что такое отработка долот
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Рациональная отработка долот невозможна, если нет критериев для определения времени, когда необходимо сменить долото. [2]
Первоначально момент рациональной отработки долот предполагалось определять по максимальной величине произведения текущей механической скорости на продолжительность работы долота ( vaT), однако при отработке первых же долот выяснилось, что этот способ не имеет никаких преимуществ перед способом определения рациональной отработки долот по резкому падению механической скорости, который более удобен и прост. [4]
Известна методика рациональной отработки долот в однородных породах при постоянных режимных параметрах по изменению средней механической vc и мгновенной механической скоростей VMT, которые обусловлены износом долота. [5]
Мероприятия по рациональной отработке долот начинаются с момента поступления с завода-изготовителя и заканчиваются осмотром состояния и описанием по коду износа долот. На долотной базе проводится осмотр и обмер долот и составляется ведомость результатов. В соответствии с заявкой технологической службы УБР ( управления буровых работ) готовится комплект долот на всю скважину, который доставляется на буровую вместе с паспортами и ведомостью осмотра. [7]
Такое многообразие критериев в рациональной отработке долот указывает на большие трудности в учете факторов, влияющих на работу долота. [8]
Дляобобщения рассмотренных выше экспериментальных данных и разработки пекомендаций по проектирование и рациональной отработке долот РОД с левоспиральных выпукло-ступенчатым размеие нием вооружения определены основные критерии подобия. [10]
Для создания забойного двигателя с требуемой энергетической характеристикой, проектирования оптимального режима бурения скважин, а также рациональной отработки долот важное значение имеет установление закономерностей изменения необходимого вращающего момента и мощности на долоте в процессе бурения скважин. [11]
Первоначально момент рациональной отработки долот предполагалось определять по максимальной величине произведения текущей механической скорости на продолжительность работы долота ( vaT), однако при отработке первых же долот выяснилось, что этот способ не имеет никаких преимуществ перед способом определения рациональной отработки долот по резкому падению механической скорости, который более удобен и прост. [14]
Рациональная отработка долот
В процессе углубки скважины происходит постоянный износ вооружения долота, а для шарошечных долот и опоры, что приводит к снижению механической скорости бурения.
Для того, чтобы не происходило чрезмерного износа долота и его поломки, т.е. аварии, необходимо вовремя произвести подъем и смену породоразрушающего инструмента.
В то же время, если долото не выработало свой ресурс, и произведена его замена, то возрастают затраты времени на спуско-подъемные операции, и, как следствие, себестоимость метра скважины. Для определения рационального времени работы долота на забое разработано достаточно много критериев. К их числу относятся:
• достижение максимума рейсовой скорости бурения;
• равенство механической и рейсовой скорости бурения;
• темп падения мгновенной механической скорости бурения;
• по достижению минимума стоимости метра скважины;
• максимум произведения проходки на долото на механическую скорость бурения;
• достижение максимума произведения текущей механической скорости на время от начала рейса.
В первом случае через равные промежутки времени, например, 15 минут определяется величина рейсовой скорости Vpi от начала процесса бурения, и как только она начинает снижаться, производится подъем инструмента. Расчет ведется по формуле
, (5.1)
где h – проходка на долото от начала рейса;
tб – общее время бурения;
tсп – нормативные затраты времени на спуско- подъемные операции;
tп – нормативные затраты времени на подготовительно- заключительные операции.
Исследуя равенство (5.1) на экстремум, т.е. взяв первую производную и приравняв ее к 0, можно показать, что
, (5.2)
следовательно долото нужно отрабатывать до тех пор, пока не сравняются рейсовая и механическая скорость бурения.
При использовании третьего критерия (по темпу падения механической скорости бурения) оптимальное время бурения tб определяется по формуле
, (5.3)
где Кизн – коэффициент интенсивности износа вооружения
, (5.4)
При использовании в качестве критерия минимума стоимости метра скважины ведутся расчеты по формуле (3.3) и отыскивается минимум этой функции.
Другие критерии рациональной отработки долот используются сравнительно редко.
