Система и способ моделирования взаимодействия расширителя и долота

Система и способ моделирования взаимодействия расширителя и долота

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Принципы настоящего раскрытия относятся к выбору, анализу и оцениванию режущих структур и, в частности, к системе и способу моделирования взаимодействия расширителя и долота.

Уровень техники

Буровое долото на конце компоновки низа бурильной колонны (КНБК) используется для бурения скважины через геологические формации. Буровое долото снабжено режущей структурой для выполнения этой задачи. Модели режущей структуры позволяют прогнозировать производительность в отношении скорости проходки (ROP), силы, крутящего момента, боковой силы, вибрации, тенденции к поперечным колебаниям, управляемости и т.д. Буровое долото может содержать вторичную режущую структуру, предназначенную для дополнительного расширения скважины, например, долото со смещенным центром. В целях этого раскрытия, эти вторичные режущие структуры можно рассматривать как часть бурового долота, а не как часть расширителя.

Расширитель используется для расширения ствола скважины, проходящего через геологические формации. Расширитель снабжен режущей структурой для выполнения этой задачи. Модели режущей структуры позволяют прогнозировать производительность в отношении скорости проходки (ROP), силы, крутящего момента, боковой силы, вибрации, тенденции к поперечным колебаниям, управляемости и т.д.

Расширитель может находиться на конце КНБК (без бурового долота) если направляющая скважина, сформированная буровым долотом, уже существует. Обычно расширитель используется над буровым долотом в одной и той же КНБК. Также можно устанавливать множественные расширители, каждый из которых обеспечивает то или иное увеличение размера скважины (с буровым долотом или без него). Множественные расширители, обеспечивающие одно и то же расширение, также можно использовать для избыточности в случае отказа одной режущей структуры. Расширение может происходить в направлениях как вниз, так и вверх вдоль ствола скважины.

Расширитель может использовать фиксированную режущую структуру, например, цельный расширитель скважины, или удлиняемую/укорачиваемую режущую структуру для прохождения через сужения в законченной скважине, или для расширения только отдельных секций ствола скважины в конкретных целях. Избирательное управление удлиняемым/укорачиваемым расширителем также можно использовать для поддержания расширителя в неактивном состоянии в качестве запаса в случае отказа первичной режущей структуры расширителя.

Необходим простой способ охарактеризовать производительность бурового долота и режущих структур расширителя. С помощью простой характеризации, производительность этих режущих структур можно легко сравнивать в диапазоне литологии и параметров бурения и оценивать относительно набора ограничений.

Сущность изобретения

Принципы настоящего раскрытия относятся к системе и способу моделирования взаимодействия расширителя и/или долота. В соответствии с конкретным вариантом осуществления, способ включает в себя прием данных производительности, относящихся к режущей структуре, и вычисление характеристической кривой, с использованием данных производительности. Характеристическая кривая может строиться на основе веса и/или на основе крутящего момента. Способ дополнительно включает в себя сохранение характеристической кривой.

В конкретном варианте осуществления настоящего раскрытия, характеристическая кривая включает в себя либо вес на режущей структуре/прочность породы, либо крутящий момент на режущей структуре/вес на режущей структуре, как функцию скорость проходки/скорость вращения.

В другом варианте осуществления настоящего раскрытия, характеристическая кривая включает в себя изменение веса или крутящего момента на режущей структуре как функции скорости проходки режущей структуры.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего раскрытия, способ включает в себя прием первой и второй характеристических кривых, относящихся к первой и второй режущим структурам, соответственно. Вычисляется системная характеристическая кривая, которая объединяет первую характеристическую кривую и вторую характеристическую кривую. Затем системную характеристическую кривую можно сравнивать с другими характеристическими кривыми, и компоновку низа бурильной колонны можно выбирать, на основании сравнения.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего раскрытия, способ включает в себя прием критериев выбора режущей структуры и отображение пользователю нескольких режущих структур, которые удовлетворяют некоторым или всем критериям. Способ может дополнительно включать в себя прием от пользователя выбора режущих структур для сравнения. В соответствии с конкретным вариантом осуществления настоящего раскрытия, режущие структуры выбора можно сравнивать с использованием их соответствующих характеристических кривых. Результаты сравнения могут отображаться пользователю.

