Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор исследований по оценке влияния дифференциального давления и промывки скважин на буримость и стойкость шарошечных долот
1.1. Влияние дифференциального давления на процесс разрушения забоя глубоких скважин и стойкость шарошечных долот .9
1.2. Гидравлическая программа промывки глубоких скважин 24
2. Методика. проведения исследований и обработка экспериментальных данных
2.1. Общие положения 31
2.2. Промысловые исследования 33
2.3. Определение оптимального количества экспериментов и выбор модели 38
3. Промысловые исследования
3.1. Исследования по выбору параметра оценки эффективности гидравлической программы промывки скважин 43
3.2. Исследование влияния гидравлической мощности реализуемой на долоте, на буримость 56
3.3. Исследование вопросов подведения к забою максимума гидравлической мощности при проводке глубоких скважин 62
3.4. Исследование влияния частоты вращения и осевой нагрузки на механическую скорость проходки 74
3.5. Исследование влияния регулируемых параметров на стойкость шарошечных долот 82
4. Выбор и проверка модели процесса углубления забоя
4.1. Определение зависимости механической скорости проходки от регулируемых параметров с учетом влияния гидравлической мощности,реализуемой на долоте и дифференциального давления. 99
4.2. Выбор модели процесса износа опор долота 106
4.3. Определение достаточного числа уровней варьирования для определения параметрических коэффициентов и проверка модели 107
5. Оптимизация режим бурения
5.1. Методика определения коэффициентов базовых за висимостей 114
5.2. Оптимизация процесса углубления забоя 120
Литература 142
Приложение 151
- Гидравлическая программа промывки глубоких скважин
- Промысловые исследования
- Исследование вопросов подведения к забою максимума гидравлической мощности при проводке глубоких скважин
- Выбор модели процесса износа опор долота
Введение к работе
Послевоенный период в истории развития нефтедобывающей промышленности Советского Союза характеризуется быстрым ростом глубин нефтяных и газовых скважин. В первую очередь это относится к нефтяным районам юга страны, в частности к Азербайджану, где объём бурения скважин глубиной более 3,5 тыс.м в 1982 г. превысил 55% всей проходки.
В течение одиннадцатой пятилетки усилия геологов и буровиков Азербайджана будут направлены на поиски залежей нефти и газа в отложения х продуктивной толщи, мощность которых достигает глубины 6...7 тыс.м. Форсируются разведочные работы на мезозойские отложения, залегающие на глубине 4,5...5 тыс.м. В обоих случаях вскрывается мощная толща молодых терригеняых отложений кайнозойского возраста, для которых характерны высокое пластовое и поровое давления. Строительство скважин указанных категорий в обозримом будущем будет определять развитие отрасли в Азербайджане. Однако уровень технико-экономических показателей буровых работ остается крайне низким. Так, средняя коммерческая скорость в разведочном бурении стабилизировалась на уровне 200 м/ст.мес. Как показывает анализ, проведенный в ЭИО ВНИИБТ в г.Баку, длительные сроки строительства глубоких скважин в Азербайджане обусловлены, помимо тяжелых аварий и осложнений, имеющих место в процессе бурения,также неудовлетворительными техническими показателями работы долот (средняя механическая скорость проходки при бурении скважин глубиной более 4 тыс.м составляет 1,5...1,7 м/ч, а проходки за рейс 30...40 м). Такое положение объясняется в значительной степени несоответствием технологии и применяемых технических средств горно--геологическим условиями бурения.
Б этой связи проблема развития и совершенствования технологии и техники глубокого бурения приобретает важнейшее народнохозяйственное значение. Непременным и одним из главных условий решения этой задачи является резкое повышение показателей работы долот. С увеличением глубины скважин ( L ) процесс бурения приобретает качественно новые особенности.