Следует отметить, что все перечисленные выше критерии относятся к вооружению долота. Для шарошечных долот зачастую раньше изнашиваются опоры, что приводит к заклиниванию шарошек. В этом случае при роторном бурении резко (в 2-3 раза) повышается крутящий момент на роторе, возрастает ток в цепи электродвигателя, а при бурении с помощью гидравлических забойных двигателей – существенно снижается механическая скорость бурения. При появлении этих признаков следует произвести подъем инструмента. Рациональным износом шарошечных долот считается ВЗПЗ по классификатору износа.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Эффективность отработки долот непосредственно связана с уровнем механической скорости бурения, буримостью горных пород, зависящих ( при прочих равных условиях) от осевой нагрузки на долото и частоты его вращения. Высокая энерговооруженность современных буровых установок позволяет существенно форсировать режимы бурения и, тем самым, повышать эффективность процесса разрушения горных пород. Технические факторы, ограничивающие эту возможность, связаны с недостаточными эксплуатационными характеристиками бурильных колонн, забойных двигателей и породоразрушающих инструментов. Применительно к шарошечным долотам одним из факторов, ограничивающих их восприимчивость к осевым нагрузкам и частоте вращения, считаются неудовлетворительные трибо-технические показатели смазочных материалов, которые используют для заправки опор. Создание рецептур смазочных материалов, обладающих высокими триботехническими свойствами при существующем диапазоне изменения указанных энергетических параметров и их форсировании, входит в круг актуальных задач буровой технологии. [1]
Эффективность отработки долот непосредственно связана с уровнем механической скорости бурения, буримостью горных пород, зависящих ( при прочих равных условиях) от осевой нагрузки на долото и частоты его вращения. Высокая энерговооруженность современных буровых установок позволяет существенно форсировать режимы бурения и тем самым повысить эффективность процесса разрушения горных пород. Технические факторы, ограничивающие эту возможность, связаны с недостаточными эксплуатационными характеристиками бурильных колонн, забойных двигателей и породоразрушающих инструментов. [2]
Для получения высоких технико-экономических показателей работы долота важную роль играет правильное определение вре мени, когда бурение становится неэффективным или может привести к аварии. Повышение эффективности отработки долот в глубоком бурении путем выбора параметров режима бурения и подачи долота и времени пребывания его на забое позволяет сократить расход долот, продолжительность спуско-подъемных операций, подготовительно-заключительных и вспомогательных работ; позволяет также предупредить аварии, связанные с оставлением шарошек на забое и, как следствие, увеличить темпы проходки скважин. [4]
В турбинном бурении рациональное соотношение между Рд, л и О часто не соответствует оптимальному режиму работы турбобура. Нередко наиболее высокие показатели эффективности отработки долот получают при работе турбобура в области тормозных режимов. [5]
В турбинном бурении часто рациональное соотношение между Рд, п к Q не соответствует оптимальному режиму работы турбобура. Нередко наиболее высокие показатели эффективности отработки долот получают при работе турбобура в области тормозных режимов. [6]
Столь же эффективно применение электробуров и в других нефтяных районах страны, особенно во время бурения скважин при осложненных геолого-технических и гидротермобарических условиях, когда технико-экономические показатели применения основных способов ( турбинного либо роторного) бурения оказываются относительно низкими. Таким образом, использование электробуров обеспечивает повышение эффективности отработки долот при относительно более высоких скоростных показателях проходки, а также дает возможность достижения высокой точности оперативного регулирования пространственного расположения стволов наклонно-направленных скважин, что представляется чрезвычайно важным с точки зрения возможности применения электробурения при массовом строительстве наклонных добывающих скважин в Западной Сибири. [8]
Поскольку опора долота конструктивно объединяет в себе несколько различных подшипников, то очевидно, что интенсивности их изнашивания взаимосвязаны и считаются функцией как внешних условий ( энергия, охлаждение, смазка), так и состояния ( работоспособности) каждого из них. Для повышения эффективности использования физикохимии смазочного действия буровых сред важными являются вопросы технологии применения смазочных добавок к промывочным жидкостям, смазочных материалов в опорах шарошечных долот. Повышение их долговечности снижением осевой нагрузки на долото или частоты вращения может привести к уменьшению рейсовой скорости бурения. К снижению эффективности отработки долот может привести и повышение названных параметров режима бурения. Поэтому при использовании для промывки растворов с улучшенными трибо-техническими свойствами смазок в опорах долот особую актуальность приобретает одна из основных задач технологии проводки скважин: поиск оптимального сочетания параметров режима бурения. В то же время эффективность использования смазочного действия сред в бурении скважин тесно связана с задачей повышения качества выработки ресурса долот, своевременностью их подъема с забоя. [10]
Что такое отработка долот
Струговец Е.Т., Лугуманов М.Г.
