Способ регулирования процесса вращательного бурения горных пород

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 688 04 Е 21 В 44 0 Ш.П ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ТЕЛЬСТВУ АВТОРСК а- хний СС 97(54) (57) СПОСОБ Р ЦЕССА ВРАЩАТЕЛЬНО ПОРОД, включающий нагрузки,и скорос контроль"мощности бурение, и механи ГУЛИРОВАНИЯ О БУРЕНИЯ ГО изменение ос и вращения, затрачиваем еской скорос 0- ЫХ вой на и, р раты мацфюс ь Бурения есса иа ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Всесоюзный научно-исслетельский институт методики ики разведки(56) Авторское свидетельствоВ 947405, кл. Е 21 В 45/00,Авторское свидетельство ССУ 1162953, кл, Е 21 В 44/00,гистрацию возрастающих пиковых отклонений мощности и релаксационныхколебаний механической.скорости соснижением ее среднего уровня, о тл и ч а ю щ.и й с я тем, что, сцелью увеличения надежности регулирования, задают допустимый уровеньмощности, затрачиваемой на бурение,и в случае, если постоянная составляющая мощности при ее возросшемпиковом отклонении превысит допустимый уровень мощности, фиксируют имеющиеся при этом критические значения осевой нагрузки н скорости вращения, снижают осевую нагрузку искорость вращения вплоть до полнойостановки вращения бурового снаряда,а затем увеличивают осевую нагрузкуи скорость вращения до значений0,8-0,9 от критических.(4) 1 124Изобретение относится к вращатель ному бурению скважин, а именно к способам регулирования процесса вра-щательного 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 забое или дляпреодо. пения сил трения при зависании снаряда) объясняется следующими особенностями качения снарядаВозбуждение качения элемента снаряда происходит обычно в тех случаях, когда сила трения качения (Т) становится меньше силы трения скольжения (Р):Т ( Р., (1)Сила Р пропорциональна силе прижатия Й, элемента к стенке скважины: Р : , С , (2) где- коэффициент трения скольжения.В свою очередь сила Е, при нормальной работе снаряда (обращении) составляет где Р - осевая нагрузка;В - жесткость колонны на изгиб; ш - 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, превышающей 200-300 об/ мин, сила прижатия определяется главным образом ее динамической составляющей: 5688 2 Скорость качения ( ) после ее возбуждения вычисляется по формуле 5Поскольку для реальных системБКС дР-дто скорость качения обыч но на порядок выше скорости м ,а сила прижатия (1) при качении воз растает соответственно на два порядка: Од г дй = тЯ = тпьэ . (6) к 2. 2 (В-д)В частности, поделив (6) на (4),. получают степень возрастания силыприжатия при возбуждении качения,20 которая, например, для системы55/59 составляет:йк д . 55о Ы-А) (59-557 Следовательно, после возбуждениякачения неравенство (1) многократно усиливается (ТР), и поэтомуустранение (срыв) качения может наступить лишь при существенном уменьшении силы прижатия, чего можно добиться уменьшением осевой нагрузки,и главным образом, многократнымуменьшением скорости вращения вплотьдо полной остановки вращения; В самом деле, для реализации равенстваГ , при котором может наступитьсрыв качения, необходимо (как этоследует нз сопоставления выражений(4) и (6 скорость вращения снаряда 40думеньшить в раз. Если, например качение в системе БКС д/Э == 55/59 возникает при скоростивращения ь) = 500 об/мин, то срыв 45качения мажет наступить при уменьшении скорости вращения до величиныу%Ы = ц 1 д = 500 59-55д 55= 36 об/мин,т.е. практически при полном останове вращения, что и целесообразно делать 55 для повышения надежности регулирова-.ния. Следует заметить, что избавиться от качения снаряда только уменьшением осевой нагрузки до некоторо3 ень мвцности аты мвцност оростО ени ессп Составитель И.Назаркина едактор Е.Папп Техред О.Гортвай Корре 4М 3968/21 Тираж 548 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5. 3 1245688 4 го значения Р, например до Р" =О, процессе бурения регистрированы рез-, не всегда возможно при сохранении , кие самопроизвольные. возрастания неизменной скорости вращения, Умень- мощности и колебания механической шение, осевой нагрузки не столько спо- скорости (фиг. 1). Для восстановлесобствует устранению качения, сколь-ния нормального процесса бурения ко необходимо для подготовки к про- осевую нагрузку уменьшают с 2000 ведению второго этапа регулирования - 2500 кг/даН до 500-700 кг, останавповторного включения вращения и ливают вращение, затем осуществляют плавного набора оборотов и осевой повторное включение станка на той же нагрузки до значений, не превыша- . 1 О скорости вращения, а осевую нагрузющих критические. При этом, если ку плавно увеличивают до 1800-2000 кг привод имеет ступенчатое регулирова- и на этом режиме продолжают бурениение (наиболее распространенный(фиг. 2).случай), то сначала включают враще" ПрИ этом вновь стабилизированные ние, а затем плавно увеличивают осе уровни мощности (И) и скоростивую нагрузку до значения, составля- бурения (7) несколько снижаются по ющего 0,8-0,9 от критического,.чтобы сравнению с исходными на некоторые обеспечить условие Р С.Т и повторно , величины л И и д 7 (фиг. 2), Одна- не вызнать возбуждение качения, и ко .это снижение средней механичесна этом режиме осуществляют бурение. 20 кой скорости всегда оказывается нам"Способ реализован при бурении ного меньше снижения ее от релаксаплановых скважин Норильской комплек- ционных колебаний при зависании сной пеологоразведочной экспедицииснаряда, вызванных его качением Затраты мощности регистрированы само- (С ( й ; С и 1 - соответственпишущим киловаттметром Н - 395, меха. 25 но время бурения интервала хода ническая скорость - прибором ИСБ. шпинделя при регулируемом и нерегу-.На различных интервалах глубин в лируемом процессах, фиг. 1 и 2)