Технические преимущества конкретных вариантов осуществления настоящего раскрытия включают в себя систему и способ моделирования взаимодействия расширителя и долота, которые позволяют собирать минимальные данные, относящиеся к режущей(им) структуре(ам), и вычислять, сохранять и/или отображать характеристическую кривую, которая выражает предполагаемую производительность такой(их) режущей(их) структуры().

Другое техническое преимущество конкретных вариантов осуществления настоящего раскрытия включает в себя модель взаимодействия расширителя и долота, которая позволяет быстро выбирать особенно пригодное буровое долото, расширитель и/или объединенные режущие структуры расширителя(ей)/долота с использованием данных из множественных источников. В соответствии с конкретными вариантами осуществления, выбор может отвечать набору ограничений по спектру литологии и параметров бурения.

Краткое описание чертежей

Для более полного понимания настоящего раскрытия и его преимуществ, обратимся к нижеследующим описаниям, приведенным совместно с прилагаемыми чертежами, в которых:

Фиг.1 иллюстрирует режущие структуры расширителя и долота в эксплуатационной скважине, которые можно выбирать в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего раскрытия;

Фиг.2-3 иллюстрируют характеристические кривые на основе веса, в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего раскрытия;

Фиг.4-5 иллюстрируют характеристические кривые на основе крутящего момента, в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего раскрытия;

Фиг.6-7 иллюстрируют графики распределения веса, в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего раскрытия;

Фиг.8-9 иллюстрируют графики распределения крутящего момента, в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего раскрытия;

Фиг.10 иллюстрирует график распределения веса, в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего раскрытия;

Фиг.11 иллюстрирует график распределения крутящего момента, в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего раскрытия;

Фиг.12a-12h иллюстрируют характеристические кривые, в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего раскрытия;

Фиг.13-25 иллюстрируют скриншоты графического пользовательского интерфейса, связанные с компьютерной системой, которую можно использовать для выполнения программного обеспечения, реализующего инструкции способа настоящего раскрытия, в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего раскрытия;

Фиг.26-27 иллюстрируют конкретные варианты осуществления логических блок-схем, описывающих алгоритм(ы), который(е) можно использовать в соответствии с конкретным вариантом осуществления настоящего раскрытия;

Фиг.28 иллюстрирует итерационный(е) процесс(ы), который(е) можно использовать при вычислении характеристической кривой, в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего раскрытия;

Фиг.29 иллюстрирует представления КНБК, изменяющуюся литологию и иллюстрации “случаев”, с которыми сталкивается КНБК, в соответствии с конкретным вариантом осуществления настоящего раскрытия; и

Фиг.30 иллюстрирует компьютерную систему, которую можно использовать для реализации аспектов принципов настоящего раскрытия.

Подробное описание вариантов осуществления

Принципы настоящего раскрытия предусматривают систему и способ, обеспечивающий эффективный и быстрый выбор особенно пригодных бурового долота, расширителя и/или объединенных режущих структур расширителя(ей)/долота. Выбор может осуществляться в соответствии с набором ограничений и может соответствовать одному или более из спектра литологий и параметров бурения. Данные из множественных источников можно использовать в процессе выбора. В соответствии с конкретным вариантом осуществления, системы или способы настоящего раскрытия могут использовать программный алгоритм и/или метод, позволяющий характеризовать и анализировать производительность бурового долота и режущей структуры расширителя различными способами.

Фиг.1 иллюстрирует компоновку 30 низа бурильной колонны, которая включает в себя множественные режущие структуры, в том числе режущую(ие) структуру(ы), связанную(ые) с буровым долотом 32 на конце компоновки низа бурильной колонны КНБК, и режущую(ие) структуру(ы), связанную(ые) с расширителем 34, расположенным в стволе скважины над буровым долотом 30. Буровое долото 32 на конце (КНБК) обычно используется для бурения скважины через геологические формации. Буровое долото 32 имеет конкретную конструкцию, включающую в себя режущую(ие) структуру(ы) бурового долота для выполнения этой задачи. Модели режущей структуры бурового долота можно использовать для прогнозирования производительности в отношении скорости проходки (ROP), силы, крутящего момента, боковой силы, вибрации, тенденции к поперечным колебаниям, управляемости и т.д. В конкретных вариантах осуществления, буровое долото 32 может содержать одну или более вторичных режущих структур, которые предназначены для дополнительного расширения скважины, например, долото со смещенным центром. В целях данного описания изобретения, эти вторичные режущие структуры можно рассматривать как часть бурового долота, а не как часть расширителя.