Сопоставление гидравлической нагрузки на опору забойного двигателя с осевой нагрузкой на долото позволяет оптимизировать режим бурения по данным ГТИ.
Оптимальная отработка долот является одной из задач геолого-технологических исследований ГТИ и включает следующие подзадачи:
Настоящая статья посвящена поиску Wопт в условиях турбинного способа бурения.
Бурение осуществляется по рациональному или нерациональному режиму, который запроектирован заранее и не зависит от службы ГТИ.
Рациональный режим характеризуется правильным выбором типа и секционности турбобура и типа долота с учетом свойств горных пород и особенностей геологического разреза. Указаны технологически обоснованные расходы промывочной жидкости с учетом характеристики турбины, конструкции осевой опоры двигателя и моментоемкости бурения. Ориентировочно даны пределы изменения нагрузок на долото и диаметры насадок для максимальной реализации гидромониторного эффекта.
Поскольку при турбинном бурении любые изменения режимных параметров – нагрузки на долото и частоты его вращения – возможны только в пределах линии моментов М–n двигателя, очевидна определяющая роль этой линии. Как было показано 3, положение линии М–n определяется не только характеристикой турбины, но и моментоемкостью бурения и соотношением гидравлической нагрузки «сверху-вниз» от перепадов давления в турбине и долоте с осевой нагрузкой на долото W.
При нерациональных режимах параметры устанавливаются произвольно, без строгого учета взаимовлияния, которое характерно для турбинного бурения.
Однако при любом бурении – рациональном или нерациональном – существуют свои оптимальные нагрузки, обеспечивающие максимальные показатели работы долот, причем поиск их осуществляется одинаково. В условиях бурения забойными двигателями, имеющими осевые опоры, производится поиск критического значения нагрузки на долото, при котором наблюдаются резонансные явления. При этой нагрузке бурение сопровождается сильной вибрацией инструмента, и данный режим является наиболее неблагоприятным и разрушительным для долота. Однако вблизи этой нагрузки находится оптимальная нагрузка Wопт, обеспечивающая максимальную механическую скорость бурения и проходку на долото. Этот «парадоксальный» способ хорошо известен опытным бурильщикам, которые в определенных условиях (при разбуривании прочных пород на сравнительно небольших глубинах) оперативно и надежно находят Wопт.
Сущность способа состоит в том, что при равенстве гидравлической нагрузки с осевой нагрузкой на долото, происходит полная разгрузка опоры двигателя и возникает вибрация. Этот режим бурения наиболее опасен для долота, так как приводит к ускоренному разрушению. Однако небольшой уход от этой нагрузки (на 1-2 т) совпадает с зонами Wопт. Вибрации исчезают, а потери вращающего момента в опоре не велики. На рис. 1 показаны линии моментов турбобура (линия 2) и его турбины (линия 1). Линия 2 наглядно иллюстрирует способ поиска Wопт. Критическая точка С соответствует полной разгрузке опоры, а заштрихованная часть – зона повышенной вибрации. Эту зону найти легче, чем Wопт. В этом и состоит сущность поиска Wопт. Обычно от точки С осуществляется уход к точке А – Wопт1 посредством небольшого увеличения нагрузки. Для устойчивой работы долота необходим «запас» вращающего момента D М, величина которого достаточно велика (для турбобуров диаметром 195 мм и долот 215,9 мм D М – не менее 300 Нм). Объясняется это тем, что момент инерции вращающихся масс деталей двигателя и долота мал по сравнению с моментоемкостью бурения. Как следствие, трудноконтролируемые и вполне вероятные изменения М способны за десятые и даже сотые доли секунды [3] изменить частоту вращения от разгона nр до полного торможения двигателя.
С – критическая точка (вибрация инструмента);
А – граница первой оптимальной нагрузки Wопт1;
В – граница второй оптимальной нагрузки Wопт2;
nр – разгонная частота вращения;
nх –частота холостого вращения турбины;
D М – «запас» момента для устойчивой работы долота.
Хорошо известны преимущества бурения при высоких нагрузках на долото, но в пределах допустимого Wдоп, особенно для долот с вставными зубками. Поэтому одна из задач проектирования оптимальной отработки долот состоит в том, чтобы гидравлическая нагрузка Wг, фактическая нагрузка Wопт и допустимая Wдоп были примерно равны. Однако в реальных условиях бурения редко устанавливается такой режим. Как правило, гидравлическая нагрузка не контролируется.
