книги / Оптимизация режимов бурения гидромониторными шарошечными долотами

1, НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ. СОПРОВОЖДАЮЩИХ РАБОТУ ДОЛОТА НА ЗАБОЕ СКВАЖИНЫ

Рис. 2.2.3. Диаграмма бурения, полученная на основании обработки данных стендового бурения известняка в атмосферных усло­ виях долотом 4В-140С с промывкой.

Результаты стендового бурения (с имитацией и без имитации “за­ бойных” условий), как известно, обладают наибольшей достоверностью в силу контролируемой однородности пород и высокой точности измерения параметров режима бурения. Несколько меньшую достоверность имеют результаты промышленного бурения, особенно в глубоких скважинах. М.Г Абрамсон и др. [2, 3] провели цикл исследований в реальных условиях бу­ рения взрывных скважин в карьере месторождения лезниковского гранита. Опытное бурение отличалось достаточно высокой однородностью пород и осуществлялось практически в атмосферных условиях с промывкой сква­ жин водой. Каждая опытная точка представляла результат одного рейса. Результаты исследований были подвергнуты переработке с целью по­ строения диаграмм бурения. Удалось построить 5 диаграмм бурения раз­ личными типоразмерами долот. В табл. 2.2.1 приведена сводка параметров этих диаграмм.

Из анализа данных табл. 2.2.1 следует, что: - во всех случаях g„ не зависит от я;

61

2НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ, СОПРОВОЖДАЮЩИХ РАБОТУ ДОЛОТА НА ЗАБОЕ СКВАЖИНЫ

-на 3-х диаграммах из 5-ти параметры диаграммы бурения не за­ висят от и в пределах изменения последнего от 67 до 346; на 2-х

других отмечено уменьшение К, и (или) К при переходе на

п =346;

-отношение m=Kv/ К, , как правило, близко к 2,5 и имеет тенден­ цию к уменьшению по мере увеличения п.

Результаты анализа, как видно, не противоречат выводам, получен­ ным на основе предыдущих исследований.

На рис. 2.2.5...2.2.11 показаны примеры диаграмм бурения, получен­ ных в промысловых условиях. На диаграммах указаны величины угловых

удельная нагрузка на долото, кН/мм

Рис. 2.2.4. Диаграмма бурения, полученная на основании обработки дан­ ных стендового бурения диорита в атмосферных условиях долотом 4В-140С с промывкой скважины водой (опыты А.В. Зубарева и др.)

коэффициентов и значения т= К, / К , .

В табл. 2.2.2 приведены результаты анализа 190 диаграмм бурения, построенных по данным тестовых исследований режима бурения при про­ водке опорно-технологических скважин (ОТС) в различных районах Евро­ пейской части России (Волгоградская область, Республика Коми, Ставро­ польский край), из которых 113 получены Осиповым П.Ф. или при его не­ посредственном участии (площади Кудиновская, Воет. Возейю, Воет. Уса). Остальные 77 диаграмм бурения, построены по материалам бурения ОТС в

62

2- НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ, СОПРОВОЖДАЮЩИХ РАБОТУ ДОЛОТА НА ЗАБОЕ СКВАЖИНЫ

Ставропольском крае (площади Зимняя Ставка, Правобережная и Планленская), любезно предоставленным В.Д. Кокаревым.

Все скважины были оснащены специальными контрольно­ измерительными приборами для измерения и регистрации параметров ре­ жима бурения и проходки. В интервалах бурения, где проводились иссле­ дования, не было пластов с АВПД.

удельная осевая нагрузка, кН/мм

Рис. 2.2.5. Диаграмма бурения (скв. 31-Восточная Возейю; интервал опытного бурения 1590-1594 м; долото 295,3 М-ГВ; п = 70м ин')

Из 190 диаграмм 128 (67,4 %) представлены только ЛПР, что характер­

но для всех площадей. И только 21,6 % диаграмм содержат ЛОР, при этом

ЛПР не всегда подтверждены опытными точками (исследования начина­

лись с достаточно высоких осевых нагрузок на долото, иначе говоря, за

пределами ЛПР), что часто затрудняло более точное определение отноше­

ния К„/ Кл. В 11 % случаев не удалось расшифровать результаты исследо­

ваний по причине чрезмерного разброса опытных точек вследствие влия­

ния изменчивости пород на коротких интервалах тестового бурения и ис­

кажающего влияния волновых процессов в бурильной колонне. Наконец,

на 59 диаграммах из 190 (31,1 %) установлено образование псевдо-ЛОР.