Расширитель 34 обычно используется для расширения ствола скважины, проходящего через геологические формации. Расширитель 34 имеет конструкцию с режущей(ими) структурой(ами) расширителя для выполнения этой задачи. Модели режущей структуры позволяют прогнозировать производительность в отношении скорости проходки (ROP), силы, крутящего момента, боковой силы, вибрации, тенденции к поперечным колебаниям, управляемости и т.д.

В альтернативных вариантах осуществления настоящего раскрытия, расширитель 34 может располагаться на конце КНБК (без бурового долота), например, если направляющая скважина, сформированная буровым долотом, уже существует. Расширитель также может располагаться выше в КНБК без бурового долота, если направляющая скважина, сформированная буровым долотом, уже существует. Обычно расширитель используется над буровым долотом в одной и той же КНБК. Также можно устанавливать множественные расширители, каждый из которых обеспечивает то или иное увеличение размера скважины (с буровым долотом или без него). Множественные расширители, обеспечивающие одно и то же расширение, также можно использовать для избыточности в случае отказа одной режущей структуры. Расширение может происходить в направлениях как вниз, так и вверх вдоль ствола скважины.

Расширитель может использовать фиксированную режущую структуру, например, цельный расширитель скважины, или удлиняемую/укорачиваемую режущую структуру для прохождения через сужения в законченной скважине, или для расширения только отдельных секций ствола скважины в конкретных целях. Избирательное управление удлиняемым/укорачиваемым расширителем также можно использовать для поддержания расширителя в неактивном состоянии в качестве запаса в случае отказа первичной режущей структуры расширителя.

В целях данного описания изобретения, “режущая структура” означает одну или более структур на КНБК, которые осуществляют операцию резания или бурения. Например, буровое долото может включать в себя единичную режущую структуру или множественные режущие структуры. Аналогично, расширитель обычно включает в себя только единичную режущую структуру, но единичный расширитель также может включать в себя множественные режущие структуры.

Принципы настоящего раскрытия также предусматривают упрощенные систему и способ для характеризации производительности режущих структур бурового долота и/или расширителя(ей). С помощью простой характеризации, производительность этих режущих структур можно легко сравнивать с другими режущими структурами или комбинациями режущих структур, в диапазоне литологии и параметров бурения, и оценивать относительно набора ограничений.

В соответствии с настоящим раскрытием, характеристические кривые можно использовать для характеризации производительности режущей структуры или системы режущих структур (например, бурового долота 32 и/или расширителя 34) в отношении преобладающих внешних и эксплуатационных факторов, например: прилагаемого осевого веса, крутящего момента, прочности породы, скорости вращения и скорости проходки через породу. После генерации характеристической кривой для режущей структуры, для прогнозирования ее производительности в любой данной литологии не требуется знания таких деталей, как размер шарошки, положение шарошки, угол заострения шарошки, боковой передний угол шарошки и другие физические характеристики. Например, для генерации характеристических кривых из фактически измеренных полевых данных производительности, а не моделей, не требуется знать подобных деталей шарошки. Наличие характеристических кривых позволяет легко анализировать индивидуальные режущие структуры по отдельности или в совокупности в системе режущих структур, для прогнозирования производительности системы и/или выбора особенно пригодной системы для данного набора ограничений.

Ниже проиллюстрированы и описаны простые характеристические кривые на основе веса и на основе крутящего момента для режущих структур расширителя и долота.

В целях данного описания изобретения, определение термина “вес на долоте” (WOB) включает в себя осевой вес или силу, приложенную к режущей структуре бурового долота, и единицами измерения могут служить фунты (lbs).

В целях данного описания изобретения, определение “веса на расширителе” (WOR) включает в себя осевой вес или силу, приложенную к режущей структуре расширителя, и единицами измерения могут служить фунты (lbs).

