WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

УДК 622.24 РЕЗУЛЬТАТЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДИНАМИКИ БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА Хузина Л.Б., Габдрахимов М.С.

Уфимский государственный нефтяной технический университет, филиал в г. Октябрьский В нефтяной промышленности, техника и технология буровых работ постоянно совершенствуется, всё чаще строятся скважины с большими отходами от вертикали. При этом основной проблемой становится снижение высокого коэффициента трения при вращении бурильной колонны. Применяемые методы снижения трения обычно связаны с изменением типа бурового раствора или промывочной жидкости, используются и механические методы. Одним из таких, является применение механических наддолотных виброусилителей, основу которых составляют поличастотные маятники. В связи с этим, актуальными становятся исследования, связанные с определением оптимального частотного диапазона работы наддолотных виброусилителей.

Ранее проводились исследования [1,2,3,4и др.], связанные с динамикой бурильного инструмента. Фундаментальные основы исследований механических и абразивных свойств горных пород были выполнены Л.А. Шрейнером и его ученицей Н.П. Павловой, А.И.

Спиваком, Б.В. Байдюком и др.

Важнейшие вопросы теории разрушения горных пород при бурении были решены в работах В.С. Владиславлева, Р.М. Эйгелеса, В.В.

Симонова, Б.А. Жлобинского, Ф.Ф. Воскресенского и др.

С начала 1960-х гг. под руководством профессора М. Р.

Мавлютова велись исследования по разрушению горных пород при динамическом вдавливании инденторов.

Исследованием механических, абразивных свойств горных пород и их разрушения, а также совершенствованием конструкций долот © Нефтегазовое дело, 2006 http://www.ogbus.ru 2 занимались ведущие коллективы институтов ВНИИБТ, МИНХиГП, БашНИПИнефти, УГНТУ во главе с учеными В.Н. Виноградовым, Н.А.

Жидовцевым, Н.Ф. Кагармановым, А.Н. Поповым и др.

Оценка влияния пластичности и дифференциального давления разрушения горных пород при исследованиях устойчивости, обвалообразований, термовязкоупругости была проведена исследователями А.Х. Мирзаджанзаде, М.К. Сеид-Рза, Н.Н. Павловой, Т.Г. Фараджевым, Е.Г. Леоновым и другими.

Динамика бурильного инструмента теоретически и экспериментально изучена в работах М.Р. Мавлютова, Р.Х. Санникова, Б.З. Султанова, М.С. Габдрахимова, Г.А. Кулябина и др.

Экспериментальные исследования Ф.Ф. Воскресенского, М.Р. Мавлютова, А.И. Спивака, А.Н. Попова позволили выявить ряд закономерностей и факторов, влияющих на разрушение горных пород.

Однако, до сих пор нет единого мнения по поводу необходимого частотного диапазона для работы наддолотных механизмов. В связи с этим, на кафедре НПМО ОФ УГНТУ проводились экспериментальные исследования для определения оптимальных параметров гидроударных механизмов и моделей их рабочих элементов на лабораторном стенде.

При определении оптимального частотного диапазона работы гидроударных механизмов нами применялась следующая схема использования оборудования, входящего в состав лабораторного стенда:

- модель гидроударного механизма с регулируемой частотой;

- измерительный блок;

- вибропреобразователь.

Экспериментальные работы проводились путем воздействия модели гидроударного механизма на горную породу при статической и динамической нагрузке. В качестве образцов горной породы были выбраны гранит и мрамор, как породы обладающие высокой категорией твердости. Индукционный вибропреобразователь (вибродатчик) преобразовывал механические колебания в электрические сигналы, пропорциональные виброскорости. При измерении амплитуды сигналы с вибродатчика через интегратор поступали на аналого-цифровой © Нефтегазовое дело, 2006 http://www.ogbus.ru преобразователь (АЦП). Выходной сигнал АЦП подавался на вход электронного счетчика и высвечивался затем на цифровом индикаторе.

При проведении лабораторных испытаний контролировались следующие параметры: частота ударов, амплитуда динамической и статической нагрузки, глубина внедрения, время внедрения, величина мощности модели виброусилителя.

Модель виброусилителя имела три режима работы:

- ударный;

- ударно-вращательный;

- вращательный.

Для измерения параметров вибрации применялась измерительная система лабораторного стенда, представленная вибродатчиком, аналогоцифровым преобразователем, электронным счетчиком сигналов.

Экспериментальные работы проводились путем воздействия виброусилителя на горную породу при статической и динамической нагрузке.

Диаграмма зависимости скорости внедрения виброусилителя от частоты для гранита при ударно-вращательном режиме приводится на рисунке 1. Точками обозначены экспериментальные значения, которые аппроксимировались при помощи полиномиальной линии тренда (показана сплошной линией). Приведем полученное уравнение регрессии:

y = -1E - 0,8x4 + 9E - 0,6x3 - 0.002x2 + 0,1757x +1, Величина достоверности аппроксимации R2 составила 0,8933. Из диаграммы видно, что частота внедрения виброусилителя в гранит существенно влияет на скорость внедрения. Так, в интервале от 5 до Гц скорость увеличивается, далее от 111 до 150 Гц начинается небольшое уменьшение скорости и, наконец, в интервале от 150 до 220 Гц - стабилизация значений.

Скорости внедрения виброусилителя в мрамор при ударновращательном режиме имеет значения, которые почти на порядок ниже, чем для гранита при аналогичных условиях.

© Нефтегазовое дело, 2006 http://www.ogbus.ru Тем не менее, зависимость скорости внедрения от частоты также четко прослеживается, а именно, с увеличением частоты растет скорость.

