Способ регулирования режимов бурения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ 119) ( ПУБЛИК 21 В 44/О АРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР АМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ГОСУД ПО ДЕ НИ ИЗОБРЕТЕТЕЛЬСТВУ фа4 а.,(56) 1. Справочник инженению. Под ред. В.И.МищевичН.А.Сидорова, М., "Недра1973, с. 83-85;2. Козловский Е,А, Нови технология разведочногоМ., "Недра", 1972, с. 169 В 11 И.И.Рыбчи следо к га в ра по буре ая техни бурения в 1. 54)(57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕ)ИОВ БУРЕНИЯ, включающий измерение реимных параметров при бурении с поК АВТОРСКОМУ дачей верхнего конца бурильной колонны с последующим определением и поддержанием их оптимальных значений,отличающийся тем, что,с целью уменьшения вибрационных нагрузок,на породоразрушающий инструмент и бурильную колонну, дополнительно измеряют изменение нагрузкина породоразрушающий инструмент вовремени при бурении без подачи верхнего конца бурильной колонны, порезультатам измерений определяютобласти неустойчивого равновесияпродольной бармы изгиба нижней части бурильной колонны и регулируютрежимные параметры бурения вне областей неустойчивого равновесия продольной Формы изгиба нижней части бурильной колонны.Ф 11 чбчИзобретение относится к бурениюскважин и может быть использованопри разработке рациональных режимовбуренчя.Известен способ регулирования 5оптимальных режимой бурения путемизмерения крутящего момента и поддержания минимальной энергоемкостипроцесса разрушения Я ,Однако при этом нельзя выделить 10эоны неустойчивого равновесия продольной формы изгиба низа бурильнойколонны и бурение осуществляетсяв неоптимальном режиме, так какпроисходит преждевременный износ 15вооружения и опор породораэрушающего инструмента в результате вибраций. Кроме того на величину крутящего момента влияют другие факторы,как, например, силы трения буриль- д 0ной колонны о стенки скважины, наличие желобных выработок, которыетакже затрудняют процесс оптимизациирежимов буренин и при большой глубине и (или) при значительной кривизне 25скважины, когда указанные факторыоказывают решающее действие на вели.ину крутящего момента, данный способ оказывается неприменимым длярегулирования режимов бурения. 30Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ регулирования режимов бурения, включающий измерениережимных параметров при бурении сподачей верхнего конца бурильной ко- Злонны с последующим определениеми поддержанием их оптимальных эначений 2 .Известный способ также не позволяет выделять области режимных параметров, при которых имеет место неустойчивое равновесие продольнойформы изгиба низа бурильной колонны,сопровождаемое низкочастотными ивысокоамплитудными колебаниями низаколонны. Более того, механическаяскорость за небольшой контролируемый промежуток времени чаще всегооказывается выше при тех значениях режимных параметров, при которыхимеет место неустойчивое равновесиепродольной формы изгиба низа бурильной колонны. В результате задаетсянеоптимальный режим бурения, при котором происходит преждевременный износ вооружения и опор породоразрушающего инструмента в результатевибоаций, снижается средняя за долб 17ление механическая скорость и проходка на долото, а следовательно, и рейсовая скорость бурения, происходит преждевременный износ элементов бурильной колонны.Цель изобретения - уменьшение вибрационных нагрузок на породоразрушающий инструмент и бурильную колонну.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулирования режимов бурения, включающему измерение режимных параметров при бурении с подачей верхнего конца бурильной колонны с последующим определением и поддержанием их оптимальных значений, дополнительно измеряют изменение нагрузки на породораэрушающий инструмент во времени при бурении без подачи верхнего конца бурильной колонны, по результатам измерений определяют области неустойчивого равновесия продольной Формы изгиба нижней части бурильной колонны и регулируют режимные параметры бурения вне областей неустойчивого равновесия продольной формы изгиба нижней части бурильной колонны.На чертеже приведена зависимостьскорости измерения нагрузки на долото от величины нагрузки.Сущность способа заключается вследующем,При приложении нагрузки на породораэрушающий инструмент, превышающей значение критической нагрузки,низ бурильной колонны изгибается.Область изменения режимных параметров, при которых имеет место неусточчивая Форма равновесия изогнутого низа, зависит от жесткости низа бурильной колонны, пространственной траектории ствола скважины, производительности буровых насосов, свойствразбуриваемых пород и других факторов. Неравномерная подача бурильной колонны, изменение крутящего момента на долоте, пульсации буровогораствора в скважине - все это вызывает изменение упругого напряженного состояния и формы изогнутого низа с возникновением упругих колебаний, сопровождаемых низкочастотнымидинамическими вибрационными нагруз-.