В целях данного описания изобретения, определение “крутящего момента на долоте” (TOB) включает в себя вращательный крутящий момент, развиваемый на режущей структуре бурового долота в ответ на приложенный WOB, и единицами измерения могут служить футо-фунты (ft lbs).

В целях данного описания изобретения, определение “крутящего момента на расширителе” (TOR) включает в себя вращательный крутящий момент, развиваемый на режущей структуре расширителя в ответ на приложенный WOR, и единицами измерения могут служить футо-фунты (ft lbs).

В целях данного описания изобретения, определение “прочности породы” (σ) включает в себя прочность породы на сжатие и единицами измерения могут служить фунты на квадратный дюйм (psi).

В целях данного описания изобретения, определение “скорости проходки” (ROP) включает в себя осевую скорость проходки режущей структуры через породу, и единицами измерения могут служить футы в час (фут/ч).

В целях данного описания изобретения, определение “скорости вращения” включает в себя скорость вращения режущей структуры, и единицами измерения могут служить обороты в минуту (об/мин).

В целях данного описания изобретения, определение “веса на системе” (WSYS) включает в себя осевой вес или силу, приложенную к системе режущих структур КНБК, и единицами измерения могут служить фунты (lbs).

В целях данного описания изобретения, определение “крутящего момента на системе” (TSYS) включает в себя результирующий вращательный крутящий момент, развиваемый системой режущих структур КНБК в ответ на приложенный WSYS, и единицами измерения могут служить футо-фунты (ft lbs).

В целях данного описания изобретения, величина d определяется как глубина проходки за оборот режущей структуры или системы режущих структур, и единицами измерения могут служить дюймы на оборот (дюйм/об) режущей структуры или системы режущих структур.

Используемые единицы измерения могут отличаться от вышеперечисленных. Однако в соответствии с производимыми вычислениями и/или сравнениями, или комбинируемыми графиками и/или данными (как описано ниже), следует использовать соответствующие единицы измерения.

В соответствии с конкретным вариантом осуществления настоящего раскрытия, можно применять следующую методологию, и/или промышленные стандарты и связанные с ними и опирающиеся на них литературные источники, при выводе характеристических кривых, описывающих режущие структуры для бурения (например, буровые долота с фиксированными шарошками, буровые долота с коническими шарошками, и фиксированные или удлиняемые устройства под расширителями, концентрической или эксцентрической конструкции).

Одной целью этих характеристических кривых является помощь в обеспечение решения вопроса взаимодействия долота и расширителя: “каковы параметры производительности комбинации бурового долота и расширителя, используемой на практике, и как данная комбинация может повысить производительность в скважине?” В последние годы было доказано, что ответить на этот вопрос еще труднее при осуществлении или попытке оптимизации или повышения производительности в ходе операции одновременного расширения во время бурения.

Не пытаясь охватить переходное (зависящее от времени) решение этого вопроса в этот момент, было принято решение сначала выявить жизнеспособное стационарное решение. Для приспособления и обеспечения его интеграции в автономный инструмент оценивания, напрямую не связанный с проектировочными комплексами на основе усовершенствованного анализа методом конечных элементов (FEA) (способными не только идентифицировать каждого компонента в отдельности) некоторая форма характеристической(их) кривой(ых) является предпочтительным.

Эту ссылочную информацию можно компилировать непосредственно из результатов вычислений таких мощных проектировочных комплексов, но, в то же время, можно выводить из практических данных производительности (независимо от того, базируются ли они на исторической или текущей информации бурения).

При выводе этой (этих) характеристической(их) кривой(ых) и нахождении решения вопроса взаимодействия долота и расширителя предпочтительно гарантировать, что в них содержатся следующие параметры: (a) скорость вращения, (b) вес на долоте, (c) крутящий момент на долоте, (d) скорость проходки и (e) прочность породы на сжатие.

