Введение к работе
Актуальность проблемы
Известно, что уд.вес проходки вертикальных и наклонных сква-яин шарошечными долотами в настоящем составляет- более 80$ от общего объема бурения на территориях стран СНГ. От работоспособности 3-х шарошечных долот, опорных узлов ГВД и, вообще, самой бурильной колонны зависит эффективность проводки скважин и общие показатели бурения.
Стойкость основных рабочих элементов бурильной колонны и долота во многом определяется динамикой взаимодействия бурильного инструмента с забоем и как следствие вибрациями.
Причиной "застоя" и медленного роста показателей отработки долот, особенно в глубоком бурении, на наш взгляд, является недоучет фактора взаимодействия КНЕК с забоем. Это обстоятельство относится одинаково и к роторному, и к турбинному способу бурения.
В настоящее время из-за различия геологических условий бурения, сложных условий работы бурильного инструмента и управления процессом углубления забоя виброзащита низа бурильной колонны все еще является проблемой.
Общеизвестно, - проводка скважин в твердых и неоднородных породах роторным способом вызывает интенсивные осевые вибрации низа бурильной колонны, ускоряющие износ бурильных труб и препятствующие' повышению проходки на долото.
Осевые вибрации с ростом амплитуды колебаний становятся опасными, особенно в турбинном бурении как в низкочастотной, так и высокочастотной области рабочих оборотов вала турбобура. В отсутствии кесткой связи бурильной колонны с забоем, в отличие от роторного бурения, здесь в компоновке бурильного инструмента необходимо Ші"їЬ систему виброгашения. В частности, с установкой над долотом шшшдэля
е амортизированной опорой качения удается стабилизировать или даае снизить амплитуды осевых колебаний низа бурильной колонны. 3 других случаях при работе с многорядныяи осевыми опорами качения, которые характерны для большинства конструкций турбобуров, под валом для стабилизации динамических характеристик пары долото-турбобур следует .' применять специальные амортизаторы.
Вышзизлокенные вопросы являются малоизученными. Например, недостаточно известна связь динамических характеристик бурильной колонны (продольной хесткости и коэффициента вязкой доссипации) с рабочими параметрами ІЗД такиш, как вращающий момент на валу и скорость вра-ерния долота. И особенно эта проблема ваяна для наклонно-направленного бурения скважин турбинными компоновками.
В случае наклонного бурения приоритет получают вопросы (увязанные с осевыми вибрациями) устойчивости движения турбинных отклоняющих кошоновок в скважине. От устойчивости движения отклонязсеях компоновок зависит качество проведения таких операций, как интенсивный набор зенитного угла, исправление зенитного угла и азимута скважины в интервалах работы погружных насосов, "серое" зенитного угла с целью попадания в круг допуска и т.д.
Такда образом, в качестве серьезного препятствия здесь выступает неустойчивость (не сбалансированность) турбинных отклоняющих компоновок. И если учесть, что большинство н-н скважин-разбуривается забой ннмн двигателями, а, это более 10$, всего эксплуатационного бурения в стране, то проблема борьбы с вибрациями и неустойчивостью и на этой основе проектирование динамически устойчивых КНБК в турбинном бурении является актуальной.
Цель работы
Исследование поведения компоновок низа бурильной колонны, их виброзащиты и устойчивости в зависимости от колебаний бурильного инструмента в сквакпне.
5.
Основные задачи рабогк
I. Определение оптимального состава ККЕК, обеспечивающего безопасный уровень вибраций в бурильной колонне (роторное а турбинное -бурение).
.2. Построение общего критерия внбрззлщлты КЬБК в наклонно-направленном буренки.
3. Исследование на основе промыслового эксперимента роли и значения больших масс УБТ в компоновке (роторное а турбинное бурение). ,
н. Аналитическое исследование влияния скорости вращения вала на силу реакции в подшипниках качения опоры турбобура в наклонной скважине.
о. Определение места рациональной установки амортизатора продольных и крутильных колебаний, з коипоновках низа бурильной колонны и его влияния на показатели роторного и турбинного бурения.
Методы исследований
В работе использовался комплексный метод, включающий аналитические исследования поведения компоновок низа бурильной колонны на устойчивость методами теория механических колебаний, теории упругости и сопротивления материалов, и экспериментальную проверку эффективности в смысле виброзалциты КНВК в промислових условиях.
