Способ вращательного бурения скважин забойным гидравлическим двигателем

Способ вращательного бурения скважин забойным гидравлическим двигателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН ЗАБОЙНЫМ ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ДВИГАТЕЛЕМ, включающий вращение бурильной колонны ротором и поддержание постоянными осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент и расхода промывочной жидкости через забойный двигатель, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет получения оптимального крутящего момента на валу забойного двигателя, предварительно находят частоту вращения бурильной колонны путем установления ее зависимости от осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, соответствующей тормозному моменту забойного двигателя , причем значение осевой нагрузки , соответствующей тормозному моменту , находят по следующей формуле: «.-Ь-()Т (Л где MT тормозной момент гидравлического . забойного двигателя по паспортным данным, М G требуемый рабочий крутящий момент на валу забойного двигателя, осевая рабочая нагрузка на породоразрушающий ин ч струмент.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А ае Oиl (д) Е 21 В 4/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

r1O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1 3 ",;11Я ЦФР ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,. ;;"„"..;", -.",, 13

К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ аИЛ1ИТЙЫ4

GT=G где М1(54)(57) СПОСОБ ВРА111ДТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН ЗАБОЙНЪ|М ГИДРАВЛИЧЕСКИМ

ДВИГАТЕЛЕМ, включающий вращение бурильной колонны ротором и поддержание постоянными осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент и расхода промывочной жидкости через забойный двигатель, о т л и ч а ю— (21) 3507126/22-03 (22) 29. 10.82 (46) 23.09.84. Бюл. № 35 (72) Л.А. Райхерт, И.А. Власов и B.×. Поташников (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт буровой техники (53) 622.243.92(088.8) (56) 1. Погарский А.А. и др. Оптимизация процессов глубокого бурения.

М., "Недра", 1981, с. 242 †2.

2. Садыков Ю.В. и др. 0 вращении бурильной колонны при бурении забойными двигателями. — "Нефтяное хозяйство", № 11, I972, с. 17-19 (прототип). шийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет получения оптимального крутящего момента на валу забойного двигателя, предварительно находят частоту вращения бурильной колонны путем установления ее зависимости от осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, соответствующей тормозному моменту забойного двигателя, причем значение осевой нагрузки, соответствующей тормозному моменту, находят по следующей формуле: тормозной момент гидравлического.забойного двигателя по паспортным данным; требуемый рабочий крутящий момент на валу забойного двигателя, осевая рабочая нагрузка на породоразрушающий инструмент.

1114777

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при бурении скважин турбинно-роторным способом.

Известен способ вращательного

5 бурения скважин гидравлическим забойным двигателем при постоянной осе.вой нагрузке на породоразрушающий инструмент (1j .

Известен также способ вращатель- 10 ного бурения скважин забойным гидрав". лическим двигателем, включающий вращение бурильной колонны ротором и поддержание постоянными осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент 15 и расхода промывочной жидкости через забойный двигатель.

Согласно известному способу дополнительное вращение бурильной колонны ротором проводится лишь для преду", преждения прихватов колонны и обеспечения воэможности оценки величины крутящего момента на валу гидравлического забойного двигателя (турбобура) при помощи роторного момента j2)

Однако известный способ не позволяет использовать дополнительное вращение бурильной колонны ротором для управления крутящим моментом на валу гидравлического забойного двигателя, поэтому невозможно вести бурение при оптимальном моменте на валу забойного двигателя.

Цель изобретения — повышение эффективности бурения скважин за счет

- получения оптимального крутящего .момента на валу забойного двигателя..

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу вращательного 40 бурения скважин забойным гидравлическим двигателем,,включающему вращение бурильной колонны ротором и поддержание постоянными осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент 45 и расхода промывочной жидкости через забойный двигатель, предварительно находят частоту вращения бурильной колонны путем установления ее зависимости от осевой нагрузки на породораэрушающий инструмент, соответствующей тормозному моменту забойного двигателя, причем значение осевой нагрузки, соответствующей тормозному моменту, находят по следующей формуле<5

Ъ=6 1 1где М вЂ” тормозной момент гидравлического забойного двигателя по паспортным данным; — требуемый рабочий крутящий момент на валу забойного двигателя;

< — осевая рабочая нагрузка на породоразрушающий инструмент.

Способ реализуется следующим образом.

Вначале замеряют осевую нагрузку на породораэрушающий инструмент, соответствующую тормозному моменту забойного двигателя при не менее, чем трех частотах вращения бурильной колонны, определяющих диапазон их изменения. Это позволяет установить зависимость осевой тормозной нагрузки от частоты вращения бурильной колонны и выразить ее графически или в виде формулы. Затем вычисляют значение осевой тормозной нагрузки на породоразрушающий инструмент по заданным рабочим значением 9 и 4 и тормозному моменту tNT турбобура, известному из его паспортных данных, по формуле

4 61- <После этого по вычисленному значению при помощи установленной в результате дополнительных операций зависимости Q T = 4 (и) определяют †(частоту вращения бурильной колОнны ротором и бурение ведут при этой частоте, обеспечивая тем самым в совокупности с неизменными осевой нагрузкой и расходом промывочной жидкости требуемый крутящий момент .на валу забойного двигателя.

