Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние исследуемого вопроса
1.1. Работа бурильной колонны
1.2. Методика проектирования трасс глубоких наклонно-направленных геологоразведочных скважин
1.3. Цель и задачи исследований
Глава 2. Методика исследований
2.1. Геолого-техническая характеристика района работ
2.2. Методика изучения разработки стволов геологоразведочных скважин
2.3. Методика измерения затрат мощности на вращение бурильной колонны
Глава 3. Исследование условий работы бурильной колонны в глубоких наклонно-направленных геологоразведоч ных скважинах
3.1. Затраты мощности на вращение бурильной колонны
3.2. Разрушение бурильной колонны
3.3. Разработка стволов глубоких геологоразведочных скважин
Глава 4. Движение растянутой части бурильной колонны в искривленном участке ствола
4.1. Теоретические и экспериментальные исследования
4.2. Производственные исследования
Глава 5. Определение допустишь параметров искривления скважин и ограничение их влияния на показатели бурения
5.1. Определение допустимой интенсивности искривления ствола скважины я
5.2. Закономерности формирования искривленных участков ствола
5.3. Мероприятия» ограничивающие влияние искривления ствола на показатели бурения
5.4. Контроль искривления
Глава 6. Проектирование прошей глубоких наклонно-направленных геологоразведочных скважин q учетом ловий работы бурильной колонны
6,1. Задачи и принципы проектирования профилей глубоких наклонно-направленных геологораз ведочных скважин
6.2. Влияние параметров профиля наклонно-направленной скважины на показатели бурения
6.3. Определение оптимальных параметров профиля наклонно-направленных скважин
6.4. Определение глубины интервала активного искривления и начального угла забуривания
6.5. Производственные исследования влияния профиля наклонно-направленных скважин на по- казатели бурения
6.6. Определение экономической эффективности расчетного профиля
Заключение
Литература
- Методика проектирования трасс глубоких наклонно-направленных геологоразведочных скважин
- Методика изучения разработки стволов геологоразведочных скважин
- Разработка стволов глубоких геологоразведочных скважин
- Производственные исследования
Введение к работе
Современный этап развития геологоразведочных работ характеризуется значительным увеличением глубин разведуемых горизонтов. При этом ооъем бурения геологоразведочных скважин глубиной более 1000 м по сравнению с 1978 г, возрос до 5 раз и глубина скважин часто достигает 2000 -3000 м, что объясняется необходимостью поисков новых месторождений и доразведкой глубоких горизонтов в освоенных районах. Однако, увеличение глубин разведочных скважин требует значительного увеличения материальных затрат. Стоимость скважин может быть существенно снижена за счет ускорения и удешевления процесса глубокого бурения при обоснованном выборе профиля скважины и соответствующих режимов бурения- Развитие техники и технологии бурения геологоразведочных скважин на современном этапе характеризуется стремлением к увеличению частот вращения бурового снаряда. Это вполне закономерно, так как увеличение частоты вращения породоразрушающего инструмента повышает механическую скорость бурения, то есть вскрывает один из резервов увеличения производительности буровых работ. В настоящее время при бурении алмазными коронками нередко применяются частоты вращения снаряда до, 1000 об/мин и бодее. Для реализации таких частот вращения разработан параметрический ряд буровых установок типа УКБ, Но, как показал опыт бурения геологоразведочных скважин, с увеличением глубины скважин уменьшается возможность применения высоких частот вращения вследствии значительного роста мощности, расходуемой на вращение бурового снаряда в скважине, уменьшается механическая скорость и производительность бурения.
Уровень затрат мощности на вращение бурильной колонны является одним из главных факторов, определяющих режимные параметры бурения. Составляющие затрат мощности на вращение бурильной ко лонны складываются из затрат мощности на вращение сжатого и растянутого участков бурильной колонны, причем длина последнего при бурении скважин глубиной более 1000 м достигает 80% и более длины всей колонны и расход мощности на вращение ее вносит существенный вклад в общий уровень мощности, затрачиваемой в процессе бурения» Причем, если расход мощности на вращение сжатой части при достижении глубины скважины более 200- 300 м при неизменных параметрах системы "бурильная колонна - ствол скважины" и режимах бурения (п и Сое ) остается практически неизменным, то для растянутой части параметры системы "бурильная колонна -ствол скважины" по мере увеличения глубины и, соответственно, растягивающего усилия постоянно меняются, уровень затрат мощности растет, достигая предельных значений, ограничивая область использования высоких частот вращения бурового снаряда.