Рассмотрим возможные варианты отработки долот и действия оператора ГТИ по корректировке режима бурения.
1. Бурение осуществляется при нагрузке W, которая меньше допустимых Wдоп для применяемого типа долота. Попытки увеличить W приводят к неустойчивой работе двигателя, очевиден недостаток вращающего момента. В этом случае необходимо рекомендовать увеличение расхода бурового раствора Q.
2. Бурение осуществляется при нагрузке, которая равна допустимой и двигатель работает устойчиво, однако эта нагрузка существенно (более 3-4 т) превышает гидравлическую. Необходимо рекомендовать на очередном долблении уменьшить суммарную площадь истечения насадок долота. Реализация этой рекомендации улучшит отработку долот не только за счет гидромониторного эффекта, но и «улучшения» линии моментов М–n двигателя: увеличения М и уменьшения частоты холостого вращения долота nр.
3. Бурение осуществляется при W = Wдоп, но гидравлическая нагрузка больше нагрузки на долото. Этот вариант проявляется при чрезмерном «увлечении» гидромониторным эффектом и переоценкой его значения. При очень больших Wг двигатель, как правило, плохо запускается в работу и оператор ГТИ должен рекомендовать увеличить диаметр насадок.
Рис. 2. Гидравлическая нагрузка на осевую опору турбобура от перепада давления в турбине: 1, 2, 3 – турбины.
Нередко по виду кривой разгрузки веса на крюке при заторможенном вале лебедки пытаются найти Wопт, полагая, что темп разгрузки соответствует мгновенной механической скорости бурения [4]. Типичный вид диаграммы веса на крюке показан на рис. 4. Наблюдаются две области разгрузки :
при больших нагрузках, характеризуется медленной разгрузкой и большой скоростью углубления долота;
при малых нагрузках, полная противоположность.
Такой вид диаграммы объясняется тем, что бурильная колонна не является пружиной с жесткой характеристикой «нагрузка-деформация». Вполне очевидно, что при малых нагрузках колонна устойчива и мало реагирует на ее величину, а при больших сжимающих нагрузках теряет устойчивость и сильно сокращается ее длина за счет изгиба колонны.
Рис. 3. Гидравлическая нагрузка на осевую опору турбобура от перепада давления в насадках долота при различных расходах Q.
Исследования зависимости механической скорости от нагрузки на долото W, выполненные при турбинном бурении в Западной Сибири, однозначно свидетельствуют о интенсивном росте скорости по мере увеличения W вплоть до остановки двигателя из-за его торможения.
Оптимальная отработка долота осуществляется в зоне I (рис. 4), если при этом не пересекается критическая точка С полной разгрузки осевой опоры.
Рис. 4. Вид диаграммы изменений W:
I – зона высоких нагрузок;
II – зона малых нагрузок.
1. По оперативной оценке гидравлической нагрузки на опору двигателя от перепадов давления в турбине и долоте и сопоставлении ее с осевой нагрузкой на долото имеется возможность корректировать режим бурения в рамках контроля ГТИ.
2. Для оперативного поиска оптимальной нагрузки на долото в информационно-измерительный комплекс ГТИ должно быть дополнительно включено измерение вибрации инструмента, так как другие параметры для решения этой задачи малоинформативны.
НТВ «Каротажник». 2005. Вып. 5-6, с. 107-113
Рациональная отработка долот.
Долота рационально отрабатывают (по В.С. Федорову) в том случае, если бурят при оптимальном сочетании параметров режима бурения и минимальных значениях (Рдmax — Рдmin)/Рд.ср и (nmах — nmin)/пср. Продолжительность работы долот выбирают из расчета получения максимальной рейсовой скорости проходки или максимальной стойкости опор долота. Если хотя бы одно из этих условий не соблюдают, то нельзя считать, что долота отрабатывают рационально.
В результате опытов установлено, что если какой-нибудь параметр режима бурения увеличивается, а другие остаются постоянными или изменяются, не обеспечивая оптимального сочетания между параметрами, то при этом чаще всего темп углубления скважины снижается. А если и происходит некоторое увеличение показателей бурения, то сравнительно небольшое. При таких условиях отработка долот не может быть рациональной.
Так как параметры режима бурения п, Рд и О оказывают различное влияние на механическую скорость проходки и износостойкость долота, то оптимальное соотношение между ними отвечает наиболее высокой рейсовой скорости проходки, т.е. наивыгоднейшие значения п, Рд и О можно определить из системы уравнений
если при этом будут выполнены соответствующие требования ко вторым производным.
