой раствор для .очистки забоя от выбуренной породы.

Целью изобретения является повышение эффективности бурения за счет дифференцированного использования поперечных и продольных колебаний пот родоразрушающего инструмента.

На фиг. 1 представлена зависимость механической скорости бурения от частоты вращения долота, снятой в стендовых условиях при бурении непроницаемой породы в контакте с технической водой с гидростатическим давлением

20 МПа; на фиг. 2 - зависимости механической скорости. V от нагрузки на долото, снятой при бурении скважины в интервале 1А65-1490 м(а) и 1600- 1610 м(б) при частоте вращения долота 50 об/мин; на фиг. 3 - 5 - варианты зависимостей механической скорости от нагрузки на долото и частоты его вращения как функции двух переменных G и п в виде поверхности сложной формы V{6,n) с перегибами,обусловленными поперечными и продольными низкочастотными колебаниями долота; на фиг. 6 - проекция поверхности сложной формы и пересекающаяся с ней плоскость EF, которой принадлежат зоны локального максимума скорости перед первым и вторым перегибами.

Зависимости, представленные на фиг. 1 и 2, свидетельствуют о сложном характере влияния нагрузки на долото и частоты его .вращения на мез аническу скорость, что требует оценки их совместного влияния. В диапазоне частот, применяемых в роторном бурении, в пределах 200 об/мин отмечается достаточно стабильная зависимость V(n). Эта зависимость показана кривой АВ (фиг. 3) в виде проекции на плоскость С. Аналогичные зависимости (фиг. 4 и 5) -в виде кривых А ,В , и на плоскостях С, и С. На поверхности сложной формы V (G, п) выделена область резкого возрастания механической скорости бурения D (фиг. 3) с ее проекцией и на плоскость Gn, используемая в конце долбления для регулирования текущего значения рейсовой скорости. На поверхности сложной формы V (G,n) может быть вьщелена зона локального максимума механической скорости D, непосредственно перед вторым перегиб ом от начала координат и его проекция ъ{ на плоскость Gn, ко- торая определяет область рекомендуемых оптимальных G и п (фиг. 4). Область локального максимума скорости и 2 перед первым от начала координат перегибом поверхности сложной формы, представляющей V как функцию от G и П, и его проекцию Dj на плоскость Gn (фиг. 5). Проекция линии пересечения поверхности сложной формы с плос- 1костью, проходящей через области ло- кального максимума на фиг. 4 и 5 на плоскости V(G) в виде точки F, ука- зьшает на границу по исключению преимущественно продольных колебаний.

Предлагаемый способ реализуется следующим образоь.

В начале долбления в процессе бурения после приработки долота к забою на минимальном отрезке проходки, обеспечивающем стабильность .-параметров, производят замеры изменения механической скорости при изменении, например, нагрузки на долото при постоянной частоте его вращения. Такая операция производится для всего диапазона применяемых частот. По результатам строится функциональная зависимость от двух основных переменных в виде поверхности в координатах V (G,n). На этой поверхности вьщеляют зону непосредственно перед первым резким увеличением механической скорости бурения, принимая параметры режимов бурения,соответствующие этой зоне, в качестве оптимальных.

В ходе бурения поддерживаются параметры режима, обеспечивающие положение вьзд ел енной зоны на поверхности сложной формы V 1сГ,п/. По результатам бурения соседних скважин или по пре- дьщущему долблению на рассматриваемой скважине определяют максимальную рейсовую скорость V р разбуривае- мого интервала. В ходе бурения определяют время с начала долбления и текущее значение рейсовой скорости. В конце бурения, которое определяется по времени бурения на соседней скваж1«е, времени бурения на соседней скважине, или по предьщущему долблению, текущее значение рейсовой скорости V р сравнивается с заданным ее максимальным значением ,c и, если Vp Vp на зависимости V (G, n) выделяют зону резкого увеличения механической скорости с переходом на режим, соответствующую этой зоне, что обеспечивает равенство текущей рейсовой скорости и заданным ее максимальным значениям.

В общем случае способ регулирования режимов бурения используют в зависимости от поставленной перед бурением задачи, выбирая при этом область на V {G,n), и по проекции на плос- кость Gn определяют конкретные величины нагрузки на долото и частоты вращения. Для максимальной сохранности долота от продольных и поперечных колебаний используют область D/i (фиг. 5) и параметры G,n, принадлежащие проекции этой области D. Для максимальной сохранности долота

от продольных колебаний при задавленных поперечных колебаниях используют область и, (фиг. 4), нагрузку на долото и частоту вращения в области I). Для исключения продольных колебаний долота используют зону F (фиг.6) При сохранности долота от продольных колебаний для регулирования рейсовой скорости, например, если по текущему значению рейсовой скорости при постоянной механической скорости необходимо прекратить бурение, увеличивают механическую скорость, в ущерб долота, переходом в зону D (фиг. 3) с поддержанием G и п в области D .

Использование предлагаемого способа регулирования режимов бурения дает возможность управлять рейсовой скоростью и стоимостью метра проходки в каждом конкретном долблении независимо от условий бурения.

Формула изобретения

Способ регулирования режимов бурения, основанный на .регистрации осевой нагрузки, частоты вращения бурового

Кл//

инструмента и механической скорости бурения и определении зависимости механической скорости от параметров режима бурения осевой нагрузки и частоты вращегшя при фиксированном значении одного из них, отличающийся тем, что, с целью певьппенш: эффективности бурения за счет дифференцированного использования поперечных и продольных колебаний породораз- рушающего инструмента, задают максит:1 мальное значение рейсовой скорости Армяке измеряют время бурения и определяют текущее значение рейсовой скорости VP, при этом вьщеляют начало зоны первого резкого увеличения механической скорости бурения, а параметры режимов бурения, соответствующие

этой зоне, задают в качестве оптимальных, причем в конце бурения в случае VP Vp (кс выделяют зону резкого увеличения механической скорости бурения и выбирают соответствующие ей параметры режима бурения, при которых достигается равенство текущего и заданного значений рейсовой скорости.

Изобретение относится к технике бурения глубоких скважин. Цель - повышение эффективности бурения за счет дифференциального использования поперечных и продольных колебаний породоразрушающего инструмента. Для этого в процессе бурения регистрируют осевую нагрузку G, частоту вращения N бурового инструмента и механическую скорость бурения V м и определяют зависимость V м от параметров режима бурения G и N при фиксированном значении одного из них. По результатам бурения соседних скважин задают максимальное значение рейсовой скорости V р макс, а в ходе бурения измеряют время бурения и текущее значение рейсовой скорости V р. Выделяют начало зоны резкого увеличения V м, а параметры G и N, соответствующие этой зоне, задают в качестве оптимальных. В конце бурения при V р *98 V р макс выделяют зону резкого увеличения V м и выбирают соответствующие ей параметры G и N, при которых достигается равенство текущего и заданного значении рейсовой скорости. Таким образом управление рейсовой скоростью и стоимостью метра проходки в каждом конкретном долблении происходит незасисиом от условий бурения в соответствии с поставленной задачей. 6 ил.

ft

3 2 1 О

X

2ffO UOO 600800

fpae. 1/7, о51мин

&,тс

5 10 15 го 25

Фиг.З

Ч/r/v

О 5 10 15 20 25 фиг. Ц.

го

V,/f/v

о - 10 S го 25

фигВ