Особенно актуальны эти проблемы при бурении наклонно-направленных геологоразведочных скважин. В этих случаях, наряду с увеличением длины бурильной колонны существенно возрастают трудности и стоимость мероприятий, направленных на сохранение проектного направления трассы скважины. Наличие сильноискривленных участков усложняет технологический процесс бурения, увеличивает силы сопротивления движению бурильной колонны и затраты мощности, вызывает возникновение дополнительных изгибных напряжений в колонне, увеличивая вероятность аварии.
В настоящей работе на основе изучения условий работы растянутой части бурильной колонны при бурении глубоких наклонно-направленных геологоразведочных скважин исследуется влияние некоторых параметров ствола скважины на режим работы бурильной колонны. Проведенные исследования позволили разработать рекомендации по проектированию и технологии бурения профилей глубоких наклонно-направленных геологоразведочных скважин, обеспечиваю щие повышение производительности бурения за счет оптимизации некоторых характеристик системы "бурильная колонна - ствол скважины".
Производственные исследования были выполнены на буровых установках Мурманской и Северной ГРЭ ПГО "Севзапгеология".
, Результаты исследований опубликованы в трех статьях, в двух отчетах, обсузедались на научно-технических советах ПГО "Севзап-геология" и научных конференциях МГРИ и учтены при составлении методических рекомендаций по бурению глубоких геологоразведочных скважин.
Научное руководство осуществлялось доктором технических наук профессором Д.Н.Башкатовым.
Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам кафедры разведочного бурения и Отраслевой научно-исследовательской лаборатории ТРБ, а также работникам ПГО "Севзапгеология", оказавшим помощь при проведении экспериментальных работ и написании диссертации.
Методика проектирования трасс глубоких наклонно-направленных геологоразведочных скважин
При проектировании профиля наклонно-направленной скважины задаются: конечный угол наклона ствола скважины ( 0 н ) и точка пересечения с пластом, определяемая глубиной Нс с учетом геологического допуска. Исходя из поставленной задачи при проектировании необходимо определить точку и начальный угол забуривания Q& , а также изменение угла наклона ствола с глубиной . Количество возможных профилей достаточно велико (рис. 1 3) при выборе их необходимо учитывать множество факторов, в том числе: возможности бурового оборудования и инструмента, рельеф местности, закономерности естественного искривления, области использования средств искусственного искривления, стоимость и другие.
Существующая в настоящее время методика проектирования таких профилей наклонно-направленных скважин, в тех случаях, когда закономерности естественного искривления не позволяют провести скважину в заданную точку с необходимым углом наклона ствола скважины, или эти закономерности для данного района изучены недостаточно, применяют средства искусственного искривления (клинья, ТЗ-3, СНБ и т.д.).
Однако область широкого использования средств искусственного искривления в настоящее время ограничена глубиной Ht = 500 700 м, после чего резко возрастает стоимость их применения (рис. 1.4), а надежность ориентации снижается (рис« 1.5) / 70,71,76 /. Поэтому в практике буровых работ при проектировании профилей таких скважин, проектный профиль разделяют на два участка: первый - ин I - участок Малиновая Варрака; S - участок Риколатва, - інтервал активного искривления ствола L , , где для задания необходимого направления широко используют искусственные средства искривления ствола, и второй - интервал пассивного поддержания направления ствола - Lz с учетом закономерностей естественного направления (рис. 1.3) / 31, 77 /.
Таким образом, при бурении глубоких наклонно-направленных скважин, растянутая часть бурильной колонны работает в условиях интенсивного искривления, особенно на участках ствола, где были применены средства искусственного искривления. Анализ расчетных и производственных материалов / 42,64 и др. / показал, что в этом случае происходит снижение надежности бурильной колонны, увеличивается вероятность аварии и сложность их ликвидации вследствии эксцентричного расположения ловильного и ловимого инструмента; возможна разработка ствола и жело бо образование (кавернообразова-ние); снижение режимных параметров и, как следствие, снижение скорости бурения и т.д. При этом следует учесть, что современные методики прочностного расчета бурильной колонны / 41,90,109,110 / недостаточно точны, так как не учитывают возможные формы движения бурильной КОЛОНИЙ. Поэтому при проектировании профиля скважин желательно иметь данные о возможных параметрах искривления с учетом характера движения бурильной колонны в скважинах с таким прос[илем.