Предположительно, одно, а может, и большинство общеизвестных уравнений в нефтяном месторождении до недавних пор опирались на формулу Тиля, задающую удельную энергию (см. “The Concept of Specific Energy in Rock Drilling”, Teale, International Journal Rock Mechanics Mining Science, 1964.) - работу, совершаемую в расчет на единицу объема вынимаемой породы, E_s, и единицами измерения могут служить фунты на квадратный дюйм (psi). Это уравнение проиллюстрировано ниже для бурового долота:

где “A” - площадь поперечного сечения ствола скважины, и единицами измерения могут служить квадратные дюймы (in “Quantifying Common Drilling Problems with Mechanical Specific Energy and a Bit-Specific Coefficient of Sliding Friction, Pessier et al., SPE #24584, 1992.).

Поскольку это уравнение общеизвестно и широко используется в промышленности оно выглядит хорошей начальной точкой при выводе необходимой(ых) характеристической(их) кривой(ых), хотя оно первоначально не охватывало все необходимые параметры.

В статье Pessier et al дополнительно описано, как Тиль ввел понятие минимальной удельной энергии (или максимального механического кпд). Минимальная удельная энергия достигается, когда удельная энергия достигает, или примерно равна, прочности на сжатие буримой породы (в смысле достижения максимального механического кпд), т.е.,

Е S = E S M i n ≈ σ

таким образом,

E S M i n = σ = W O B A + 120 × π × R P M × T O B A × R O P

Эта форма уравнения удельной энергии содержит все желаемые параметры, которые, в итоге, должны присутствовать в характеристических кривых: (a) скорость вращения, (b) вес на долоте, (c) крутящий момент на долоте, (d) скорость проходки и (e) прочность породы на сжатие.

Для нахождения пригодного характеристического уравнения, в соответствии с конкретными вариантами осуществления настоящего раскрытия, требуется некоторое преобразование этого уравнения. Преобразование уравнения при минимальной удельной энергии,

Глубина проходки за оборот равна,

Подстановка в уравнение для “A” дает

и, в результате сокращения,

.

Дополнительный обзор статьи Pessier открывает определение безразмерного коэффициента трения скольжения μ:

где D - диаметр ствола скважины, который можно выражать в дюймах (in).

Этот коэффициент трения скольжения первоначально был введен для выражения крутящего момента на долоте как функции веса на долоте. Этот коэффициент трения скольжения можно подставить в уравнение для A:

.

Преобразование и сокращение дает

A = W O B σ [ 1 + 24 × π × μ × D 36 × d ]

W O B σ = A [ 1 + 2 × π × μ × D 3 × d ]

E f f e c t i v e   A r e a = W O B σ = A [ 1 + 2 × π × μ × D 3 × d ]

Это уравнение приобретает пригодную форму для характеристического уравнения в том, что WOB/σ можно связать с чем-то вещественным (площадью поперечного сечения ствола скважины, A) посредством безразмерного преобразования (в скобках), которая зависит от глубины d проходки за оборот. Это соотношение для WOB/σ называется “эффективной площадью” и единицами измерения могут служить квадратные дюймы (in²).

Значение коэффициента трения скольжения, μ, и/или значение WOB/σ может обеспечиваться моделями или данными для данного значения d. Таким образом, форма этого характеристического уравнения “на основе веса” играет важную роль (в отличие от самого уравнения), где эффективная площадь является функцией d.

Очень полезно иметь характеристическую кривую, которая определяет вес на режущей структуре, необходимый для продвижения при данной глубине d проходки за оборот при данной прочности породы. Вышеприведенные уравнения можно применять к любой режущей структуре, например режущей структуре расширителя, заменяя WOB на WOR и TOB на TOR.

Эта форма характеристического уравнения эффективно захватывает четыре из пяти желаемых параметров (скорость вращения, вес на долоте, скорость проходки, и прочность породы на сжатие) за исключением крутящего момента на долоте. В соответствии с конкретными вариантами осуществления, требуется также второе характеристическое уравнение “на основе крутящего момента” как функция глубины d проходки за оборот. Заметим, что TOB/WOB, измеряемое в дюймах (in), может быть желаемой характеристикой в дополнение к WOB/σ (измеряемом в квадратных дюймах (in²)). Такую характеристику можно вывести, возвратившись к уравнению для площади ствола скважины при минимальной удельной энергии, A:

,

и дополнительное преобразование дает

Для круглого ствола скважины,

где R - радиус ствола скважины, и единицами измерения могут служить дюймы (in). Таким образом,