Этот вариант диаграммы бурения требует специального обсуждения, что

будет сделано несколько позднее.

63

2.НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ. СОПРОВОЖДАЮЩИХ РАБОТУ ДОЛОТА НА ЗАБОЕ СКВАЖИНЫ

Таблица 2.2.1

Результаты обработки результатов опытного бурения взрывных скважин на месторождении лезниковского гранита

(данные М.Г. Абрамсона и др.)

В последних 4-х графах табл. 2.2.2 приведены зафиксированные диапа­ зоны изменения К„, дшах в случае ЛПР, К, и т . Анализ изменения указан­ ных параметров диаграммы бурения на различных глубинах и условиях бурения позволил установить, что:

-в подавляющем большинстве случаев на линии поверхностного

разрушения SWILX не превышало 0,7...0,9 мм, а чаще всего - 0,6...0,7 мм; величина т=Кх/К,- изменяется чаще всего в пределах 1,6...2,3.

64

1 . НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ, СОПРОВОЖДАЮЩИХ ГАВОТУ ДОЛОТА НА ЗАБОЕ СКВАЖИНЫ

проходка долота за оборот, мм

проходка за оборот, мм

65

2.НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ. СОПРОВОЖДАЮЩИХ РАБОТУ ДОЛОТА НА ЗАБОЕ СКВАЖИНЫ

экспериментально (рис. 2.2.6А, 2.2.8, 2.2.9), всегда отличалось тем, что с увеличением скорости вращения долота значения Ks и АГ, уменьшались, но при этом величина g„ оставалась почти всегда неизменной.

В отличие от стендового бурения (рис. 2.1.4...2.1.8, 2.2.3, табл. 2.2.1) изменение п в промысловых условиях всегда сопровождается изменением величин К< и К, , если п > 20...30 мин'1 (рис. 2.2.9). Это обстоятельство снова подводит к выводу, что существует некоторая критическая величина и что влияние п на положение ЛПР и ЛОР имеет место только при « >

пк;Р . При бурении в атмосферных условиях или на небольших глубинах и малых дифференциальных давлениях пкр может достигать сотен об/мин (рис. 2.1.4, 2.1.5).

Увеличение глубины скважины и дифференциального давления рАиф

сопровождается уменьшением пкр. Для проницаемых пород величина нкр, вероятнее всего, больше, чем для непроницаемых. Таким образом, пкр яв­ ляется. наряду с Ks , К, и g„ , одной из характеристик породы. И еще один важный вывод: существование ;гкр дает веские основания на поиск и обна­ ружение универсального решения в отношении количественного влияния а на положение ЛПР и ЛОР на диаграмме бурения.

Выше было отмечено, что в 3 1 % случаев (табл. 2.2.2) на диаграммах образовались псевдо-ЛОР. Внешне они похожи на “нормальные” ЛОР (от­ секают положительный отрезок от оси нагрузок). Примером такой диа-

6 6

2.НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕ1ИРОВЛНИЯ ПРОЦЕССОВ, СОПРОВОЖДАЮЩИХ ГАВОТУ ДОЛОТА ИА ЗАБОЕ СКВАЖИНЫ

граммы является диаграмма на рис. 2.2.6Б, которая количественно описы­ вает случай, когда при g„ K„ < 0,5 кН/мм порода на забое практически не разрушается. Все обнаруженные в промысловых условиях диаграммы с псевдо-ЛОР характеризуются низкими значениями S (как правило, меньше 0,5 мм при g > 0,7 кН/мм) и аномально большими К, к„(рис. 2.2.7). В неко­ торых особо тщательно проведенных экспериментах псевдо-ЛОР предше­ ствует псевдо-ЛПР, которая внешне похожа на обычную ЛПР, но имеет чрезвычайно малую величину KSKe, в результате чего отношение этих ко­ эффициентов К1Ке / К ,ы получается также аномально большим, иногда бо­ лее 10, что, кстати, является одним из признаков псевдо-диаграммы. Па­ раметр m является не мерой прочности породы, а началом перехода на истинную ЛПР, которая, строго говоря, как показал на типовом графике зависимости vM(G) еще В.С. Федоров, а затем и Бингхэм М.Г., начинается не из начала координат, а только после достижения некоторой нагрузки. Диаграмма бурения на рис. 2.2.6А может также служить иллюстрацией к изложенному с той лишь разницей, что g„ „ , по-видимому, мало и близко к