Как это следует из анализа литературных источников, характер движения бурильной колонны определяет уровень затрат мощности на поддержание данного режима движения и надежность элементов бурильной колонны, которые, в свою очередь, ограничивают область использования высоких частот вращения, снижая тем самым производительность бурения. В то же время характер движения бурильной колонны определяется параметрами системы "бурильная колонна - ствол скважины".
Однако в опубликованных работах:- определение влияния параметров системы "бурильная колонна- ствол скважины4 проводилось в основном для скважин глубиной неболее 500 700 и. Исследования работы растянутой части бурильнойколонны обычно ограничивались низкими частотами вращения бурильной колонны, редко превышаккцими 238 336 об/мин;- в существующих работах практически нет окончательного ответа о влиянии таких параметров как диаметр ствола скважины и искривление на режим работы растянутой части бурильной колонны при бурении глубоких геологоразведочных скважин;- методы проектирования глубоких наклонно-направленных скважин и расчета на прочность бурильной колонны не учитывают возможный режим ее движения.
Следовательно, имеющиеся в настоящее время теоретические исследования, а также экспериментальные (стендовые и производственные) не дают достаточно достоверного представления о движении растянутой части бурильной колонны, условиях возникновения и существования различных режимов движения, а также степени их влияния на показатели бурения.
Целью настоящей диссертационной работы является: исследование условий работы растянутой части бурильной колонны в искривленных скважинах и разработка рекомендаций по проектированию и технологии бурения глубоких наклонно-направленных геологоразведочных скважин, обеспечивающих повышение производительности бурения за счет расширения области использования высоких скоростей вращения бурового снаряда.
Задачи исследований:I. Определить основные параметр системы "бурильная колонна- ствол скважины", соответствующие растянутой части бурильной колонны при бурении наклонно-направленных геологоразведочных скважин глубиной более 1000 м, ограничивающие использование максимальных частот вращения бурового снаряда.2. Исследовать влияние искривления ствола скважины на режим работы растянутой части бурильной колонны и определить допустимые параметры искривления ствола,3. Разработать рекомендации по проектированию профиля и выбору технологии бурения глубоких наклонно-направленных геологоразведочных скважин с целью повышения производительности путем снижения энергоемкости и аварийности процесса бурения при использовании высоких скоростей вращения бурильной колонны.
Методика изучения разработки стволов геологоразведочных скважин
Как показали исследования А.И.Варецы / 29 / разработка стволов геологоразведочных скважин может быть определенным косвенным показателем условий взаимодействия бурильной колонны со стенками скважины. Для замеров диаметра ствола были использованы стандартные каверномеры типа HM-I, НМ-2, у которых под действием груза выдвигаются три рычага, центрирующие прибор в скважине. Так как рычаги связаны друг с другом, то прибор фиксирует лишь некий средний диаметр ствола, в который вписывается данный прибор. Однако в условиях бурения наклонно-направленных скважин, как показал анализ производственных материалов, возможна эксцентричная разработка ствола, при которой соотношение максимального (IWx) и ре --гистрируемого обычным наверномером диаметра ( Dcp ) может достигать 1,5 2 (рис. 2.1), тогда как последний не может превышать 1,15 (Dmin) (рис. 2.2).
Кроме того, при большом угле наклона ствола скважины, составляющая усилия от действия груза, выдвигающего регистрирующие рычаги ( PPw4)i уменьшается, а действие веса самого прибора ( Pop ) на рычаги увеличивается, то есть прибор собственным весом поджимает пружину рычага, тем самым занижая значения фактического диаметра. Особенно значительные ошибки возникают при угле наклона скважины более 25 30 от вертикали (рис. 2.3).