ками на породоразрушающий инструмент и бурильную колонну. В результате происходит более интенсивный иэнос вооружения (например, зубьев) и опор (например, подшипников) породоразрушающего инструмента, а также элементов бурильной колонны.При регулировании режимных параметров в интервале значений, при которых имеет место устойчивое положение продольной формы изогнутого низа бурильной колонны, действие указанных выше Факторов не приводит к изменению продольной формы изогнутого низа. Следовательно, будут отсутствовать динамические нагрузки, обусловленные изменением продольной Формы изогнутого низа.Согласно законам Гука при уменьшении или увеличении нагрузки на породораз 1 ушающий инструмент бурильная колонна изменяет длину, причем из - менение продольной деформации не - изогнутой части колонны прямо пропорционально изменению нагрузки. При приложении нагрузки на долото выше критической величины нижний участок колонны изгибается с образованием полуволны и к упругой линейной деФормации добавляется деформация, вызванная изгибом низа колонны.При бурении без подачи верхнего конца бурильной колонны (например, при заторможенном барабане лебедки) в процессе углубления скважины происходит снижение нагрузки на породораэруыающий инструмент во времени за счет перераспределения напряжений и деформаций в бурильной колонне и уменьшения длины сжатого участка низа, весом которого нагружаетсяпородоразрушающий инструмент. Припереходе значений нагрузки через область неустойчивого равновесия продольной Формы изогнутого низа темпснижения нагрузки на породоразруша -ющий инструмент замедляется, таккак в этом случае к упругой деформации неизогнутой части колонны добавляется деформация изогнутой частиколонны (изогнутый ниэ колонны выпрямляется), На кривой изменениянагрузки на породоразрушающий инструмент во времени переход через область неустойчивого равновесия продольной Формы изгиба будет отмечаться снижением темпа уменьшения нагрузки, После перехода через облгстьнеустойчивого равновесия продольнойформы изогнутого низа темп снижениянагрузки на породоразрушающий ин 5 10 75 20 25 30 35 40 45 50 55 струмент будет вновь пропорционален темпу углубления скважины.Совокупность отличий в предлагаемом способе дает возможность получить новые свойства объекта, а именно - выделять области ружимных параметров, при которых имеет место неустойчивое равновесие продольной формы изгиба нижней части бурильной колонны.Способ осуществляют следующим образом.Создают нагрузку на породораэрушающий инструмент путем разгрузки нижней части бурильной колонны на забой скважины, закрепляют верхний конец бурильной колонны, например, путем установкибарабана лебедки на тормоз и осуществляют бурение, измеряя при этом изменение нагрузки на породоразрушающий инструмент во времени, остальные параметры режима бурения при этом поддерживают постоянными. По результатам измерений определяют области изменения нагрузок, при которых имеет место неустойчивое равновесие продольной формы изгиба низа бурильной колонны. Указанные операции проводят в том диапазоне изменения других режимных параметров, в котором осуществляют их регулирование. Например, .если при роторном способе бурения оптимальный режим определяют при второй и третьей скоростях вращения привода лебедки, что соответствует скорости вращения долота примерно 70 об/мин и 140 об/мин, то измерения проводят при скоростях вращения ротора 70 об/мин и 140 обмин. Полученные интервалы нагрузок для указанных скоростей вращения, при которых имеет место неустойчивое равновесие продольной Формы изгиба низа бурильной колонны, выделяют как нерабочие области в оптимизационных зависимостях (кривых). Оптимизационные зависимости (кривые) получают известными методами, например, путем измерения механической скорости бурения при разных сочетаниях постоянных значений скорости вращения и нагрузки на породораэрушающий инструмент.Зависимость скорости измерения нагрузки на долото от величины нагрузки, построена по результатам измерений на сквгжине при бурении с заторможенным барабаном лебедки,Составитель В.И,Шиловедактор Е.Лушникова Техред З.ПалийКорректор И,Эрдейи 1330/24 Тираж 540 ВНИИПИ Государственног по делам изобретени 113035, Москва, Ж, Рауака Подписно комитета СССРи открытийкая наб., д. 4/5 иал ППП Патент , г, Ужгород, ул. Проектн скорость вращения ротора при этом составляла 70 об/мин (см,черт.). Интервалы нагрузок, при которых имеет место неустойчивое равновесие продольной формы изгиба нижней частибурильной колонны в области проведенных измерений, заштрихованы. В процессе бурения с заторможенным барабаном лебедки по гидравлическо. - му индикатору веса измеряют темп . уменьшения ве"а на крюке, а нагрузку на долото определяют как разность между полным и текущим весом на крю. ке,Способ можно применять как при роторном способе бурения, так и 5 при бурении с применением забойных двигателеи.Применение предлагаемого спосо ба позволит повысить рейсовую ско рость бурения, а также увеличитьдолговечность элементов бурильной колонны,