Данные таблицы нашли отражения в диаграмме (рис. 2.), также приведем уравнение регрессии:

y = -2E - 0,8x3 -1E - 0,6x2 + 0,0035x + 0,и величину достоверности аппроксимации R2 = 0,8313.

Зависимости скорости внедрения виброусилителя от частоты воздействия при ударном режиме в гранит и мрамор приводятся на диаграммах (рисунки 3 и 4.) Отметим,чтотенденция к увеличению скорости внедрения в зависимости от частоты воздействия сохраняется.

Рисунок 1. Зависимость скорости внедрения виброусилителя в гранит от частоты воздействия при ударно-вращательном режиме © Нефтегазовое дело, 2006 http://www.ogbus.ru Рисунок 2. Зависимость скорости внедрения виброусилителя в мрамор от частоты воздействия при ударно-вращательном режиме Рисунок 3. Зависимость скорости внедрения виброусилителя в гранит от частоты воздействия при ударном режиме © Нефтегазовое дело, 2006 http://www.ogbus.ru Рисунок 4. Зависимость скорости внедрения виброусилителя в мрамор от частоты воздействия при ударном режиме При изучении зависимости скорости внедрения виброусилителя в гранит от частоты воздействия при ударно-вращательном режиме установлено, что после значений 100-200 Гц существенного прироста скорости внедрения не наблюдается, напротив, происходит плавное ее снижение (рис. 4). Это нашло отражение и других графиках.

Лабораторные исследования позволили выявить зависимость скорости бурения от применяемого режима. Для одной и той же горной породы рассматривались три режима бурения – вращательный, ударный и ударно-вращательный.

При вращательном режиме, что в реальных условиях бурения соответствует случаю, когда шарошки сильно изношены, без зубьев, скорость внедрения была настолько низкой, что не поддавалась измерениям. Ввиду этого этот режим был признан неэффективным и далее не исследовался.

При ударном режиме (воздействие осуществлялось в продольном направлении, что в реальных условиях соответствует работе пневмоударников в скважине без вращения долота) скорость внедрения была небольшая.

Ударно-вращательный режим, в реальных условиях ему сопоставлялось бурение с виброусилителем, при котором происходит © Нефтегазовое дело, 2006 http://www.ogbus.ru ударное воздействие на долото в то время, когда долото находится во вращательном движении. Этот режим дает в несколько раз большую скорость внедрения, чем ударный и вращательный. Так, из таблиц зависимости скорости внедрения виброусилителя в гранит видно, что при ударном режиме на частоте 100 Гц - =1,1510-3 м/с, при ударноуд вращательном режиме = 6,4410-3 м/с. Для мрамора при той же увр частоте = 0,0910-3 м/с, = 0,2510-3 м/с.

уд увр При сопоставлении основных результатов наиболее эффективным, с точки зрения скорости бурения горных пород, является ударновращательный режим.

Сопоставление результатов скорости внедрения в гранит при ударновращательном и ударном режиме.

, Гц…… ……………5 9 18 54 66 78 111 145, м / с 10-1 …………0,3 0,36 2,66 3,43 4,45 5,98 6,51 5,75 5,увр, м / c 10-1 …………0,03 0,04 0,216 0,48 0,92 0,953 1,30 2,80 0,увр Проведенные лабораторные эксперименты показали, что при неизменном значении: величины нагрузки, времени воздействия, образца горной породы, частоты воздействии - ударно-вращательный режим бурения дает в несколько раз большую скорость внедрения, чем ударный, а при постоянных величинах: режима работы, образца породы, динамической нагрузке, времени воздействия - оказалось, что скорость внедрения растет с увеличением частоты воздействия. Но, начиная с частоты 145 Гц (при ударном режиме) и 111 Гц (при ударновращательном режиме) существенного прироста скорости внедрения не наблюдалось.

Как следует из графиков, при увеличении частоты воздействия после 145 Гц не увеличивается скорость внедрения. Это связано, в определенной мере, с уменьшением продолжительности контакта индентора с породой, происходит как бы "зависание" индентора.

© Нефтегазовое дело, 2006 http://www.ogbus.ru Для повышения скорости бурения скважин, особенно роторного, следует разрабатывать наддолотные виброусилители с частотным диапазоном до 145 Гц. Желательно, чтобы эти инструменты использовали динамическое воздействие на горную породу, в этом случае, эффект должен быть лучше.

Литература 1. Воскресенский Ф.Ф., Кичигин А.В., Славский В.М., Славский Ю.Н., Тагиев Э.Н. Вибрационное и ударно-вращательное бурение. - М.: Гостоптехиздат, 1961.- C. 243.

2. Кулябин Г.А. К определению динамической нагрузки на долото в упруго-пластичных породах // Технология бурения нефтяных и газовых скважин. Сб. науч. тр. – Тюмень, 1972. – Вып.13. – С. 33-37.

3. Любарский Л.Г., Ефимов В.Д. Исследования динамических усилий, возникающих при вращении шарошечного долота // Машины и нефтяное оборудование. – 1977. - № 10 – С. 29-4. Мавлютов М.Р. Разрушение горных пород при бурении скважин. - М.: Недра. 1978.– С.215.

5. Протасов Ю.И. Разрушение горных пород. – М.: Московский горный университет. 2002. –С. 453.

6. Спивак А.И., Попов А.И.. Разрушение горных пород при бурении скважин.- М. Недра, 1986. - С.208.

7. Султанов Б.С., Габдрахимов М.С., Сафиуллин Р.Р., Галеев А.С. Техника управления динамикой бурильного инструмента при проводке глубоких скважин. – М.: Недра, 1997. – С.165.

© Нефтегазовое дело, 2006 http://www.ogbus.ru




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.