Известно, что затраты на проводку скважин увеличиваются с нарастающим темпом с ростом глубины. Причиной этого, наряду с отмеченными, является также закономерное снижение показателей работы долот, т.е. ухудшением буримости. По современным представлениям под буримостью понимается степень трудности процесса разрушения тех или иных пород на данном уровне развития техники и технологии бурения, т.е. в конечном счете процесс отделения частиц породы от горного массива и, удаление их с забоя скважин на дневную поверхность. Приемлемый темп углубления забоя достигается при обеспечении эффективности как процесса отделения, так и удаления выбуренных частиц.
Различными исследователями [і...25] отмечаются разные факторы, ухудшающие буримость, но одним из основных является превышение давления в скважине над пластовым, т.е. наличие положительного дифференциального давления ( Рдиф ) в системе "скважина-пласт".
За последние годы проведены многочисленные лабораторные и промысловые исследования по выявлению влияния режимных параметров, в том числе и гдцф на буримость. Стендовые исследования [l,5,8J проведенные в условиях, имитирующих забойные, показали, что влияние Рзі/ф на механическую скорость проходки существенно при значениях дифференциального давления до определенных (пороговых) величин. Оцнако количественные зависимости, установленные в этих условиях дают неудовлетворительную сходимость, так как не учиты-
вают всего многообразия факторов, совместно действующих в реальных условиях.
Промысловые исследования [3,4,5,6,10] показали, что величина порогового давления л&жит в пределах 4,0...9 Ша. При превышении указанных значений РзиА чувствительность Vm к изменению режимных параметров резко снижается и процесс становится неуправляемым. Характерен в этом отношении пример бурения скважины № 89 на площади Кюрсангя (Азерб.ССР) в отложениях продуктивной толщи в интервале 3694...4052 м. Так, при Р Зыф = 14...17 Ша увеличение осевой нагрузки с 70...160 кН при реализации на долоте гидравлической мощности до 410 квт приводит к росту Vm всего на 17%. Оцнако, количественные значения пороговых дифференциальных давлений для различных горно-геологических условий бурения не установлены.
На базе промысловых исследовании разработаны математические модели процесса бурения для различных условий [16,19,21,24] . Анализ показал, что большинство из них не учитывают совокупного действия многих факторов, влияющих на процесс углубления забоя в реальных условиях, что приводит к значительным расхождениям между прогнозными и фактическими данными. В связи с этим в последние годы предприняты попытки разработать модели процесса углубления забоя на базе промысловых исследований [2,11,17,18] с учетом влияния условий очистки и дифференциального давления при различном сочетании других регулируемых параметров - осевой нагрузки ($ ), частоты вращения долота ( П ). Оцнако работы, посвященные этой проблеме, методически не обобщены. Отсутствуют четкие рекомендации по выбору гидравлической программы промывки скважин в зависимости от Рвиф и других параметров, что зачастую приводит к тому, что даже при бурении в условиях отрицательных дифференциальных давлений ожидаемого роста механической скорости проходки ( 1/м ) не наблюдается.
Так,например, при бурении скважин на площади Мурадханлы в отложениях продуктивной толщи при равных Р$іф (-3.. .-2 Ша) и других технико-технологических условий,но разных программах промывки - гидравлической мощности, реализуемой на долоте ( /v3 ) и производительности ( Q ), механическая скорость проходки разнится более чем в два раза. Так, на скважине № 68 при G = 140 кН, П = 70 об/мин, Q - 46 л/сек и Лг3 - 354 квт.,средняя механическая скорость проходки в интервале 1922...2243 м составила 3,78 м/ч, а по скважине & 70 в интервале 1945...2270 м при тех же режимных параметрах и идентичных горно-геологических условиях,но т = 152 квт, всего 1,88 м/ч.
Этот пример убедительно свидетельствует о том, что в условиях интенсификации процесса разрушения породы забоя за счет уменьшения угнетающего действия избыточного/7^ вопросы совокупного влияния промывки скважины и других регулируемых параметров приобретают особую актуальность. Однако проблема оптимального использования ограниченной гидравлической мощности насосной установки практически не исследована. Некоторыми исследователями [2,17,18, 22,23J на базе математической модели процесса углубления забоя скважины даны рекомендации по его оптимизации при роторном способе и бурении гидравлическими забойными двигателями (ГЭД). Однако проблемы оптимизации режима бурения глубоких скважин в терригенных отложениях кайнозойского комплекса в условиях низких и отрицательных дифференциальных давлений практически не исследованы.