E f f e c t i v e   R a d i u s = T O B W O B = d 24 [ R 2 W O B σ − 1 π ]

Это уравнение приобретает пригодную форму для второго характеристического уравнения в том, что TOB/WOB зависит от глубины d проходки за оборот и первой характеристики эффективной площади (WOB/σ), которая сама зависит от глубины d проходки за оборот. Это соотношение для TOB/WOB называется “эффективным радиусом”, и единицами измерения могут служить дюймы (in). В статье Warren показано в какой-то степени аналогичное соотношение для крутящего момента долота с коническими шарошками, но основное внимание сосредоточено на попытке использования крутящего момента на долоте с коническими шарошками как указателя свойств формации. Вышеприведенные уравнения можно применять к любой режущей структуре, например к режущей структуре расширителя, заменяя WOB на WOR, и TOB на TOR.

Опять же, форма этого характеристического уравнения “на основе крутящего момента” играет важную роль (в отличие от самого уравнения), где эффективный радиус является функцией d.

Составление различных наборов данных (содержащих пять упомянутых параметров) позволяет определять две характеристические тенденции/кривые, при осуществлении над ними некоторой формы аппроксимации кривой. Эти наборы данных можно формировать с помощью вышеупомянутых проектировочных комплексов на основе FEA, отвечающих уровню техники, для данного устройства для бурения, а также можно составлять с использованием практической информации бурения.

В таком случае, эти характеристические кривые определяют глобальную стационарную характеристику бурения устройства для бурения без необходимости оценивать определенную конструкцию на мощном проектировочном комплексе и для неограниченного количества комбинаций сред бурения.

Фиг.2 иллюстрирует характеристическую кривую на основе веса, относящуюся к буровому долоту, например буровому долоту 32. Характеристическая кривая включает в себя графическое представление прогнозируемой производительности режущей(их) структуры(). Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.2, по горизонтальной оси, или оси x, отложена глубина d проходки за оборот (измеряемая в дюймах на оборот бурового долота). По вертикальной оси, или оси y, отложен вес на долоте, деленный на прочность породы (эффективная площадь). Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.2, буровое долото 32 представляет собой буровое долото диаметром восемь с половиной дюймов. Как рассмотрено более подробно ниже, данные, используемые для построения характеристической кривой, показанной на фиг.2, можно получать из разнообразных источников, включая фактические данные или данные, полученные из компьютерной модели.

Фиг.3 иллюстрирует характеристическую кривую на основе веса, аналогичную показанной на фиг.2, за исключением того, что характеристическая кривая, показанная на фиг.3, относится к расширителю, например, расширителю 34. Характеристическая кривая включает в себя графическое представление производительности режущей(их) структуры(). Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.3, по горизонтальной оси, или оси x, отложена глубина проходки (измеряемая в дюймах) на оборот, d, расширителя. По вертикальной оси, или оси y, отложен вес на расширителе, деленный на прочность породы (эффективная площадь). Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.3, расширитель 34 является расширителем размерами восемь с половиной дюймов на двенадцать с четвертью дюймов.

Фиг.4 иллюстрирует характеристическую кривую на основе крутящего момента, относящуюся к буровому долоту, например буровому долоту 32. Характеристическая кривая включает в себя графическое представление производительности режущей(их) структуры(). Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.4, по горизонтальной оси, или оси x, отложена глубина проходки (измеряемая в дюймах) на оборот, d, бурового долота. По вертикальной оси, или оси y, отложен крутящий момент на долоте, деленный на вес на долоте (эффективный радиус). Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.4, буровое долото 32 представляет собой буровое долото диаметром восемь с половиной дюймов.

Фиг.5 иллюстрирует характеристическую кривую на основе крутящего момента, аналогичную показанной на фиг.4, за исключением того, что характеристическая кривая, показанная на фиг.5, относится к расширителю, например расширителю 34. Характеристическая кривая включает в себя графическое представление производительности режущей(их) структуры(). Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.5, по горизонтальной оси, или оси x, отложена глубина проходки (измеряемая в дюймах) на оборот, d, расширителя. По вертикальной оси, или оси y, отложен крутящий момент на расширителе, деленный на вес на расширителе (эффективный радиус). Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.5, расширитель 34 является расширителем размерами восемь с половиной дюймов на двенадцать с четвертью дюймов.

