Способ колонкового бурения

)з Е 21 В 7/ АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬС КОВОГО БУРЕНИЯтносится к бурениювышение эффективнопредотвращения само(54) СПОСОБ КОЛО (57) Изобретение скважин, Цель - и сти бурения за сче ро- коно об к го спо е эффекращения их колоповышени м предотв ых труб и следуоразведочтся гладко- ТНПНС нта, осевой , При этом сти и прильтате сил ожения кочА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Московский геологоразведочный институт им, Серго Орджоникидзе(56) Авторское свидетельство СССРВ 825839, кл, Е 21 В 17/ОО, 1981.Логвинов Л,А. и др.Гладкоствольнаябурильная колонна с предварительнонапряженными соединениями. ПроспектВДНХ УССР, Киев, 1985,Изобретение относитсямышленности, в частности клонкового бурения,Цель изобретения -тивности бурения путесаморазворота бурильннок.Сущность способа заключаетющем.В процессе бурения геологных скважин широко используюствольные бурильные трубы СБдля передачи вращающего моменагрузки и промывочного агентапроисходит потеря их устойчивожатие к стенке скважины. В резутрения и потери устойчивого пол разворота 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 выражению в = чА/б 2/2 - б 1/2(0 - б 2/О - б 1)с , где чА - скорость вращения центра скоростей, м/с; в - частота вращения бурильных труб, с; б 2 - диаметр ниппеля замка бурильных труб, м; б 1 - диаметр бурильных труб, м; О - 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. лонна 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 сть вращения центра скоростей,нои против врвание колонн нке скважи в - частота вращения бурильных труб,й - диаметр ниппеля замка бурильныхтруб, м;о 1- диаметр бурильных труб, м, 5О - диаметр ствола скважины, м,а скорость мгновенного центра скоростей вточке касания бурильной трубы со стенкойскважины задают выше нуля,В результате указанных условий становится возможным повысить эффективностьбурения,На фиг,1 изображено соединение бурильных труб; на фиг,2, 3 - сечение А-А нафиг.1; на фиг,4 - расчетная схемана фиг.5 - 15сечение Ь - Б на фиг.4,Схема содеркит скважину 1, размещенные в ней бурильные трубы 2, соединениебурильных труб 3 (замок), содержащее муфту 4 и ниппель 5 с конусной б и ленточной 7 20резьбами с выступающей кромкой 8 на конце соединения, Бурильные трубы 2 на своихконцах содержат внутренние ленточныерезьбы 9 с конусной проточкой 10 в зарезьбованной части трубы 2, 25Бурение скважины, согласно предлагаемому способу, осуществляют следующимобразом.Производят спуск бурового снаряжения, состоящего из колонкового набора (не 30показан), бурильных труб 2 с резьбовымисоединениями 3 в скважину 1, Через бурильные трубы 2 на колонковый набор передают крутящий момент, осевую нагрузку,промывочный агент и осуществляют процесс бурения нэ высоких частотах вращения. При атом происходит потеря ихустойчивости и прижатие к стенке скважины1. За счет сил трения и потери устойчивогоположения колонна бурильных труб 2 входит в режим обратной прецессии. При такомрежиме вращения в скважинах 1 с повышенной разработкой ствола возможен саморазворот бурильных труб 2 в резьбовыхсоединениях 3, 45Рассмотрим причину саморазворотагруб 2. Причиной саморазворота являетсякачение и разница в геометрических соотношениях в системе колонна - скважина,Рассмотрим вращение бурильных труб 502 в скважине 1, причем диаметры ствола всечениях 1 - 1 и 2-2 неодинаковы. Предположим, что в сечении 1-1 колонна труб 2 вошлав режим чистого качения, т,е. точка А является мгновенным центром скоростей и выполнено соотношение: где ап 1 - частота вращения центра бурильной трубы относительно центра оси скважины;и - частота вращения бурильных труб, б - диаметр гладкоствольных бурильных труб;01 - диаметр ствола скважины в сечении 1- 1,В сечении 2 - 2 движение колонны вызвано движением участка в сечении 1-1, т,е,а = В 1 = В; а 2 = - аО - ОТогда скорость точки А чд - точки касания сечения со стенкой скважины) равна о б О - бчу=И -- м 2 01 - б 2 а частота вращения бурильных труб в процессе бурения определяется из следующеговыражения,О - бЕсли1, то направление векто 01 - бра скорости совпадает с направлением вращения и соответствующей силы трения - против вращения. Это приводит к дозатягиванию резьбовых соединений.Если 0201, 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 колонны, Представим, что диаметр колонн о 1 и о 2, причем йд 1, а О, = О = =сопзт, Представим, что участок труб диаметром б 1 находится в режиме прецессии, тогда б 1 О - б 1 1 корость в точке касания участка 02 ратруб 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 5 наружная поверхность с выступающей круговой кромкой 8.На внутренней поверхности бурильной трубы 2 выполнена резьба с конусной проточкой 9 в зарезьбовой части. В процессе 10 свинчивания кромка 8 входит в контакт с поверхностью конического пояска. Вследствие имеющейся разницы диаметров и малой первоначальной площади контакта происходит взаимное смятие контактирую щих поверхностей, За счет смятия компенсируются имеющиеся отклонения от номинала диаметров выступов 8 и конусной проточки 9.В процессе бурения колонна труб 2 под вергается 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 кониче ским пояскам и в торцовых упорах ослабленные резьбами участки 2 воспринимают динамические нагрузки совместно, поэтому напряжения в них меньше, чем обусловливает повышение долговечности и ЗО прочности соединения, Даже незначительный разворот резьб в соединениях труб 2 при высоких частотах вращения приводит к их поломке, Поэтому использование в трубах СБТНпредварительно напря женных соединений теряет всякий смысл (особенно в борьбе с саморазворотом и поломками резьбовых соединений),Для повышения эффективности бурения требуется соблюдение следующих усло вий;значение частоты вращения бурильных труб в процессе бурения скважин определяют иэ следующего выражения;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 набора, подачу промывочной жидкости и бурение сква. жины, включающее приложение осевой нагрузки и вращающего момента к колочковомунабору, отл и чающий ся тем, что, с целью повышения эффективносги бурения за счет предотвращения саморазворота бурильных труб и их поломок, частоту с) вращения бурильных труб в процессе бурения поддерживают согласно выражению где ю - скорость вращения центра скоростей, м/с;й - диаметр ниппсля замка бурильных труб, м:, б 1 - диаметр бурильных труб, м; О - диаметр ствола скважины, м, а скорость мгновенного центра скоростей в точке касания бурильной трубы со стенкой скважины задают выше нуля, 1680919,1680919 едактор Л, Лисина Р д Р Корректор М. Кучерявая м при ГКНТ СССР изводственно Заказ 3 ВН3ПИ Госу Составитель М. НесновТех е М.Мо гентал Тираж Подписноетвенного комитета по изобретениям и откры 113035, Москва,Ж, Рауаская наб 4/5 льский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, агарина, 1