Научная новизна
Аналитически обоснована эффективность применения роторних КНБК : тяжелыми УБТ и с амортизатором на заданном расстоянии от долота, зркзодящих к существенному росту механической скорости бурения, что практически псдтверадено при бурении з твердых и средние породах t условиях Вост.Украины (увеличение vm в .2. раза). Компоновка проект-луо-залась исходя кз заданной буферной массы 1TU- по принципу, аналогичному эффекту "Еолнг.ьоца.".
'& ' .--
Разработана с помощью теории нелинейных колебаний и вариационного принципа в механике методика проектирования динамически устойчивых КНЕК в роторном и турбинном бурении.
Разработана математическая модель устойчивости двиаения в сква
жине турбинного отклоштеля (ТОЇ; Т02), а такяе турбинных компоновок
со шпинделем - откдонителем Ш0І-І95. Анадитиз&ски обоснована
целесообразность применения амортизатора под валом турбинного откло-нителя при выборе ниглего и верхнего плеча (относительно соответствующих масс, как 1/4 или 1/3) значительно почивающих устойчивость отклоняющей компоновки в азимутальной плоскости. Практическая ценность
Предложены роторные и турбинные КНЕК, обеспечивающие виброзаши-ту бурильного инструмента в скважине. Разработаны методы проектирования виброзащигы турбинных компоновок для наклоннонаправленного буре-н-м. Получены условия для проектирования динамически устойчивых компоновок для бурения наклонно-направленных скважин с отклонителем с .цельи управления траекторией ствола. Разработаны новые конструкции амортизаторов (ВЕУТ, ВБУД-1"72) для турбинного бурения и бурения с отбором керна (ВБУК-І72) в компоновке со снарядом "Недра". Реализация работы в промшлвнеости
Соответствующие выводы и рекомендации работы Лши воплощены в конструкциях амортизаторов ВБУ-240, ВВТ-Г72, ВБУД-І72, прошедших испытания на площадях Сев.Кавказа, Бост.Украины, Нва.Болги и Западной Сибири.
Предложены и нашли подтверждение на практике'виброзащитные компоновки в турбинном и роторном бурении. Экономический эффект на один
амортизатор серии ВБУ-240 в глубоком роторном бурении достигает 4883р. (в ценах 1990г.) и на амортизатор типа ВБУТ-І72 (ВЕУД-Г72) в турбинном бурении 4500 р. (в тех ае ценах).
Оеношшз заагапзсідз- пвлот!~тптя
Ha защіту з качество оскезкмс полк:с:^і дпс^зртгхпс^псП.р^.'.ч^ рккосятся:
-
Методика расчета виброзациткнг KHSK з pcTCJnicu а турЯкЕккі буро-* ияи, в той число при проводко" наклогагэ-пайразлсп^з cssarnn.
-
Результати исследования роли п зкатонэт болылк тез УБТ з ШЗК (в роторной и турбнннои буренки) и их влиятля ї-із голгезтіз' своРегга буральноЯ колонны и показатели бурекил.
-
Результата исследования возиотаюстя построена.*! обаого Еря?вр:*а; виброзазяти ККБК з наклонно-напрадяеі*ноц бурскки.
-
Амортизатор продольных и крутияьпых келебая;:Я с погзпзгпгмР дкнап-ческоР. жесткостью для турбинного бурзінм (Е5УТ-І72) а с^срткзатор продольно-крутильных колебаний є регулируеиоП продольной етстггестьэ упругого элемента (ВБУД-І72).
о. ККБК, сочетающую амортизатор продольных, колебаний над додотсп, кризо? переводник 'з случао набора кривизны) над шпинделей турбобура или отіаонителя и двухшарнирный стабилизатор направления бурсігня над зябо!*кыи двигателем.
Апробация саботн
Вопросы, составляющие содетїдаїїка диссертации, доаладцгзяи» (з качество годовых отчетоз) аа Утопом Совото ЕШЗЇВТ 134-135 гг.), а такаа па расширенной Тєхплчз'її'О'З Созетэ ГдаЕТпі:г:гьггологгп (дсггСрь 1989 г.).
Д^ЙЛ ІЇТГП ГТПІ
Структура в объём тзаботи
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, с Сна литература, еодераащего 99 наименований, и приложений на 63 стрз Qax"(документы о внедрении и расчет зкокоїшчеекой эффективности). Ра <$о$а нзлсзена щ Ї59;странацах машинописного текста, содержит 9 рие>
60S И 7 Т&бЯЕЦ.