Принципиально важный, для технологии бурения глубоких скважин забойными двигателями, вопрос о распределении гидравлической мощности подводимой к забою рассматривается либо вне связи с мощностью срабатываемой на долоте [22,27,28j ,либо без рекомендации по оптимальному распределению ее между турбобуром и долотом ^29/.
В настоящей работе поставлены задачи, на основе промысловых исследований, проводившихся в процессе бурения опытных и опорно-технологических скважин в Азербайджане (1968...I98S гг.) и в Туркмении (1980...1983 гг.) исследовать:
совокупное влияние различных факторов на эффективность процесса разрушения забоя глубоких скважин в терригенных отло-жения/х кайнозойского возраста при использовании технологии бурения с регулированием дифференциального давления ;
влияние условий промывки скважины на технико-экономические показатели процесса бурения и выбор универсального параметра оценки ее эффективности.
На базе проведенных исследований разработать:
- математическую модель процесса углубления забоя скважины
и методику выбора оптимальных режимных параметров, с учетом влияния дифференциального давления и гидравлической мощности, реализуемой на долоте, при роторном способе и бурении ГЗД;
- методику использования ограниченной гидравлической мощ
ности насосной установки буровой, с целью обеспечения оптимальных
условий промывки скважины при дифференциальных давлениях ниже по
роговых при бурении роторным способом и ГЗД.
Провести промышленную проверку и дать оценку эффективности разработанных рекомендаций при бурении скважин в Азербайджане и Туркмении.
Гидравлическая программа промывки глубоких скважин
С уменьшением угнетающего действия избыточного дифференциального давления процесс разрушения породы забоя резко интенсифицируется. В этих условиях вопрос изыскания рациональных режимов промывки глубоких скважин приобретает особую актуальность. Опыт проводки скважин на ряде площадей Азербайджана и Туркмении показал, что во многих случаях, даже при бурении в условиях отрицательных Р Зиф не наблюдается ожидаемого роста VM из-за несоответствия программы промывки геолого-техническим условиям бурения.
Известно, что изменение условий промывки забоя [22,52] вызывает разные по своей физической природе, а иногда и противоположные конечные эффекты. Так, увеличение расхода промывочной жидкости, с одной стороны, повышает эффективность удаления разрушенной породы с забоя и из затрубного пространства скважины, а с другой, приводит к росту гидродинамического давления на забой, вследствие чего ухудшается буримость горных пород, снижается механическая скорость проходки и проходка за рейс. Поэтому при выборе гидравлической программы промывки скважин, особенно глубоких, должно быть оценено совокупное воздействие всего многообразия порой противоречивых факторов, влияющих на условия проходки скважины. Кроме того, гидравлическая программа промывки скважин должна быть предельно простой с точки зрения ее осуществления в промысловых условиях и в то же время обеспечивать совершенную очистку скважин в условиях интенсификации процесса разрушения породы забоя при бурении с регулированием дифференциального давления в системе "скважина-пласт".
В настоящее время отсутствует единая точка зрения на принципы разработки эффективной гидравлической программы промывки скважин для конкретных геолого-технических условий, в том числе и в зависимости от Р зиф . Более того, нет даже единой точки зрения на выбор параметров ее оценки.
Так, в работах [53...55] с целью повышения скоростей истечения бурового раствора из насадок долота (VUCT) И мощности, реализуемой на долоте, рекомендуется скорость восходящего потока промывочной жидкости (V&) принимать 0,3...0,4 м/с вместо 0,5...0,75м/с, предлагаемой в [52,55...57] .
Согласно Б.И.Мительману [ 58] для предотвращения перехода в раствор мелкой фракции шлама с характерным размером до I мм, требуемая скорость восходящего потока должна находиться в пределах 0,4...0,6 м/с.
