Введение к работе
Актуальность работа. В условиях энергетического кризиса возрастает роль буровых работ в народном хозяйства страны. Возрастание потребности з увеличении добычи нефти, газа и газокондекса-та приводят к росту объемов бурения, приходящихся на проводку скзазин в условиях повышенной прочности горных пород. Непрерывно 'возрастает объемы бурения наклонных и горизонтальных скважин. Осложнения условий проводки сквазгин приводят к необходимости совершенствования оборудования, применяемого в практике бурения.
Одним из путей интенсификации процесса бурения является использование демпфирующих компоновок низа бурильной колонны (КНЕК). Как показывает опыт бурения, значительного улучшения показателей проводки скважин можно добиться также путем наложения динамических нагрузок на породоразрушакдай инструмент, при сохранении его непрерывного контакта с забоем. Повышение эффективности процесса бурения отмечено также при использовании скважинных устройств, создающих призаббйяуя пульсирующую промывку. Практическая реализация преимуществ, связанных с внедрением в практику бурения дан-них направлений развития буровой техники оказалась сопряжена с значительными трудностями, которые, в первую очередь, касаются сложности конструкций разрабатываемого оборудования. Поэтому проведение комплекса работ по исследованию и-разработке забойной компоновки, позволящей сочетать статическую нагрузку на долото. с динамическим импульсом, при сохранении непрерывного контакта поро дораз рушащего инструмента с забоем и улучшении качества промывки, является задачей актуальной для теории и практики бурения, решение которой способствует более рациональному использованию подводимой к забои мощности.
Объектом исследования (имеидим патентну» новизну) является
схема забойной компоновки, состоящей из разделителя, демпфирующего колебания бурильной колонны, шарового вибратора и струйного насоса, создающих пульсирующую призабойкуга промывку и динамическое воздействие на забой (рис.!).
Дель теботи. исследование и выбор рациональной схемы забойной компоновки, повышапией эффективность бурения на основе создания методики расчета гидравлической системы, состоящей из шарового вибратора и струйного насоса, а такке многофакторгшг лабораторных и стендовых исследований ж промысловых испытаний.
Основные задачи иссладований:
Анализ схем КЕБК и выбор направления работ по их дальнейшему совершенствованию.
Анализ конструкций скважинных вибраторов, разработка вибратора, способного работать в условиях скз&танк с учетом особенностей процесса бурения. Теоретическое исследование работы вибратора и разработка методики расчета его характеристик.
Проведение стендовых испытаний виброэжекционной системы, состоящей из струйного насоса и вибратора.
«
Разработка конструкции забойного устройства для роторного бурения е породах повышенной категории прочности я методики его расчета.
Стендовые и промысловые испытания разработанного устройства.
Разработка рекомендаций по проектированию и применению забойных устройств, оснащенных струйным насосом, шаровым вибратором 2 разделителем бурильной колонны.
Научная новизна. Установлено, что рациональное сочетание разделителя бурильной колонны, шарового вибратора и струйного насоса в единой забойной компоновке позволяет интенсифицировать процесс промывки и увеличить механическую скорость бурения и проходку в
широтам диапазоне изменения подачи бурового насоса. Исследованы рабочие характеристики вибратора шарового типа и выявлен механизм возникновения колебаний рабочего органа при различном расходе' жидкости.
Проведен сравнительный анализ стационарного и пульсирующего режимов промывки скважины в процессе бурения,
7совершенствована математическая модель продольных и попе
речных яолебаяий шара вибратора, реализованная в методике и прог
рамме расчета на ЭШ.
Исследован характер распределения потоков в гидравлической система -забойно* компоновки, включающей вибратор шарового типа и струйный насос с параллельной схемой включения.
Схема разработанной КНЕК защищена патентом Российской Федерации.
Практическая пенностъ таботн.Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать методику расчета вибратора парового типа и'оценить влияние конструктивных факторов на его работу как в автономном режиме, так и в сочетании с другим оборудованием. Выполненные исследования позволяют рекомендовать использование струйного насоса и вибратора шарового типа в единой забойной компоновке для создания призабойной пульсирующей промывки и динамического нагружения долота.
Разработанная методика гидравлического расчета устройства может быть использована при проектировании забойных компоновок различных типоразмеров, содержащих вибратор шарового типа и струйный насос с параллельной схемой .включения.
Разработанная схема КЙБК обеспечизает увеличение механической скорости бурения и долговечности породоразрушающего инструмента.
Реализация "работы. Конструкция устройства, разработанного на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований, прогиа апробацию в Приволжском УБР АО "Бургазгеотерм". По результатам промысловых исследований рекомендована разработка размерного ряда испытанной компоновки. Теоретические исследования работы шарового вибратора обобщены в "Методике и программе расчета на ЭВМ характеристик забойного шарового вибратора, используемого при бурении скважин", утвержденной РАО "Газпром".
Апробация -работы. Основные положения диссертационной работы представлены и обсуздены на совещании-семинаре по проблемам развития геологоразведочных и добычных работ в Западном регионе Украины (Ивано-Франковск, ноябрь 1992 г.) ; сессии научного совета Сибирского отделения Российской Академии паук (Новосибирск, апрель 1993 г.) ; координационном совещания РАО "Газпром" (Ставрополь, сентябрь 1993 г.) ; научном семинаре кафедры "Машинк и оборудование нефтяной и газовой промышленности" ГАНГ да.И.М.Губкина.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 работ, в том числе получен I патент Российской Федерации.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы. В Приложении приведена "Методика и программа расчета на ЭБМ характеристик забойного шарового вибратора, используемого при бурении скважин" и акты лабораторных, стендовых и промыслозых испытаний разработанного устройства.
