Способ колонкового алмазного бурения скважин Советский патент 1992 года по МПК E21B7/00 

Изобретение относится к горной промышленности в частности к способам бурения.

Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет увеличения прбходки на инструмент.

На фиг.1-3 показаны графики, поясняющие способ; на фиг. - пример выполнения устройства для реализации способа.

Способ осуществляют следующим образом,

В процессе бурения скважины рабо

чий торец инструмента путем микрорезания разрушает горную породу. При этом исследования, проведенные с помощью скоростной киносъемки, работы алмазного инструмента при бурении специального блока из оптического стекла близкого по своим свойствам к горным породам VIII-IX категории по буримости показали, что в зависимости от параметров режима бурения могут быть выделены три режима вращения алмазного поподоразрушающего инструмента R 2 i которые характеризую ; я

;л ;л :о

Јъ

отношением угловой скорости вращения коронок к задаваемой вращателем уг- левой скорости (&§ ДОС). На основании полученных результатов исследо- вании построена диаграмма областей, устойчивости различных режимов вращения алмазного инструмента в координатах (см.), где п - частота вращения бурового снаряда, об/мин; Р - осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, дан.

Область существования режима R12 характеризуется равномерным вращением алмазного инструмента вокруг скважи- ны без остановок и ударов. Обеспечение равномерности вращения позволяет при неизменных параметрах режима бурения увеличить механическую скорость

г

15

70553 44

Для колонны ЛБТН граница возбуждения обратной прецессии находится в области более низких значений частоты вращения п к осевой нагрузке Р, чем

для СБТН (см.фиг.3), где q,q - границы возбуждения обратной прецессии соответственно для СБТН и ЛБТН; - граница возбуждения крутильных колебаний АЦИ II рода, соответственно для СЬТН и ЛБТН; f.f гра ницы возбуждения крутильных колебаний АПИ I рода соответственно для СБТН и ЛБТН.

Таким образом, при регулировании процесса вращательного бурения необходимо для исключения вхождения алмазного инструмента в режим крутильных колебаний нижнюю часть колон

Изобретение относится к горной пром-сти и предназначено для бурения скважин. Цель - повышение эффективности способа бурения за счет увеличения проходки на алмазный породоразрушающий инструмент (ПРИ). Для этого после спуска колонкового набора в скважину на бурильных трубах на алмазный ПРИ производят передачу вращающего момента, осевой нагрузки и промывочного агента, Б процессе бурения производят регистрацию режимов вращения бурильных труб и алмазного ПРИ. При этом вращение нижней масти колонны бурильных труб над колосниковым набором поддерживают в режиме обратной процессии а верхней части колонны труб - в режиме скольжения. Вращение алмазного ПРИ поддерживают в равноме рном ое«име. Т.обр. алмазный ПРИ производит разрушение кольцевого забоя без крутильных колебаний при заданных режимах бурения. Это позволяет отработать ресурс коронки полностью без аномальных износов и увеличить эффективность бурения за счет увеличения проходки на коронку, Ц ил. § (/

бурения. В этом режиме ( (Ос равны, 20 ны нап- колонковым набором нужно подпоэтому d)j/GDc 1.

Область режима вращения R является весьма узкой и характеризуется высокочастотными крутильными колебаниями, падением механической скорости 25 бурения и повышенным износом матрицы и породоразрушающего инструмента. В этом режиме угловая скорость вращения инструмента ниже угловой скорости, задаваемой вращателем станка, зо Происходит некоторое торможение вращения инструмента и его ускорение. Это ведет к образованию вибрации на инструменте, но остановки в этом режиме ОТСУТСТВУЮТ, ПОЭТОМУ СОЈ/()( 0. 35

Область режима вращения R характеризуется крутильными колебаниями с остановками и ударами инструмента о забой, повышенным его износом и увеличением механической скорости бурения, до В этом режиме наблюдаются ударные нагрузки на инструмент из-за его остановок на забое. Практически время остановок и время вращения алмазного инструмента приблизительно равны. д5 На фиг.2 приведена характерная величина, экспериментально полученная кривая изменения скорости бурения (V) и границы режимов вращения алмазного инструмента от осевой нагрузки (Р). CQ

Причем все три вида вращения алмазного инструмента выявлены при вращении колонны бурильных труб в режиме Р, (со скольжением по стенке скважины) , а в режиме обратной прецессии Рз (при схватывании сечения трубы по стенке скважины) эти режимы вращения алмазного инструмента отсутствуют (см.фиг. 1 J.

держивать в режиме вращения обратная прецессия (Ф) ,а всю колонну буриль ных труб а режиме вращения () . Для того, чтобы ввести нижнюю часть колонны в режиме Vj , следует устанавливать над колонковой трубой легкосплавные трубы, которые имеют меньшую жесткость и при более короткой длине входят в режим (р, .