Из условия поддержания ламинарного течения промывочной жидкости в затрубном пространстве и доведения до забоя максимума гидравлической мощности, в зависимости от размера долот в [53,55] предлагается принимать V (, = 0,25...0,5 м/с. Рекомендуемые значения другого не менее важного параметра - удельного расхода промывочной жидкости ( Qa ) находятся в пределах от 0,05 (роторный способ) до 0,067 л/с-см2 (турбинный способ) [59...6I], хотя при этом в ряде случаев не обеспечиваются рекомендуемые скорости восходящего потока.
На основе исследований, проведенных в промысловых условиях, авторы [62] рекомендуют при бурении скважин турбинным способом на больших глубинах значение Q выбирать из условия достижения наибольшего отношения М/Пт (М - момент на валу турбобура, Пт- частота вращения вала), что позволяет осуществлять проходку скважин при высоких осевых нагрузках на долото и относительно низких частотах вращения.
Учитывая, что условия удаления шлама из-под долота улучшаются с увеличением силы удара струи о забой (V), авторы [55,63,64] рекомендуют принимать рациональную величину расхода бурового раствора из принципа реализации на долоте 48$ суммарно расходуемой гидравлической мощности (Nfo&i). &ачения расхода промывочной жидкости, соответствующие перечисленным выше параметрам, сильно разнятся.
Б табл.1.1. приведены значения расхода промывочной жидкости, подсчитанные на базе различных параметров, для следующих конкретных условий: L - 2500 м, Фзол = 215,9 мм, Ф /т = 140 мм - 2500 м, X= 1800 кг/м3. Расчет произведен по известным выражениям [53,59, 65І для условий, когда суммарные потери в циркуляционной системе (IP) равны допустимым. При подотчете принималось, что насадки долота близко расположены от забоя и начальная скорость струи не уменьшается заметно до встречи с ним.
Из табл.1.1 видно, что значения расхода изменяются в широком диапазоне от II до 35,5 л/с. Естественно, что при этом будет и различное перераспределение гидравлических параметров в циркуляционной системе, а следовательно, и различные режимы промывки. Так, если в качестве параметра принять скорость восходящего потока бурового раствора, равную 0,6 м/с, то значение гидравлической мощности, подводимой к забою, и сила удара струи будут соответственно в 1,32 и 1,53 раза меньше, чем при выборе расхода из условия подведения к забою максимума Мз .
В то же время при выборе расхода из условия подведения к забою максимума Nj или обеспечения максимума скорость истечения струи из насадок долота соответственно в 1,13 и 1,40 раза меньше, чем при режиме Vg - 0,6 м/с. Если при выборе производительности бурового раствора исходить из величины удельного расхода, равной 0,05 л/с-см2, то величина удельной гидравлической мощности и сила удара струи о забой будут соответственно на 29 и 37$ больше, а скорость истечения на 9$ меньше, чем при Vg = 0,4 м/с. По сравнению с гидравлическими программами Ш 6 и 7 (табл.1.1) значение удельной гидравлической мощности соответственно на 18 и 9$ меньше, а скорость истечения струи на 12 и 25% больше, чем при выборе расхода из условия реализации максимума N3 или максимальной силы удара струи о забой.
Итак, исследователями предлагаются различные параметры оценки эффективности гидравлической программы промывки скважин: удельный расход бурового раствора, скорость истечения струй из насадок долот, максимальная кинетическая энергия струи, гидравлическая мощность, реализуемая на долоте, скорость восходящего потока, режим течения раствора в затрубном пространстве, расход, обеспечивающий требуемую характеристику гидравлического забойного двигателя. Поэтому на практике однозначное решение задачи выбора рациональной гидравлической программы промывки скважин, особенно в условиях, близких к равновесным, весьма затруднено.