Повысить надежность прибора и расширить диапазон использования возможно с помощью увеличения веса растягивающего груза за счет размещения всех регистрирующих датчиков и узлом прибора в нижней части каверномера или регистрацией величины выдвижения каждого из рычагов независимо друг от друга. По такому принципу сделан профилемер ПМ-50, используемый в тресте "Днепрогеофизика"»
Однако в настоящее время данная аппаратура в промышленном масштабе не производится, поэтому для определения фактической разработки ствола можно использовать обычный каверномер (KM-I или КМ-2), предварительно отсоединив два из трех рычагов, оставив только регистрирующий. При этом, каверномер с одним выдвинутым рычагом, как показал опыт применения в Мурманской ГРЭ, обычно стремиться занять положение в плоскости наибольшего диаметра. Сопоставление данных обычной кавернограммы с однорычажной в искривленных скважинах дает более достоверные данные о разработке ствола, чем только обычная кавернограмма.
Методика изучения закономерностей разработки ствола геологоразведочных скважин заключалась в неоднократном повторном измерении диаметра скважины с помощью каверномера KM-I или КМ-2, а в отдельных случаях, при значительных углах наклона ствола (более 30, Ковдорская ГРИ), дополнительно-однорычажковым каверномером. Б связи с тем, что породы УМІ категории подвергаются разрушению незначительно, то измерения проводились через 300 500 м проходки скважины. Анализ разработки ствола профиля проводился для однотипных пород в зависимости от глубин забоя без сравнения в количественном отношении с разработкой в других скважинах, так как кроме значительной разницы по составу пород, имели место отличия в технологии бурения. Кавернограммы обрабатывались с помощью палетки. В дальнейшем результаты кавернометрии сопоставлялись с данными по расходу мощности на холостое вращение и инкли-нометрией. Б результате этого определялась зависимость скорости разработки от глубины бурения и искривления, а также влияния радиального зазора на расход мощности при холостом вращении.
Измерение затрат мощности на вращение бурильной колонны проводилось с помощью ваттметров Н-348 и Н-нЗбО, а также показывающего узкопрофильного амперметра Э-395. Контрольно-измерительная аппаратура включалась в разрыв электрической цепи: сеть (генератор) - электродвигатель станка. При снятии показаний при работе с амперметром одновременно фиксировались величина тока и напряжения. Так как, исходя из поставленных задач сравнения энергетических затрат по различным скважинам не требовалось, а определялась лишь качественная характеристика изменения затрат мощности в каждой отдельной системе "бурильная колонна - ствол скважины", то нагрузочные потери в станках, которые в общем случае весьма незначительны, не учитывались.
Затраты мощности на вращение колонны определялись из разницы полученных значений мощности (V\/X.u) и мощности на вращение са мого станка при данной частоте вращения (WCT )Для определения зависимости V/л.ь от длины бурильной колонны замеры мощности производились через 50 200 м в зависимости от конкретных условий с частотой вращения от минимальной до максимально возможной, определяемой установочной мощностью станка.
Замеры проводились после промывки ствола при спуске бурового инструмента.Отсчеты по приборам производились при установившемся режиме работы электродвигателя, т.е. при стабилизации показаний прибора. В случае возбуждения вибрационного режима работы бурильной колонны, характеризующегося значительной амплитудой колебаний уровня мощности, среднее значение определялось полусуммойWk.6max
Для определения влияния растягивающего усилия на режим работы отдельных участков растянутой бурильной колонны в различных системах "бурильная колонна - ствол скважины" в целях ограничения влияния соседних участков использовалось специальное раскрепляющее устройство позволяющее растягивать и вращать бурильную колонну в интересующих участках ствола.
Растягивающее усилие при холостом вращении.определялось расчетным путем, а при специальном эксперименте с растянутой колонной по данным дриллометра и последующей проверкой по данным манометра маслонасоса.Результаты экспериментов сопоставлялись с данными каверно-метрии и инклинометрии.