Вывод расчетной зависимости.

Известно, что крутящий момент на валу забойного двигателя может быть определен из соотношения

1 т т

Пx где М вЂ” тормозной момент забойного двигателя, 11 — частота вращения вала забойного двигателя на холостом ходу1. и р — текущее значение частоты вращения вала эабоиного двигателя.

В результате апроксимации зависиМости частоты вращения вала забой1114777

15 с,2

М,-М т

3 ного двигателя от осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, которая была получена в результате проведенных исследований, установлено, что эта зависимость может быть выражена следующей формулой

:n в=. х С ) г где G — осевая нагрузка; (j — осевая нагрузка, соответствующая тормозному моменту забойного двигателя.

После подстановки формулы (2) в (1)

;получим

Преобразовав эту зависимость, полу- 2О чим расчетную формулу (25

Если в результате замеров осевой нагрузки Ч, соответствующей тормозному моменту на валу забойного двигателя при разных частотах вращения бурильной колонны ротором, установлено, что в определенном диапазоне частот эта зависимость линейка, то ее можно представить в виде формулы т й- пт тт. тт (ттт ттт1,т тт

2 где С ((и С вЂ” осевая тормозная нагрузка турбобура при вращении бурильНОЙ КОЛОННЫ POTOPOM 4O соответственно с частОтОН т1(H П2 ï С т( — =к

ВЬ1ражение (z- <(по сущест- 45 ву представляет собой коэффициент пропорциональности в функциональной зависимости Cir = 5 (n), который зависит от расхода промывочной жидкости через турбобур и конструкции последнего. С учетом этого коэффициента формулу (5) можно записать в виде

Приравняв правые части выражений (4) и (6), после преобразований полу-чим расчетную формулу для линейной ,зависимости (= 1И (1 М и rl4 G(I- бт

Реализация предлагаемого способа обеспечивает возможность управления крутящим моментом на валу забойного двигателя при помощи вращения бурильной колонны, а также позволяет определять значение крутящего момента на валу забойного двигателя при помощи роторного моментомера, эффективно вести борьбу с возникающими в процессе бурения вибрациями низа бурильной колонны (не изменяя осевой нагрузки на 1(ородоразрушающий инструмент и расхода промывочной жидкости) путем смещения характеристики турбобура за счет вращения бурильной колонны ротором.

Общественно полезный эффект от использования способа обусловлен описанными новыми техническими возможностями. Этот эффект сводится к повышению проходки на долото эа счет эксплуатации его при оптимальном крутящем моменте, увеличению ресурса турбобура за счет обеспечения возможности исклю чения эксплуатации его при повышенной вибрации, а .также к экономии энергозатрат на управление моментом на валу забойного двигателя.

На фиг. 1 и 2 представлены зависимости, полученные в результате апро. бирования способа с использованием одной секции турбобура ТОШ1 †1 и долота 214Т на свинцовом забое.

Пример. Необходимо провести углубление скважины на заданном интервале при осевой нагрузке Cj = 130 кН, расходе промывочной жидкости 50 л/с и крутящем моменте на долоте M = 2кНм.

Из паспорта на применяемый турбобур известно, что его тормозной момент равен Мт = 3 КН м.

Производят замер Осевых нагрузок на породоразрушающий инструмент при разных значениях частоты вращения бурильной колонны ротором. Для чего затормаживают турбебур за счет увеличения осевой нагрузки. В результате этого получают (фиг. 1): при

П(= 10 об./мин, С((= 160 кН;

56 об./мин, CjT = 140 кН, П5= 88 об./мин С(т = 120 кН.

По полученным данным строят график этой зависимости (фиг. 2). Вычисляют расчетное значение тормозной нагруз- ки (р для данного турбобура по

S 11147 известным и заданным параметрам Мт, М и G

2 г 1

Q = 130 1-(1- -) — = 137 0 кН. тр 3 2

По графику зависимости С 1 = (п) 10 определяют частоту вращения бурильной колонны ротором, которая соответствует расчетному значению осевой тор мозной нагрузки С| р = 137 кН

У

Пр = 40 об/мин.Эта частота вращения 1з бурильной колонны обеспечивает крутящий момент на валу турбобура, равный 2 кН м при осевой нагрузке на

77 долото 130 кН и расходе промывочной жидкости 50 л/с.

Использование изобретения позволит увеличить проходку на долото на

20-257 и снизить энергозатраты на управление моментом на валу гидравлического забойного двигателя.

Энергозатраты на прокачку промы вочной жидкости составляют 66Х всех энергетических затрат на буровой, в то время как на вращение бурильной колонны идет всего 2-3Х энергозатрат.

Отсюда очевидно, что для увеличения крутящего момента на валу гидравлического двигателя не менее, чем в два раза выгоднее, с точки зрения энергозатрат, использовать вращение бурильной колонны.

1114777

6р /д

/2ß <ууО 4+lprglrg

Составитель А.Сергачев

Техред А.Кикемевей

Корректор И.Муска

Редактор О.Бугир

Заказ 6747/21

Тираж 564

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4