Отметим также, что исследования, посвященные вопросам выбора оптимальной гидравлической программы промывки скважин в условиях дифференциальных давлений ниже пороговых, до сих пор не проводились. Анализ проведенных в этой области исследований позволяет разделить все предлагаемые параметры на 2 основные группы:
Промысловые исследования
Программа промысловых исследований выбиралась так, чтобы объём их был минимальным при условии получения массива статистических данных, достаточного для построения достоверной математической модели процесса углубления забоя и стойкости долот.
Для выявления физической сущности процесса и возможности выбора рациональных режимов бурения при наличии различных ограничений проводилось построение графиков зависимости влияния различныхпараметров на при изменении Раифи fdr) в широком диапа зоне. Это позволяло также проверять согласие данных, полученных при активном эксперименте, со статистическими промысловыми данными и намечать программу перепроверки при проведении дополнительных активных экспериментов.
Исследования по выявлению влияния условий промывки скважины (гидравлической программы) на скорость проходки проводились в сопоставимых горно-геологических условиях при различных сочетаниях-, гдиб , б им. Для повышения точности замеров (исключения влияния износа долот) использовались данные, полученные в первой половине долблений - приработки долот. Известно, что путем варьирования производительности и площади сечения насадок долота, при заданных свойствах промывочной жидкости и характеристике циркуляционной системы, можно изменять значения всех названных параметров гидравлической программы (п.1.2). Поэтому для оценки значимости каждого из параметров и выбора наиболее эффективного4,, в интервалах равной буримости проводилось ступенчатое изменение Q , а в смежных долблениях и суммарной площади сечения насадок долот устанавливалась корреляционная связь между Ум и всеми названными выше параметрами.
Для повышения надежности определения значений названных параметров в начале каждого цикла исследований уточнялись гидравли ческие потери в циркуляционной системе. Для этого первое долбление проводилось долотом с демонтированным гидромониторным узлом. При этом давление на выкиде насосов практически соответствовало гидравлическим потерям в циркуляционной системе.
Для охвата возможно более широкого диапазона варьирования параметров, характеризующих эффективность гидравлической програм мы, подача насосов и перепад давления в насадках долот изменя лись при исследованиях в максимально допустимых пределах. Пре дельные значения Q и Рзоуі принимались из расчета, чтобы сум марные потери давления в циркуляционной системе не превышали до пустимого (го ). При этом делалось допущение, что на относи тельно небольшом интервале (1000...1500 м) гидравлическая харак теристика циркуляционной системы и геологические условия бурения практически не меняются. . Для получения зависимости в диапазоне частот вращения долота 47...140 об/мин исследования проводились при бурении скважин роторным способом. Б каждой серии опытов П иРЗі/ поддерживали постоянными, а осевую нагрузку изменяли в течение рейса при установившемся режиме работы долота в возможно более широком диапазоне, последовательно увеличивая ее на 20...30 кН через 1-2 м проходки с доведением до максимально допустимой. Для поддержания г8иф примерно на одном уровне отработка долот при максимальной Q проводилась: в начале интервала глубин равной буримости, с постепенным уменьшением до минимума в конце интервала. Таким образом, удавалось получить значения механической скорости проходки при различных fir и фиксированных значениях Рдиф . Б первой половине каждого долбления производилось несколько серий подобных измерений. Ступенчатое изменение осевой нагрузки и Q в описанном порядке производилось в смежных долблениях при изменении суммарного сечения насадок.
Это позволило формализовать процесс углубления забоя скважины при различных значениях Шг )
.Аналогичные исследования проводились при проводке скважин турбинным способом. Эксперименты проводились при различных сочетаниях б и Я . Изменение частоты вращения при постоянной (j достигалось за счет применения турбобуров с различной характеристикой турбины, а также путем изменения расхода бурового раствора. Изменение Q при турбинном бурении в сочетании с различными типами турбин позволило охватить широкий диапазон частот вращения (Л =220...510 об/мин) при различных осевых нагрузках и мощности, срабатываемой в насадках долот в данных горно-геологических уело:- виях.Б (п.1.1.) отмечалось, что влияние гдиф и [(яг) на характер износа шарошечных долот изучен недостаточно и результаты,полученные различными авторами, носят противоречивый характер. Поэтому для получения зависимости Тб,И, Рзі/ ;,Мг/J Ряд долблений проводился при фиксированных независимых переменных, но различном их сочетании в смежных долблениях.