Разработка стволов глубоких геологоразведочных скважин
Разработка ствола скважины с учетом физико-механических свойств горных пород может быть косвенным показателем характера движения бурильной колонны в скважине / 9,81 /. При бурении часть энергии, расходуемая станком, не доходит до забоя и направлена на преодоление сил сопротивления движению бурильной колонны И проявляется в виде работы по разрушению оамой бурильной колонны и стенок скважины. Поэтому, выделяя участки ствола, имеющие наибольшую разработку, можно определить условия возникновения высокоэнергоекких процессов.исследование разработки ствола скважины в процессе бурения проводилось по данным каверноиетркн 21-ной скважины мурманской ГРЭ с учетом $иэико-механичеоких свойств горных пород и особенностей применяемой кавернометрической аппаратуры. Горные породы по своим физико-механическим свойствам и составу представлены весьма широко и, поэтому на основании полученных материалов можно дать лишь общую качественную оценку условиям и величине разработки ствола скважины.
Основными факторами, определяющими величину разработки, являются следующие:а) физико-механические свойства пород, при этом наиболее подвержены разрушению слабые и трещиноватые породы типа карбонатитов;б) условия залегания также оказывают влияние на разрушениестенок скважины. Особенно это заметно при бурении круто залегаю щих пластов, где при наличии сформировавшейся разработки (каверны)происходит более интенсивное разрушение особенно ее верхней части(рис. ЗЛІ).в) существенную роль в разрушении стенок скважины играют уело вия взаимодействия их с бурильной колонной При определении влияния движения бурильной колонны на разрушение стенок скважины выделялись участки ствола, сложенные породами, сходными по своим физико-механическим свойствам с помощью повторной, по мере углуб-ки скважины каверноыетрии.
В результате полученных данных следует отметить неравномерную скорость (интенсивность) разработки различных участков ствола по мере угдубки скважины» Для скважин диаметром 76 мм при работе колонии СБТ«5ШЗ отмечается значительный прирост интенсивности разработки рассматриваемого участка ствола при удалении забоя более . 200 300 м, при дальнейшем углублении забоя скважины в процессе бурения наблюдается уменьшение интенсивности разработки Срио; 3.12, кривая А). Такая кривая характерна для вертикальных и слабо искривленных скважин, что подтверждается данными А.Й.Варецы / 29 /, в работе которого подобная зависимость объясняется виброударным характером движения колонны, которое соответствует нейтральному сечению..,- Однако для глубоких скважин при наличии искривленных участков ствола зависимость усложняется Срис. 3.12, кривая Б), то есть, если рассматриваемый участок ствола искривлен С а ь 0,1 град/м), при удалении забоя от этого участка более 500 700 м наблюдается повторное увеличение интенсивности разработки, причем на соседних участках ствола, сложенных такими же породами, но более прямолинейных, остается зависимость подобная кривой А Срис. 3.12). Исследуя изменение скорости разработки для одних и тех же участков ствола по мере удаления забоя и изменения прижимающего усилия, определяемого по методике М М,Александрова / 3 / произведением угла искривления участка ствола на растягивающее усилие равное весу нижней части бурильной колонны, было отмечено, что в местах локальных искривлений интенсивность разработки может расти быст рее, чем само усилие прижатия и время контакта бурильной колоннысо стенками скважины. Так, например, по мере удаления забоя от рассматриваемого участка ствола наблюдается значительная одностороння разработка его сечения (пунктирная кривая, рис. 3.13), замеряемая с помощью однорычажного каверномера, позволяющего определять Dmax (рис. 2.2). Формирование односторонней разработке происходит обычно в плоскости искривления ствола и зависит от сил прижатия бурильной колонны к стенкам скважины / 81 /. Однако при движении забоя от рассматриваемого сильно искривленного участка ствола более чем на 600ЙЗОО м, наблюдается увеличение интенсивности разрушения стенок скважины1 по всей окружности, то есть увеличение ср (рис. 2.2), регистрируемого обычным трехры-чажным каверномером (кривая Б, сплошная линия, рис. 3.12). Скорость разработки данного участка соответствует скорости разработки ствола нейтральным сечением бурильной колонны, который, как было установлено исследованиями ряда авторов /28,29 /, работает в вибрационной режиме» Это позволяет сделать предположение о возможности существования вибрационного