В турбинном бурении рациональное соотношение между Рд, п и О часто не соответствует оптимальному режиму работы турбобура. Нередко наиболее высокие показатели эффективности отработки долот получают при работе турбобура в области тормозных режимов.
Если в процессе бурения контролировать только осевую нагрузку, то частота вращения долота может колебаться до +300 мин-1. Такие колебания п объясняются рядом причин, но главнейшая из них — неравномерность подачи долота (бурильной колонны).
Так как в турбинном бурении Q = const и частота вращения долота п = ф(Рд), естественно, что при изменении Рд обязательно будет изменяться и п, причем абсолютное значение колебания будет зависеть от коэффициента К (сброса на 0,01 МН нагрузки).
Опыты показали, что во всех случаях, когда долото подается неравномерно, происходят колебания п, в результате чего эффективность работы долота снижается на 15 —25 % и более.
Ориентируясь на рациональную отработку долот, нужно добиваться равномерной подачи бурильной колонны, чтобы колебания п не превышали 80 ìèí–1.
Чтобы достичь равномерной подачи, следует применять регуляторы подачи долота. Но вследствие наличия неровностей на забое скважин и
некоторого скольжения шарошек сопротивления, встречаемые долотом, постоянно изменяются, а при этом изменяется и п. Турбинное бурение всегда ведется с некоторым колебанием п, если даже при бурении Рд = = const и Q = ñonst.
Рациональная отработка долот невозможна, если нет критериев для определения времени, когда необходимо сменить долото.
Многолетний производственный опыт показывает, что у шарошечных долот наиболее изнашиваются два узла: опоры и рабочая поверхность. Применяемые долота делят на две группы: у одних Тf « Тz, у других Тf » Тz, где Тf и Тz — износостойкость соответственно опор и рабочей поверхности долот. Очевидно, в зависимости от соотношения между Тf и Тz метод определения продолжительности эффективной работы долота на забое должен быть различный.
Если Тf « Тz, то в процессе бурения еще задолго до начала изнашивания рабочей поверхности при высокой механической скорости проходки наблюдается расстройство опор долота: нарушается плавное качение роликов в большом подшипнике, происходит заклинивание роликов, прекращается вращение шарошек, создаются значительные сопротивления вращению долота.
В роторном бурении периодически (в момент заклинивания шарошки) резко увеличивается мощность, требуемая на бурение.
В турбинном бурении при нарушении качения роликов в подшипнике долота приемистость турбобура относительно осевой нагрузки уменьшается. Турбобур начинает останавливаться при осевой нагрузке Рд, меньшей, причем иногда значительно меньшей, чем начальная Рд. нач. Если бурят при параметрах, соответствующих области тормозных режимов работы турбобура, то указанное явление может быть выражено более резко.
Если начинают нарушаться плавность качения опорных элементов долота, происходить заклинивание шарошек, то может произойти разрушение долота. Заметив это, бурильщик должен прекратить бурение и поднять долото для его замены.
Если для разбуривания нефтяного и газового месторождения длительное время применяют долота одного типа, то на основании статистических материалов для них можно установить время Г, в течение которого наступает расстройство опор; это будет рациональное время эффективной работы долота на забое Гр. После того как долото проработало на забое время Гр = Г, его необходимо поднять, если даже при этом еще сравнительно высока механическая скорость проходки.
Если рабочая поверхность изнашивается быстрее опор (Тz «Тf или Тz »Тf ), то время эффективной работы долота на забое следует определять из условия изнашивания его рабочей поверхности. Многочисленные исследования показали, что при этом наиболее правильно Гр определять из условия максимума рейсовой скорости проходки ур. При этом можно применять приближенное выражение
Исследуя функцию на максимум, получаем при 
Следовательно, с технической точки зрения долото на забое следует использовать до тех пор, пока механическая скорость проходки, уменьшаясь, не станет равной рейсовой скорости походки. Это и будет рациональное время эффективной работы долота на забое Тр.
В этом случае при определении времени подъема долота можно руководствоваться механической скоростью проходки. Долото нужно поднимать после того, как механическая скорость проходки, уменьшаясь с течением времени, достигнет значения
где Vм.ср — средняя механическая скорость проходки, м/ч; к0 — коэффициент, определяемый опытным путем.
Значение к0 зависит от соотношения между tб и tсп + tб и удовлетворяет условию 0 Поделись с друзьями