Дифференциальное давление при исследованиях вычислялось как разность мезду поровкм (пластовым) и гидродинамическим давления-шу Щ) яа Дэ яой глубине. Известно, что гидродинамическое давление равно сумме гидростатического давления столба бурового раствора и потерь давления в кольцевом пространстве. Гидростатическое давление на забое скважины определялось расчетным путем. Погрешность расчетов оценивалась на основе данных прямых замеров глубинными манометрами МГИ-600, проведенных на скважине В 7!5 пл.Карабаглы. Математическая обработка результатов прямых замеров и расчетных величин показала, что с вероятностью 0,9 максимальная погрешность не превышает 2%.
Для повышения точности оценки потерь давления в затрубном пространстве они определялись как разность между давлением на стояке и потерями давления в бурильной колонне. Таким образом, автоматически учитывались влияние кавернозности, наличие желобов, сужение кольцевого зазора и другие факторы, влияющие на
Исследование вопросов подведения к забою максимума гидравлической мощности при проводке глубоких скважин
Известно, что потери давления в циркуляционной системе скла-двваются из потерь, зависящих от глубины (потери в трубах и в затрубном пространстве) и не зависящих от глубины (потери в долоте, забойном механизме и в манифольде). В связи с этим по мере углубления скважины, во избежание превышения давления на стояке над допустимым давлением буровых насосов, подачу следует уменьшать. Если в верхних интервалах эта задача решается сравнительно легко, путем смены цилиндровых втулок большего размера на меньший, т.е. дискретным изменением производительности насосов, то в нижних интервалах, в связи со значительным ростом потерь в циркуляционной системе, из-за уменьшения диаметра долот, бурильных труб и увеличения плотности бурового раствора, эта задача усложняется. В этих условиях все используемые на практике методы управления производительностью не отвечают требованиям рационального использования гидравлической мощности насосов, даже при наличии регулируемого привода [72J.
Вопросы эффективного использования регулируемого привода, как отмечалось выше, в литературе не рассмотрены. ВІ27] указывается, что бесступенчатое регулирование подачи насосов позволяет подвести к забою максимум мощности. Однако этот режим не представляет практического интереса, так как для реализации на забое Njmcnf необходимо непрерывно изменять гидравлическую характеристику забойных механизмов, что на современном уровне технического развития невозможно осуществить. Таким образом, в настоящее время нет научно обоснованных рекомендаций, позволяющих эффективно использовать преимущество регулируемого привода и увязать режим работы насосов с возможностями реализации подводимой к забою гидравлической мощности.
В принципе регулирование подачи насосов возможно осуществлять по двум вариантам где Р п - потери давления в циркуляционной системе буровой установки, за исключением перепада срабатываемого в промывочном устройстве долота и забойном гидравлическом механизме.
В настоящее время в практике бурения при наличии системы регулирования изменение подачи насосов осуществляется по варианту IPrPj= CQ St ,что, очевидно, объясняется простотой его осуществления.
При регулировании по Г варианту на выкиде насосов все время поддерживается давление, равное максимально допустимому, а производительность подбирается так, чтобы потери давления в циркуляционной системе буровой, за исключением долота и гидравлического забойного двигателя, были равны 1/3 Pj .
При регулировании по П варианту количество прокачиваемой жидкости подбирается из условия поддержания постоянного давления на выкиде насосов, также равного максимально допустимому, хотя при этом, потери в циркуляционной системе превышают 1/3 Ро .