может быть обнаружена и в стендовых условиях. На рис. 2.2.4 показана диаграмма, которая построена после обработки опытных данных А.В. Зу­ барева и др. [52], полученных ими при бурении на стенде образца диорита, имеющего твердость по штампу 4900 МПа. На данной диаграмме невоз­ можно определить точное положение даже ЛПР, не говоря уже о ЛОР (все опытные точки явным образом лежат на элементах “псевдо-диаграммы").

На любой диаграмме бурения, таким образом, область поверхностного режима разрушения состоит из двух частей: начальной, которая в даль­ нейшем будет называться областью псевдо-диаграммы и которая не всегда обнаруживается вследствие малых размеров, и основной, где располагает - ся истинная линия поверхностного разрушения.

На рис. 2.2.10 приведена диаграмма, полученная в интервале бурения, сложенном весьма однородными породами, которая отражает влияние ти­ па вооружения на диаграмму бурения. Видно, что влияние схоже с влияни­ ем /?: при переходе с долота тип М на долото типа СЗ уменьшились угло­ вые коэффициенты ЛПР и ЛОР, но величина g„ при этом осталась неиз­ менной. Видно, что изменение типа вооружения долота не влияет на g,

Аналогичные результаты были получены Лебединской Е.Н. [87] по ре­ зультатам бурения 55 скважин в Белоруссии.

67

1. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ, СОПРОВОЖДАЮЩИХ РАБОТУ ДОЛОТА НА ЗАБОЕ СКВАЖИНЫ

Рис. 2.2.9. Диаграмма бурения (скв. 31-Воет. Возейю; долото 215,9 ТЗГНУ): 1 - интервал бурения 2668 - 2673 м; я = 70 мин'1; 2 - интер­ вал 2718 -2722 м; я = 20 - 30 мин1; 3 - интервал 2718 - 2722 м; я = 70 мин'1.

69

Г НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ,

СОПРОВОЖДАЮЩИХ РАБОТУ д о л о т а н а з а б о е с к в а ж и н ы

Рис. 2.2.10. Диаграмма бурения (скв. 31-Восточная Возейю; интервал 1506-1719 м; п = 90 мин 1 ): 1 - долото 295,3 СЗ-ГНУ R23, интервал 1655-1660 м; 2 - долото 295,3 М-ГВ, интервал 15901594 м.

На рис. 2.2.11 показана диаграмма бурения, построенная после обра­ ботки результатов опытного бурения на стенде, содержащихся в работе [20]. Оказалось, что величины К, при постепенном переходе от типа М к типу вооружения К ( а именно: М, МС, С(СЗ), СТ, Т, ТКЗ, К) соотно­ сятся как 1: 0,89: 0,75: 0,64: 0,49: 0,41: 0,32.

Отношение К„ на рис. 2.2.10 составляет 1: 0,78, что весьма близко к результатам стендовых опытов ( 1: 0,75; рис. 2.2.11).

Выше было сказано, что одной из важнейших целей (с точки зрения решаемых в данной работе задач) является определение того, как диффе­ ренциальное давление влияет на диаграмму бурения.

Изучению влияния дифференциального давления на бурение шаро­ шечными долотами посвящены работы [47, 75, 76, 113, 141, 163], в кото­ рых оценка влияния осуществляется на основе зависимости v„(g).

Из диаграмм, построенных по данным Роули, можно заключить, что в первую очередь на изменение рд„ф “реагируют” угловые коэффициенты линий Kv и Ks . Представляется более обоснованным, что повышение ре­ зультатов бурения, связанное с уменьшением плотности (в допустимых условиями бурения пределах) или реологических параметров, объясняется,

70