Введение к работе
Актуальность работы. Новые экономические принципы склады-зающиеся в народном хозяйстве страны, в том числе геологии, настоятельно требуют коренного пересмотра существующих методов зценни создаваемой техники и технологических процессов, где ос-ювнкми критериями будут: металлоемкость, энергоемкость единицы зыполняемьос работ, экологическая безопасность, качество и произ-зодительность труда. В этом отношении в структуре геологоразведочных работ наиболее ге.снологически сложный, ыеталлоэнергоеы-шй вид - колонковый способ бурения скважин, позволяющий полу-}ить ценный геологический материал в виде керна.
По мненип большинства исследователей и потребителей буро-зой техники, в настоящее время из всех существующих способов колонкового бурения одним из наиболее перспективных является доведение скважин с использованием снарядов со съемными.керно-чриемниками. Однако данный способ в свете перечисленных критериев оценки имеет существенный недостаток, обусловленный его конструктивными особенностями. Ьто использование специальной ле-Зедки, имеющей ограниченные технические возможности по регулиро-занию скорости вовлечения съемного керноприемника, наличие вспомогательного инструменту - овершота, системы блоков и т.д. Кроме того иэ-за сравнительно увеличенной площади торцевой поверхности породораэрущащего инструмента, повышается энергоемкость од-адго погонного метра бурения. Эти недостатки с дороговизной техніки являются отрицательными факторами, сдерживающими рост объемов бурения скважин снарядами со съемными керноприемниками.
В нашей стране основополагающие исследования в области колонкового бурения сквояин выполнены Б.И.Есздвюгенскш, Ф.А.Шам-шевым, Б.Б.Кудряшовым, Д.Н.Башкатовш» Е.А.Козловским, А.Калининым, Л.К.Горшковым, Ю.М.Парийским, А.М.Яковлевым, Й.Г.Шелко-вниковым, Ю.Т.Морозовьм, А.Т.Киселевым, В.Г.Кардшем и др.
Вопросам исследования и создания технических средств бурения скважин снарядами со съемными керноприеыниквми ССК или КССК, разработке породораэрушающих инструментов и колонковых наборов для них, определению эффективных областей их применения посвящены работы сотрудников ВИТРа И.С.Афанасьева, В.П.Онищина, Ю.А.Бакланова, И.А.Запевалова, Н.И.Исаева, Н.М.Корнилова, И.А.Вгова и др., а также СКВ "Геотехника" В.В.Григорьева.
Из перечисленных авторов В.П.Онищиным были выполнены циклы теоретических и експериментальних исследований по созданию целостной картины двивешш съемного керноприеыника по' внутренней полости колонны бурильных труб. При этом справедливо полагая, что главное преимущество данного метода мояет быть реализовано через совершенствование спуско-подъемных операций, автор установил ряд важных зависимостей, касающихся гидродинамики и проходимости съемного керноприеыника.
Все имеющиеся теоретические и экспериментальные исследования транспортировки съемного керноприемника освещают вопросы либо изучения закономерностей его нисходящего движения в направлении забоя, либо восходящего с керном в сторону дневной поверхности, осуществляемого аа счет тяговых услий подъемной лебедки. Между тем, отмеченные недостатки снарядов со съемными керноприемниками, на наш взгляд, могут быть успешно устранены при реализации потенциальных возможностей принципиально
нового способа транспортировки съемного керноприемника на дивную поверхность напором восходящего потока. Данное направление хотя и признано отечественными и зарубежными исследователями многообещающим, однако до сих пор не изучено.
Цель работы - создание научных основ и разработка технических средств способа бурения скважин с гидротранспортированием съемного керноприемника, обеспечивающих качественное повышение эффективности буровых работ.
Основные задачи исследований.Поставленная цель в данной работе достигнута посредством решения следующих задач;
исследование гидродинш'ичесиой характеристики напорного нисходящего движения промывочной жидкости в кольцевом канале, ограниченном стенками скважины и колонной бурильных труб;
создание математической модели восходящего движения съемного керноприемника;
установление эффективных областей применения способа [чщротранспортиропания съемного керноприемника а зависимости эт интенсивности поглощения промывочной жидкости в скважинах;
разработка технических средств бурения сква»ин с гидро-фанспортированием съемного керноприемника;
определение перспективных направлений развития способа 'идротронспортирования.