С"динамическогоп) режима движения бурильной колонны на участке искривления ствола, подобно тому, какое имеет место в нейтральном сечении бурильной колонны При этом следует отметить, что разработка искривленных участков ствола геологоразведочных скважин не может быть только следствием трения при перемещении бурильной колонны в процессе бурения или во время спуско-подьемных операций, так как ствол разрабатывается не только в плоскости искривления, а по всему периметру сечения ствола и, как показывают исследования формирования разработки ствола, проведенные специалистами нефтяного бурения / 39,81 / в условиях бурения с малой частотой вращения, усилия прижатия бурильной колонны к стенке скважины в этом случае должны быть на порядок выше (более 90 даН/м), нежели существуют в геоло горазведочном бурении. Это также может служить косвенным подтверждением влияния частоты вращения и, соответственно, режима движения бурильной колонны на разрушение стенок скважины.1. Увеличение длины растянутой части бурильной колонны в процессе бурения глубоких Сболее ЮОС-ЙООО м) наклонно-направленных геологоразведочных скважин ведет к существенному увеличению расходуемой мощности, связанному с влиянием режима движения растянутой части бурильной колонны в скважинах данного типа, и ограничению области использования высоких частот вращения бурового снаряда.2. Показатель прироста мощности от длины растянутой части бурильной колонны - об функции Wx.ft - ] [L } величина переменная для каждой конкретной скважины и меняется в зависимости от глубины спуска бурильной колонны и условий ее работы в пределах 0,5 ,5, увеличиваясь с глубиной в искривленных скважинах.ki 3. Показатель степени ft при частоте вращения функции Wxe = f(h ) растет с увеличением глубины спуска бурильной колонны, достигая значений 3,0+4, характеризуя режим работы растянутой части бурильной колонны в глубоких наклонно-направленных скважинах, как вибрационный.4. Комплексный анализ таких косвенных показателей работы растянутой части бурильной колонны, как уровень мощности, аварийность, разработка ствола, позволил выделить участок нейтрального сечения бурильной колонны, работающей в больших радиальных зазорах, и верхние сильнорастянутыв участки колонны, работающие г искривленном стволе, как источник возбуждения вибрационного режима движения.
Производственные исследования
Для определения условий перехода к неблагоприятным формам движения бурильной колонны, к вибрационному режиму, в реальных искривленных скважинах был проведен комплекс исследований, включавший в себя измерения мощности на холостое вращение бурильной колонны на различной глубине с учетом кривизны ствола, проведение специальных экспериментов по вращению растянутой колонны в искривленных участках с известными параметрами искривления. Зависимость А к = f (& дол) то есть граница возбуждения вибрационного режима определялась из условия, что данный режим движения бурильной колонны характеризуется резким приростом мощности и сопутствующей ему вибрацией снаряда (рис. 4.6). Критическое усилие прижатия (6gon) определялось расчетным путем по максимальной интенсивности искривления и весу.колонны до рассматриваемого искривленного участка ствола. При холостом вращении бурильной колонны и ее не закрепленном нижнем конце, как следует из полученного графика (рис. 4,7), разброс значений весьма велик, особенно при малых частотах вращения и значительном удалении от исследуемого искривленного участка, что можно объяснить различием условий, в которых работает бурильная колонна в разных скважинах при наличии в скважине нескольких искривленных участков, влияющих на движение бурильной колонны, когда переход к вибрационному режиму может осуществляться быстрее, чем в скважине с одним искривленным участком. Кроме этого необходимо учитывать, что при большой глубине скважины интенсивность искривления рассматриваемого участка может уменьшаться вследствии разработки ствола, а так как изменить усилие прижатия для исследуемого участка в реальной скважине при холостом вращении колонны можно лишь увеличением глубины спуска колонны, то при этом увеличивается и степень влияния других факторов. Для определения конкретных значений границы перехода к вибрационному режиму движения Gcjon =j [л р) было предложено проведение специального эксперимента в реальной скважине с раскрепляющим устройством, устанавливаемым на нижнем конце бурильной колонны и позволяющим вращать колонну на одном и том же интервале ствола при различном растягивающем усилии Рр (рис. 4,8).