Рассмотрим оба варианта регулирования с точки зрения подведения и реализации на забое гидравлической мощности, а также суммарных затрат мощности (NQ&II)
Гидравлические потери при регулировании по I варианту определяются выражениемоткудагде Q{ - коэффициент гидравлических сопротивлений элементов циркуляционной системы, потери давления в которых зависят от глубины скважины; текущая глубина скважины;4it- текущая производительность;Ом- коэффициент гидравлических сопротивлений манифольда. При регулировании по второму варианту давление на выкиде насосов определяется из условия:где - текущая производительность;dt- коэффициент, характеризующий гидравлическую характеристику гидромониторных узлов долот и забойных гидравлических двигателей.
На рис.3.10. представлены графики зависимоств&НхлщММгпкЧ и ОлЧ , построенные для обоих вариантов регулирования по выражениям (3.1...3.4).
Из графиков, приведенных на рис.3.10 видно, что суммарнаямощность, потребляемая насосной установкой при регулировании позакону IP- PQ CQnSt с глубины L$ значительно больше, чем прирегулировании по закону pn = j Pj = con$4. ( 5 - глубина, накоторой потери давления при регулировании по I и П вариантам становятся равными 1/3 PQ ). Б то же время мощность, подводимая к забою скважины с глубины Ц при регулировании по П варианту становится меньше, чем при регулировании по первому, причем с углублением скважины эта разница непрерывно возрастает. До глубины L % регулирование как для I, так и для П вариантов осуществляется по закону IP = Pg=Ctm#
Следует, однако, отметить, что режим работы насосов с регули руемым приводом по I варианту хотя и позволяет подвести к забою максимум гидравлической мощности, но реализовать ее на практике не представляется возможным.
Промысловые исследования [57,73 J показали, что снижение реализуемой на забое мощности на 3-5$ против максимальной практически не влияет на технические показатели работы долот. Но зато такое снижение позволяет уменьшить суммарные затраты мощности на 17...2Q Наглядно отмеченное положение иллюстрируется графиками, приведенными на рис.ЗЛІ. Прямая МАК (рис.3.II) является геометрическим местом точек, соответствующих максимуму N3 для каждой глубины L . Прямая N06o!, соответствует суммарным затратам мощности буровых насосов. Кривые Li показывают изменение гидравлической мощности, подводимой к забою для данной циркуляционной системы при различных значениях Q . Так, например, при производительности л на глубине скважины L w к забою подводится максимальная гидравлическая мощность, равная 2/3 суммарной Nob& . Если производительность уменьшить до величины Q& так, чтобы подводимая к забою мощность снизилась всего на 3$ ( Nj = 0,97 N3 ), то суммарные затраты мощности снизятся примерно на 2С$ и станут равными N Очевидно, что такой режим работы насосов следует признать более рациональным, чем режим работы по I варианту, когда к забою подводится максимум N3 .
С изменением глубины скважины для сохранения соотношения Ри зР требуется непрерывно менять производительность насосов. Следовательно, для полной реализации подводимой к забою гидравлической мощности требуется непрерывно менять гидравлическую характеристику забойных двигателей и долот (количество ступеней турбобура, характеристику турбины, диаметр гидромониторных насадок и т.п.).
Выбор модели процесса износа опор долота
Математическая модель процесса износа опор долот разработана на базе исследований, приведенных в п.2.2. При выборе модели предел долговечности не определялся, так как реально рассматриваемые значения осевых нагрузок и скоростей вращения не могут привести к аварийным отказам долот. Анализ данных промысловых исследований, проведенных нами и [23,81]. позволил выбрать модель, лучше всего отвечающую принятым условиям (см.п.2,2).где X,0(,.-. (Уу - опытные коэффициенты.
Для условий, приведенных в табл.3.12, значения коэффициентов, входящих в выражение (4.4)средняя ошибка составила &%, максимальная - 35% (в области низкой стойкости опор - до 4 ч).Для оценки значимости коэффициентов поочередно проверяли гипотезы: У; = о, с= о, х 3 = о, QV =O.Расчет области изменения коэффициента Д уравнения (2.8) показал, что при уровне значимости (X = 0,15 во всех случаях,за исключением 0( 2 - 0, нулевая гипотеза не подтверждается107)Средняя ошибка составила 7,6%, максимальная - 29$ (в области высоких частот вращения и осевых нагрузок).