Методы исследований. Системный литературный анализ извест-шх научных робот использовался для выбора основных направлений ісследовашія по повшенио эффективности бурения, скважин снарядами со съемным керноприемником.
Теоретические исследования с использованием математичес-сого аппарата и ЭВМ выполнялись при изучении: гидродинамичео-;их характеристик нисходящего потока промывочной аидкости в
кольцевом канале,восходящего движения съемного керноприемника, факторов, определяющих эффективность применения способа гидротранспортирования» технико-экономических показателей-бурения и путей дальнейшего совершенствования.
Экспериментальные исследования проводились на гидравлическом стенде, спроектированном в соответствии с принципами недели рования физических процессов, где проверялись результаты теоретических исследований об изменении характера движения нисходящего потока в зависимости от расхода и поперечных размеров кольцевого, канала, установление начального момента движения съемного керноприемника.
Экспериментально-производственные исследования были выполнены с целью проверки работоспособности созданных технических средств, уточнения зависимости времени выноса съемного керноприемника от величины давления промывочной жидкости и значений поперечных размеров кольцевого канала.
Научная новизна выполненной работы заключается в следув-щем;
-
Впервые теоретически исследованы гидродинамические характеристики нисходящего осесимметричгаго движения промывочной жидкости в кольцевом канале, ограниченном стенками скважины и колонной бурильных груб.
-
Еыведена математическая форкуяа для вычисления критического числа Рейнольдса в зависимости от отношения внутреннего радиуса кольцевого канала к внешнему, на основании чего установлены границы перехода одного ревима движения жидкости в другой.
-
Создана теоретическая модель ьосходящего напорного дви-шения съемного керноприеыника по внутренней полости колонны труб, расположенных в вертикальных и наклонных скважинах.
-
Теоретически обоснованы основные требования, определяющие конструктивные особенности технических средств, породоразру-шащего инструмента, применяемых при бурении скважин с гидро-транспортировашеы съемного херноприемника.
б. Построен график по установлению границ эффективности использования ппоссба гидротранспортнрования съемного керноприемника в зависимости от водспоглящающей способности скважин.
Достоверность научных положений . Выведенные зависимости и рекомендации подтверждаются результата аналитических, теоретических и экспериментальных исследований, зкспериментально-производствекксй проверкой созданных технических средств в действующих окэавинах, оснащенных -современными контрольнс-измери-гельиоди приборами, обработкой результатов на <Ш, а такке практикой работ буровых бригад.
Практическая ценность работы;
показана потенциальная возможность и оффактизность спо-:оба бурения скважин а гидротрекспортировакием съемного керно-іриемника за счет уменьшения материіілзнергоенкости процесса бу-iswm и затрат на вспомогательные операции;
созданы на уровне изобретений конструкции колонковых зборов;
созданы на уровне изобретений алыазные коронки, позволяйте снизить еиергоеикость процесса разрушения пород.
Реализация результатов работы в промышленности. Способ бурения скважин с гидротранспортированием съемного керноприемника внедрен в производство буровых работ ПГО "Юикаэгеология". При отом достигнуто повышение эффективности буровых работ ва счет исключения из состава комплексов ССК-59 технических средств, предназначенных для извлечения съемного керноприемника и снижения затрат времени на вспомогательные операции. Фактический экономический аффект на объем внедрения составил - 6049 рублей со снижением стоимости одного метра бурения по сравнении с традиционным способом на 2,4 руб. По результатам ранее проведенных работ в 1990 году данный способ бурения был включен в перечень особо важных геологических и производственных заданий объединения.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований докладывались на Всесоюзном сове* щаннн в г.Алма-Ате.(1989т).» обсувдались на ІГГС объединения ДГО "Южказгеология" и научном семинаре кафедри "Технология я техника бурения скважин" ЛЛИ им.Р.Б.Плеханова в 1991г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано б статей.' Основные технические решения (защищены 3 авторскими свидетельствами.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состой* из введения, пяти плав, основних выводов и рекомендаций, изложенных на 1SS страницах машинописного текста, включает рисунков, 2.3) таблтш,список литературы из 65 наименований.