Раскрепляющее устройство состоит из опорного подшипника качения, позволяющего вращать колонну бурильных труб, тогда как сам раскрепитель остается в скважине неподвижным. Подвижные плашки, расположенные на конусе, не препятствуют свободно перемещать колонну вниз, но при подъеме раскрепляются в стволе скважины, позволяя при этом задавать любое растягивающее усилие Рр , Такие образом, изучение влияния ствола скважины на движение растянутой части бурильной колонны производилось сверху-вниз с постепенным увеличением длины бурильной колонны. После окончания опыта колонна опускалась до забоя и плашки, входя в специальный патрубок со --ответствующего диаметра, сжимались в нем и уже не препятствовалиподъему бурильной колонки.
Испытания проводились на скважинах диаметром 59 и 76 мм глубиной 130+300 м с интенсивностью искривления участков ствола 0,25 -2 град/м и частотой инклинометрических замеров через 5 м. Бурильная колонна ЛБТН-54 со смазкой типа КАВС вращалась с частотой 200 800 об/мин при растягивающем усилии, в рассматриваемом сечении, от 0 до 1200 даН. Плавная регулировка растягивающего усилия позволила четко представить характер изменения режима движения бурильной колонны.6 результате экспериментов доказано, что при действии определенного растягивающего усилия Рр бурильная колонна, вращаясь в искривленном стволе скважины, начинает двигаться в режиме, характеризующимся резким увеличением расхода мощности и вибрацией бурильной колонны, фиксируемой на поверхности Срис. 4.9), При более высоких частотах вращения бурильная колонна может перейти в данный вибрационный режим при меньшем значении растягивающего усилия. Характер изменения зависимости W раст - f (Р?) для скважины диаметром 76 мм такой же, как и в скважинах 0 59 мм Срис. 4.10). Отметим, что при вращении растянутой колонны в прямолинейной Сслабоискривленной JQ 0,05 град/м) скважине приРр = 0 1000 даН переход к вибрационному режиму движения не наблюдался Срис. 4ЛІ). Этот опыт подтверждает, что в искривленном участке ствола под действием растягивающего усилия бурильная колонна, прижимаясь к стенке скважины, может начать двигаться в вибрационном режиме, а при отсутствии влияния силы 6 или приG- - G-G0n такой переход не осуществляется в пределах реализуемых частот вращения колонны.
Сопоставляя полученные значения критической частоты вращения С n tp ) бурильной колонны в искривленном участке в зависимости от Затраты мощности на вращение растянутой бурильной колонны в искривленном участке ствола в зависимости от растягивающего усилия /Рр/ и частоты вращения /Я/. -?-усилия прижатия С (? п), при которых бурильная колонна начинает работать в вибрационном режиме Срис. 4.1), следует отметить,что полученные значения достаточно близко соответствуют значениям, полученным при холостом вращении колонны в других скважинах Срис. 4.7) и данным Кодзаева / 60 / для наклонных и горизонтальных скважин, где усилие прижатия определяется весом лежащей на стенке скважины бурильной колонны.
В соответствии с теоретическими и стендовыми исследованиями мы вправе предположить, что по мере увеличения растягивающего усилия и, следовательно, усилия прижатия 6- характер движения бурильной колонны в искривленном участке ствола плавно меняется от вида движения близкому переходному типа Ф,2 к ориентированному изгибу С Ф2 ), При этом, радиус вращения и амплитуда колебаний постепенно уменьшается Срис. 4.5 а,б), а с ними уменьшается энергия удара и, соответственно, уровень затрат мощности, что и на-блюдается на графиках в пределах ограниченных точками А А или В Б по мере приращения растягивающего усилия Рр Срис. 4.9) и прижимающего усилия G } (Рр) Срис. 4,10, 4.ІІ). Дальнейшее увеличение сил прижатия 6- r j (Рр)способствует плавному приросту мощности А А или Б Б , рис. 4.10, где показатель степени при Счас-тота вращения) находился в пределах ft - 0,7 -1, то есть мощность росла пропорционально частоте вращения С л ) и прижимающему усилию С ) до границы перехода к вибрационному режиму, обозначен ной точками А и Б в различных системах. Такое изменение мощно и т )iiсти в пределах значений А А или Б Б говорит об отсутствии влияния центробежных сил и вращении бурильной колонны вокруг собственной оси, то есть движении типа т- » Согласно теоретическим представлениям граница перехода к вибрационному режиму движения С А и Б ) по мере увеличения прижимающего усилия & j ( р/ связана с попытками накатывания бурильной колонны в сторону обратную