Поскольку нижняя часть колонны входит в режим (Р, то и колонковый набор может входить в этот режим вра щения. Поэтому для исключения вхожде ния вращения коронки в режим крутиль ных колебаний над колонковой трубой устанавливают специальный шарнир.

Через шарнир крутильные колебания) не передаются. Передаются только осевая нагрузка и вращающий момент.

На фиг. схематично изображено ус ройство для осуществления способа. .

Устройство включает стальную колонну бурильных труб 1, в нижней час ти которой размещены легкосплавные бурильные трубы 2, соединенные через шарнир 3 с колонковой трубой Ц и алмазным инструментом 5.

Последовательность реализации спо соба заключается в следующем.

В процессе бурения скважины осуществляют регулирование параметров бурения. В зависимости от проходимых пород изменяют осевую нагрузку, скорость вращения и подачу промывочной жидкости. При этом алказная буровая коронка в зависимости от режимов вращения бурильных труб также имеет различные режимы работы. Наиболее

ны нап- колонковым набором нужно поддерживать в режиме вращения обратная прецессия (Ф) ,а всю колонну бурильных труб а режиме вращения () . Для того, чтобы ввести нижнюю часть колонны в режиме Vj , следует устанавливать над колонковой трубой легкосплавные трубы, которые имеют меньшую жесткость и при более короткой длине входят в режим (р, .

Поскольку нижняя часть колонны входит в режим (Р, то и колонковый набор может входить в этот режим вращения. Поэтому для исключения вхождения вращения коронки в режим крутильных колебаний над колонковой трубой устанавливают специальный шарнир.

Через шарнир крутильные колебания) не передаются. Передаются только осевая нагрузка и вращающий момент.

На фиг. схематично изображено устройство для осуществления способа. .

Устройство включает стальную колонну бурильных труб 1, в нижней части которой размещены легкосплавные бурильные трубы 2, соединенные через шарнир 3 с колонковой трубой Ц и алмазным инструментом 5.

Последовательность реализации способа заключается в следующем.

В процессе бурения скважины осуществляют регулирование параметров бурения. В зависимости от проходимых пород изменяют осевую нагрузку, скорость вращения и подачу промывочной жидкости. При этом алказная буровая коронка в зависимости от режимов вращения бурильных труб также имеет различные режимы работы. Наиболее

благоприятным режимом вращения буриль ных труб является режимФ (вращение вокруг оси скважины со скольжением) . Для этого следует бурильные трубы СБТИ (см.фиг.4) смазывать смазкой КАВС или Геол. Но так как в этом режиме вращения появляются крутильные колебания (R), то от этого режима избавляются введением в состав бурового снаряда легкосплавных бурильных труб ЛБТН, которые вращают в режиме Ф$ . Легкосплавные бурильные трубы размещают между колонковыми набором и СБТН (см .фит.) .

ЛБТН входят в режим обратной прецессии (9) при более низких значениях п и Р (см.фиг.3). Так как в режиме $i нет крутильных колебаний (к,г), то алмазный инструмент 5 будет работать в режиме без крутильных колебаний. Для того чтобы режим Ф$ не передавался на колонковый набор, между ЛБТН и колонковым набором устанавливают шарнирное соединение. Сог ласно результатам экспериментальных исследований несмазанные легкосплавт1 ные бурильные трубы ЛБТН входят в ре- дим прецессии (ф) ПРИ длине L - 18-2 м.

Таким образом, алмазный породораз- рушающий инструмент производит разру «

1000

/

/

/ /

Ъ

/

шение кольцевого забоя без крутильных колебаний при заданных режимах бурения, что позволяет отработать ре- суре коронки полностью без аномальных износов и увеличить эффективность бурения за счет увеличения проходки на коронку-.

Формула изобретения

Способ колонкового алмазного бурения скважин, включающий спуск колонкового набора в скважину на бурильных трубах, передачу вращающего момента, осевой нагрузки и промывочного агента на алмазный породоразру- шающий инструмент, регистрацию режимов вращения бурильных труб и алмазного породоразрушающего инструмента, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа за счет увеличения проходки на алмазный породоразрушакхций инструмент, вращение нижней части колонны бурильных труб над чолонковым набором поддерживают в режиме обратной прецессии, а верхней части колонны труб в режиме скольжения, причем

вращение алмазного породоразрушающе- то инструмента поддерживают в равномерном режиме.

&

/2.

.лраница ре тки на

«, tf/tfUtf.

лвгн гетн

i х

/;

/ /

/ /

/

/

/

«

I

ft, и/па.

czar

Фа