Согласно принципам настоящего раскрытия, характеристические кривые на основе веса для бурового долота и расширителя(ей) в данной КНБК можно комбинировать, как показано на фиг.6. Согласно фиг.6, каждая из характеристических кривых бурового долота и расширителя отображается на общем графике в общей системе координат. Характеристическая кривая включает в себя графическое представление производительности режущих структур. Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.6, по горизонтальной оси, или оси x, отложена глубина проходки (измеряемая в дюймах) на оборот, d, режущих структур (например, бурового долота 32 и расширителя 34). По вертикальной оси, или оси y, отложен вес на режущей структуре (например, бурового долота или расширителя), деленный на прочность породы (σ) (эффективная площадь). Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.6, буровое долото 32 представляет собой буровое долото диаметром восемь с половиной дюймов, и расширитель 34 является расширителем размерами восемь с половиной дюймов на двенадцать с четвертью дюймов.

Согласно фиг.6, комбинированные характеристические кривые позволяют пользователю выбирать любое желаемое ROP/RPM для КНБК, которая включает в себя долото 32 и расширитель 34, и быстро вычислять (или, по меньшей мере, аппроксимировать) ассоциированный вес на долоте/прочность породы для бурового долота 32 (“результирующее WOB/σ”) и ассоциированный вес на расширителе/прочность породы для расширителя 34 (“результирующее WOR/σ”). Режущая структура бурового долота и режущая структура расширителя могут находиться в различных литологиях с разной прочностью породы, σ. Нужно использовать надлежащую прочность породы, σ, для каждой режущей структуры, например, σ_b для прочности породы, связанной с буровым долотом, и σ_r для прочности породы, связанной с расширителем.

Кроме того, характеристическая кривая на основе веса для объединенной системы КНБК, содержащей режущие структуры бурового долота и расширителя могут генерироваться, как показано на фиг.7. Аналогично фиг.6, на фиг.7 представлена характеристическая кривая бурового долота 32 и расширителя 34. Однако фиг.7 также включает в себя характеристическую кривую системы (объединенные характеристические кривые режущих структур бурового долота и расширителя). Характеристическая кривая системы выражает сумму характеристической кривой бурового долота и характеристической кривой расширителя. Системная характеристическая кривая позволяет пользователю определить вес, необходимый для системы, для любой делаемой желаемый ROP. Согласно фиг.7, буровое долото 32 представляет собой буровое долото диаметром восемь с половиной дюймов, и расширитель 34 является расширителем размерами восемь с половиной дюймов на двенадцать с четвертью дюймов.

Нелишне отметить, что две характеристические кривые на основе веса могут “суммироваться” друг с другом для получения аппроксимации системы кривой, только если породы, с которыми сталкиваются две режущие структуры, обладают одинаковой или приблизительно одинаковой прочностью. Это справедливо, поскольку прочность породы оказывается в знаменателе величины, откладываемой по оси y характеристических кривых на основе веса.

Аналогичным образом, согласно принципам настоящего раскрытия, характеристические кривые на основе крутящего момента для системы, которая включает в себя буровое долото и расширитель(и) в данной КНБК, можно проиллюстрировать на общем графике, показанном на фиг.8. Согласно фиг.8, каждая из характеристических кривых бурового долота и расширителя отображается на общем графике в общей системе координат. Характеристическая кривая включает в себя графическое представление производительности соответствующих режущих структур. Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.8, по горизонтальной оси, или оси x, отложена глубина проходки (измеряемая в дюймах) на оборот, d, режущих структур (например, бурового долота 32 и расширителя 34). По вертикальной оси, или оси y, отложен крутящий момент на режущей структуре (например, бурового долота 32 и расширителя 34), деленный на вес на режущей структуре (эффективный радиус). Согласно варианту осуществления, проиллюстрированному на фиг.8, буровое долото 32 представляет собой буровое долото диаметром восемь с половиной дюймов, и расширитель 34 является расширителем размерами восемь с половиной дюймов на двенадцать с четвертью дюймов.

Согласно фиг.8, комбинированные характеристические кривые позволяют пользователю выбирать любое желаемое ROP/RPM для КНБК, которая включает в себя долото 32 и расширител