Способ колонкового бурения Советский патент 1991 года по МПК E21B7/00 E21B3/00 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам колонкового бурения.

Цель изобретения - повышение эффективности бурения путем предотвращения саморазворота бурильных труб и их колонок.

Сущность способа заключается в следующем.

В процессе бурения геологоразведочных скважин широко используются гладкоствольные бурильные трубы СБТН-54 ПНС для передачи вращающего момента, осевой нагрузки и промывочного агента. При этом происходит потеря их устойчивости и прижатие к стенке скважины. В результате сил трения и потери устойчивого положения колонна бурильных труб входит в режим обратной прецессии. При таком режиме вращения, особенно в скважинах с повышенной разработкой ствола, мгновенные скорости в точках касания сечений бурильных труб со стенками скважины в различных сечениях ствола различны, в результате чего происходит саморазворот труб. С целью предотвращения этого явления, необходимо частоту вращения бурильных труб поддерживать согласно формуле

(

00

о ю

ю

О)

VA

-1

da di (D-62

()

VA скорость вращения центра скоростей, м/с;

,-L

ш- частота вращения бурильных труб.

d2 - диаметр ниппеля замка бурильных труб, м;

ch - диаметр бурильных труб, м;

D - диаметр ствола скважины, м, а скорость мгновенного центра скоростей в точке касания бурильной трубы со стенкой скважины задают выше нуля.

В результате указанных условий становится возможным повысить эффективность бурения,

На фиг,1 изображено соединение бурильных труб; на фиг,2, 3 - сечение А--А на фиг 1; на фиг,4 - расчетная схема на фиг.5 - сечение Б-Б на фиг.4,

Схема содержит скважину 1, размещенные в ней бурильные трубы 2, соединение бурильных труб 3 (замок), содержащее муфту 4 и ниппель 5 с конусной 6 и ленточной 7 резьбами с выступающей кромкой 8 на конце соединения, Бурильные трубы 2 на своих концах содержат внутренние ленточные резьбы 9 с конусной проточкой 10 в зарезь- бованной части грубы 2

Бурение скважины, согласно предлагаемому способу, осуществляют следующим образом.

Производят спуск бурового снаряжения, состоящего из колонкового набора (не показан), бурильных труб 2 с резьбовыми соединениями 3 в скважину 1. Через бурильные трубы 2 на колонковый набор передают крутящий момент, осевую нагрузку, промывочный агент и осуществляют процесс бурения на высоких частотах вращения. При этом происходит потеря их устойчивости и прижатие к стенке скважины

1За счет сил трения и потери устойчивого положения колонна бурильных труб 2 входит в режим обратной прецессии. При таком режиме вращения в скважинах 1 с повышенной разработкой ствола возможен саморазворот бурильных труб 2 в резьбовых соединениях 3.

Рассмотрим причину саморазворота груб 2. Причиной саморазворота является качение и разница в геометрических соотношениях в системе колонна - скважина.

Рассмотрим вращение бурильных труб

2в скважине 1, причем диаметры ствола в сечениях 1-1 и 2-2 неодинаковы. Предположим, что в сечении 1-1 колонна труб 2 вошла в режим чистого качения, т.е. точка А является мгновенным центром скоростей и выполнено соотношение:

(колонна катится по стенке скважины).

где олц - частота вращения центра бурильной трубы относительно центра оси скважины;

со- частота вращения бурильных труб; d - диаметр гладкоствольных бурильных труб;

DI - диаметр ствола скважины в сечении 1- 1.

В сечении 2-2 движение колонны вы- звано движением участка в сечении 1-1, т.е.

Oft - Ш1 О); 0))

D - О

Тогда скорость точки A (VA - точки каса- ния сечения со стенкой скважины) равна

v.-,.,dd .D-d

VA ш2 U)DI d /„ С

а частота вращения бурильных труб в процессе бурения определяется из следующего выражения:

VA

D - d2 2 2 iD-di

, с

-1

Если

D-d

1, то направление векто

Di-d

pa скорости совпадает с направлением вращения и соответствующей силы трения - против вращения. Это приводит к дозатяги- ванию резьбовых соединений.

