РАЦИОНАЛЬНАЯ ОТРАБОТКА ДОЛОТ

Считается, что долота рационально отрабатывают в том случае, если бурят при оптимальном сочетании параметров режима бурения и равномерной подаче. Продолжительность работы долот, как правило, 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.

Опытами установлено, что если увеличивается какой-нибудь параметр режима бурения, 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 n, Р_д (G_o)и Qоказывают различное влияние на механическую скорость проходки и износостойкость долота, следовательно, оптимальное соот­ношение между ними отвечает наиболее высокой рейсовой скорости проходки

В турбинном бурении иногда рациональное соотношение между Рд, n и Q не соответствует оптимальному режиму ра­боты турбобура. Нередко наиболее высокие показатели эф­фективности отработки долот получают при работе турбобу­ра в области тормозных режимов.

Так как в турбинном бурении зачастую Q = const, частота враще­ния долота n = φ(Р_д), естественно, что при всяком изменении Р_д обязательно будет изменяться и n.

Ориентируясь на рациональную отработку долот, нужно добиваться равномерной подачи бурильной колонны, чтобы колебания nне превосходили 50-80 об/мин.

Дата добавления: 2015-06-27 ; просмотров: 648 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Критерии отработки долот

Значения износа дисковых и лопастных долот, вызывающие снижение механической скорости

Основные признаки, указывающие на необходимость подъема долота :

Критерии снятия шарошечных долот с эксплуатации:

Критериями снятия с эксплуатации дисковых и лопастных долот являются предельные значения износа, влияющие на снижение механической скорости бурения (табл. 7.23).

Таблица 7.23. Значения износа дисковых и лопастных долот, вызывающие снижение механической скорости

При бурении шарошечными долотами может наблюдаться повышенное искривление скважин, возрастающее с ростом осевой нагрузки и диаметра долота. Основным средством уменьшения искривления является применение жестких буровых компоновок, включающих:

Источник

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 V_pi 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;

t_б – общее время бурения;

t_сп – нормативные затраты времени на спуско- подъемные операции;

t_п – 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 t_б определяется по формуле

, (5.3)

где К_изн – 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.

Дата добавления: 2015-06-27 ; просмотров: 4362 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

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 W_опт 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 2, 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 W_опт, 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 W_опт.

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 W_опт. 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 W_опт. Критическая точка С соответствует полной разгрузке опоры, а заштрихованная часть – зона повышенной вибрации. Эту зону найти легче, чем W_опт. В этом и состоит сущность поиска W_опт. Обычно от точки С осуществляется уход к точке А – W_опт1 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 n_р до полного торможения двигателя.

С – критическая точка (вибрация инструмента);
А – граница первой оптимальной нагрузки W_опт1;
В – граница второй оптимальной нагрузки W_опт2;
n_р – разгонная частота вращения;
n_х –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 W_доп, особенно для долот с вставными зубками. Поэтому одна из задач проектирования оптимальной отработки долот состоит в том, чтобы гидравлическая нагрузка W_г, фактическая нагрузка W_опт и допустимая W_доп 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 W_доп 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 n_р.

3. Бурение осуществляется при W = W_доп, но гидравлическая нагрузка больше нагрузки на долото. Этот вариант проявляется при чрезмерном «увлечении» гидромониторным эффектом и переоценкой его значения. При очень больших W_г 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 W_опт, 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

Источник

Рациональная отработка долот. Признаки отказа долот

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 проводят осмотр и обмер долот и составляют ведомость результатов. В соответствии с заявкой технологической службы УБР (управления буровых работ) готовят комплект долот на всю скважину, который доставляют на буровую вместе с паспортами и ведомостью осмотра.

После достижения забоя проводят приработку долота в течение 25…

30 мин при роторном бурении, 15 мин при средних частотах вращения и 10…

15 мин при высокооборотном бурении. Осевая нагрузка при этом составляет около ¼ от допустимой по паспорту долота. Затем осевую нагрузку на долото плавно увеличивают до величины, соответствующей рабочему режиму.

Режим работы долота регламентируется режимно-технологической картой (РТК). В настоящее время наиболее распространенной является отработка долота в режиме максимальной механической скорости бурения в заданных РТК диапазонах изменения параметров режима работы долота.

В РТК задается интервал, в котором находится оптимальная нагрузка, а конкретная величина нагрузки устанавливается бурильщиком. Существует несколько методов. Рассмотрим поиск оптимальной нагрузки на долото ступенчатым изменением осевой нагрузки G (рис.6.4).

Последовательно, начиная от минимальной по РТК нагрузки, бурильщик ступенчато через 10…20 кН задает и поддерживает постоянную осевую нагрузку и замеряет время t бурения заданного короткого постоянного интервала, например, одного метра. Вначале время бурения такого интервала монотонно уменьшается, затем после перехода через оптимальную нагрузку темп уменьшения времени снижается, а при турбинном бурении время может начать расти. Для принятия решения проводят вспомогательные прямые 1 и 2, точку пересечения которых принимают в качестве оптимальной нагрузки G_опт. Для продолжения бурения в качестве рабочей G_р принимается осевая нагрузка, равная

В процессе отработки долота поиск оптимальной нагрузки повторяется несколько раз по мере износа инструмента или изменения условий бурения.

Прибурении недопустимы резкие изменения режима работы и повышенный уровень вибраций. При появлении сильных вибраций бурильщик обязан изменить в ту или иную сторону осевую нагрузку на долото при бурении забойными двигателями до величины, при которой вибрация снижается до нормальной, а при роторном бурении снижение вибрации может быть достигнуто соответствующим изменением частоты вращения ротора.

Для полного использования ресурса долот они отрабатываются до отказа одной из функциональных систем: вооружения, опоры или системы промывки. Признаком отказа вооружения долота является снижение механической скорости более чем вдвое от начальной. Признаком отказа опоры является устойчивое увеличение крутящего момента на долоте. Увеличение момента более чем на 30 % от номинального является сигналом к прекращению бурения и подъему долота. Любое резкое изменение давления на стояке свидетельствует о нарушениях в системе промывки скважины и также является сигналом к прекращению бурения. Появление хотя бы одного из признаков отказа является сигналом к прекращению бурения и подъему долота.

Время рациональной работы долота на забое может быть меньше времени его работы до отказа. Тогда это время определяется по моменту достижения максимума текущей рейсовой скорости или минимума стоимости проходки. Из-за монотонного снижения механической скорости проходки во времени, обусловленного износом вооружения долота, текущая рейсовая скорость сначала растет, достигает максимума, а затем снижается. Соответственно стоимость метра проходки сначала снижается, достигает минимума, а затем растет.

Своевременное фиксирование признаков отказа зависит от квалификации бурильщика, от глубины и сложности условий бурения. Незамеченный отказ может создать в скважине аварийную ситуацию. Поэтому для каждого инструмента задается предельное время его работы (время безотказной работы с заданной вероятностью). Бурение прекращают для смены породоразрушающего инструмента даже при отсутствии признаков отказа, если продолжительность бурения достигла предельно допустимой.

Источник