Для оценки универсальности выбранной модели проведена проверка применимости её для площади Куйцжик (Зап.Туркмения).Условия проведения и результаты экспериментов приведены в табл.S.II. Статистическая обработка промысловых материалов для указанных условий показала, что выбранная модель (4.5) хорошо описывает экспериментальные данные по плЛОгйджик, при численных значениях опытных коэффициентов Ои = 0,25; о4= 0,24; Ofs= 1,04; Т= 61.
При этом средняя ошибка составила 9$, а максимальная - 42% (в области Т 5 ч). Расчет углового коэффициента \ уравнения (2.8) показал, что О Ф для всех вышеприведенных гипотез значимо отличаются от нуля - 0,19 \А 0,1.
Изложенное дает основание считать, что выбранная модель износа опор долота в зависимости от режимных параметров с достаточной для практики точностью описывает экспериментальные данные при бурении скважин в терригеяных отложениях кайнозойского возраста южных районов страны (Азербайджана и Туркмении).
Параметрические коэффициенты модели (4.5) для различных площадей приведены в табл.4.4.
Для оптимизации процесса углубления забоя скважин и прогнозирования показателей проходки, что является конечной целью настоящих исследований,необходимо по данным промысловых испытаний определить численные значения параметрических коэффициентов базо внх зависимостей 4,3 и 4.5, с последующим поиском значений параметров режима бурения ( G , /7 , N3 ) при заданном уровне Q , обеспечивающих экстремальное значение критерия оптимизации. Учитывая, что промысловые исследования трудоёмки и проводятся, как правило, на промышленных скважинах, во всех случаях следует стремиться к максимальному сокращению их объёма без снижения точности оценки м .
Действительно, если полнофакторный эксперимент для определения коэффициентов модели VM (, ,/ , ) проводятся на 4 уровнях варьирования независимых переменных, то требуется провести 256 испытаний, при 3-х - 81, а при 2-х только ,16.
На базе настоящих исследований был проведен анализ влияния количества уровней варьирования независимых переменных модели \1М( ,П 31Р Л на точность определения параметрических коэффициентов. Для этого по статистическим данным определяли параметрические коэффициенты модели при различных уровнях варьирования &, П, N3 иРдцф (4.3 и 2). Полученные модели сравнивались между собой на полном объёме информации (4-х уровнях варьирования независимых переменных) с использованием критерия Вильямса и Клутта. Результаты расчетов области изменения углового коэффициента уравнения (2.8) и средних ошибок каждой модели приведены в табл.4.5.
Из данных, приведенных в табл.4.5, видно, что при (X =0,15 нет значимой разницы между моделями. Поэтому параметрические коэффициенты достаточно определять при 2 уровнях 6-,/7,/1/ , Раиф . Если предполагается, что работы будут вестись и в области отрицательных дифференциальных давлений, то определение параметрических коэффициентов ведется на 3 уровнях Р .
Для проверки точности прогнозов по предлагаемой модели проведено сравнение расчетных значений VM с фактическими,полученными при проводке скважин в сопоставимых условиях. Проверка проведена на базе данных по скважинам Л№ 35,99,301,306 пл.Карабаглы и скважин Ш 53,54,67,70,104 пл.Мурадханлы, которые не использовались при определении параметрических коэффициентов моделей. Поэтому сопоставление прогнозных и фактических U, вполне правомерно и позволяет оценить достоверность прогнозов по предлагаемой модели.
Статистическая обработка данных (табл.4.6 и 4.7) позволила определить доверительную область изменения разности фактичесішх и прогнозных значений механических скоростей. Так как среднее ЗНаЧЄ-ние этой разности"несущественно отличается от нуля (при уровне значимости ОС = 0,15), можно считать, что между фактическими и прогнозными значениями механических скоростей нет разницы, т.е. точность оценки достаточная (средняя относительная ошибка не превышала 15$).