Если Da DI, то направление вектора скорости противоположно вращению и соответствующая сила трения направлена по вращению. Это приводит к саморазвороту соединений бурильных труб.

Теперь рассмотрим вариант постоянного диаметра скважины и переменный диаметр копонны. Представим, что диаметр колонн di и d2, причем da di, a DCKB D const. Представим, что участок труб диаметром di находится в режиме прецессии, тогда

0 57Скорость в точке касания участка d2 равна

v,-,..d2di . D-d2

VA Ш 2 %-di 2

«-«4-4 (ЈЈ

При VA 0 и силе трения, направленной против вращения, происходит дозатяги- вание колонны труб. Соединения бурильных

труб имеют два расположенных по обе стороны резьбовых участков узла сцепления (трения): торцовый упор напряженное скользящее соединение. Между торцом муфты 4 и началом его резьбы 7 имеется коническая наружная поверхность с выступающей круговой кромкой 8,

На внутренней поверхности бурильной трубы 2 выполнена резьба с конусной проточкой 9 в зарезьбовой части. В процессе свинчивания кромка 8 входит в контакт с поверхностью конического пояска. Вследствие имеющейся разницы диаметров и малой первоначальной площади контакта происходит взаимное смятие контактирующих поверхностей, За счет смятия компенсируются имеющиеся отклонения от номинала диаметров выступов 8 и конусной проточки 9.

В процессе бурения колонна труб 2 подвергается действию динамических нагрузок от крутильных и продольных вибраций, а также от кругового изгиба. Вследствие надежности сцепления между трубами 2 и муфтой 4, а также ниппелем 5 по коническим пояскам и в торцовых упорах ослабленные резьбами участки 2 воспринимают динамические нагрузки совместно, поэтому напряжения в них меньше, чем обуслов- ливает повышение долговечности и прочности соединения, Даже незначительный разворот резьб в соединениях труб 2 при высоких частотах вращения приводит к их поломке. Поэтому использование в трубах СБТН-54 предварительно напряженных соединений теряет всякий смысл (особенно в борьбе с саморазворотом и поломками резьбовых соединений).

Для повышения эффективности бурения требуется соблюдение следующих условий:

значение частоты вращения бурильных труб в процессе бурения скважин определяют из следующего выражения:

У

VA

о г di /D-d2 Т Т

скорость мгновенного центра скоро- стей в точке касания бурильной трубы со стенкой скважины задают выше нуля.

Формула изобретения Способ колонкового бурения, содержащий спуск в скважину на гладкоствольных бурильных трубах колонкового мабора, подачу промывочной жидкости и бурение скважины, включающее приложение осевой нагрузки и вращающего момента к колонковому набору, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности бурений за счет предотвращения саморазворота бурильных труб и их поломок, частоту о) вращения бурильных труб в процессе бурения

поддерживают согласно выражению

а

VA

da 2

luEi-ifei

2 D-dt J

где VA - скорость вращения центра скоростей, м/с;

d. - диаметр ниппеля замка бурильных труб, м; di - диаметр бурильных труб, м;

D - диаметр ствола скважины, м, а скорость мгновенного центра скоростей е точке касания бурильной трубы со стенкой

скважины задают выше нуля.

Щи2.1

Изобретение относится к бурению скважин, Цель - повышение эффективности бурения за счет предотвращения саморазворота бурильных труб и их поломок. В скважину на жидкоствольных бурильных трубах осуществляют спуск колонкового набора. Подают промывочную жидкость и производят бурение скважины, включающее приложение к колонковому набору осевой нагрузки и вращающего момента. Частоту вращения бурильных труб в процессе бурения поддерживают согласно жению ft) - di/2(D-d2/D -di)c , где VA - скорость вращения центра скоростей, м/с; (о- частота вращения бурильных труб, da - диаметр ниппеля замка бурильных труб, м; di - диаметр бурильных труб, м; D - диаметр ствола скважины, м. Скорость мгновенного центра скоростей в точке касания бурильной трубы со стенкой скважины задают выше нуля. В результате этого предотвращается саморазворот бурильных труб и их поломка. 5 ил. и 4V Ё

А-А №.l

QJi/гЗ

/

ФигЛ Г j

/5

/

/

V

У

№t)

5-6

V/