Способ колонкового бурения

 

Изобретение относится к бурению скважин, Цель - повышение эффективности бурения за счет предотвращения саморазворота бурильных труб и их поломок. В скважину на жидкоствольных бурильных трубах осуществляют спуск колонкового набора. Подают промывочную жидкость и производят бурение скважины, включающее приложение к колонковому набору осевой нагрузки и вращающего момента. Частоту вращения бурильных труб в процессе бурения поддерживают согласно жению ft) - di/2(D-d2/D -di)c , где VA - скорость вращения центра скоростей , м/с; (очастота вращения бурильных труб, da - диаметр ниппеля замка бурильных труб, м; di - диаметр бурильных труб, м; D - диаметр ствола скважины, м. Скорость мгновенного центра скоростей в точке касания бурильной трубы со стенкой скважины задают выше нуля. В результате этого предотвращается саморазворот бурильных труб и их поломка. 5 ил. и 4V Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Е 21 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ чА

-1 .с, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4653061/03 (22) 22.02.89 (46) 30.09.91. Бюл. М 36 (71) Московский геологоразведочный институт им. Серго Орджоникидзе (72) Г.А.Воробьев, Г.С.Садыков, Б.А.Новожилов, А.Е.Козловский, Ю.А.Батутин, Г.Н.Кириченко, Л.А.Логвинов, В.П,Кучерский, В.И.Божко и Ю,С.Кислый (53) 622.243.144 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 825839, кл, Е 21 В 17/00, 1981.

Логвинов Л,А. и др.!Гладкоствольная. бурильная колонна с предварительно напряженными соединениями. Проспект . ВДНХ УССР, Киев, 1985. (54) СПОСОБ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ (57) Изобретение относится к бурению скважин, Цель — повышение эффективности бурения за счет предотвращения самоИзобретение относится к горной промышленности, в частности к способам колонкового бурения.

Цель изобретения — повышение эффективности бурения путем предотвращения саморазворота бурильных труб и их колонок.

Сущность способа заключается в следующем.

В процессе бурения геологоразведочных скважин широко используются гладкоствольные бурильные трубы СБТН-54 ПНС для передачи вращающего момента, осевой нагрузки и промывочного агента, При этом происходит потеря их устойчивости и прижатие к стенке скважины. В результате сил трения и потери устойчивого положения ко- .

„, Ж«„1680919 А1 разворота бурильных труб и их поломок. В скважину на жидкоствольных бурильных трубах осуществляют спуск колонкового набора, Подают промывочную жидкость и производят бурение скважины, включающее приложение к колонковому набору осевой нагрузки и вращающего момента.

Частоту вращения бурильных труб в процессе бурения поддерживают согласно выражению в = vA/(d2/2 — б1/2(O — d2/Π— б1)с где чА — скорость вращения центра скоростей, м/с; в — частота вращения бурильных труб, с; б2 — диаметр ниппеля замка бурильных труб, м; d> — диаметр бурильных труб, м; 0 — диаметр ствола скважины, м, Скорость мгновенного центра скоростей в ф точке касания бурильной трубы со стенкой скважины задают выше нуля. В результате этого предотвращается саморазворот бурильных труб и их поломка. 5 ил.

l лонна бурильных труб входит в режим обратной прецессии, При таком режиме вращения, особенно s скважинах с повышенной разработкой ствола, мгновенные скорости в точках касания сечений бурильных труб со стенками скважины в различных сечениях ствола различны, в результате чего происходит саморазворот труб. С целью предотвращения этого явления, необходимо частоту вращения бурильных труб поддерживать согласно формуле чА — скорость вращения центра скоростей, м/с;

1680919 — 1, с в — частота вращения бурильных труб, dz — диаметр ниппеля замка бурильных труб, м;

di диаметр бурильных труб, м; 5

D — диаметр ствола скважины, м, а скорость мгновенного центра скоростей в точке касания бурильной трубы со стенкой скважины задают выше нуля, В результате указанных условий стано- 10 вится возможным повысить эффективность бурения, На фиг,1 изображено соединение бурильных труб; на фиг,2, 3 — сечение А-А на фиг.1; на фиг,4 — расчетная схема на фиг.5 — 15 сечение Ь вЂ” Б на фиг.4, Схема содержит скважину 1, размещенные s ней бурильные трубы 2, соединение бурильных труб 3 (замок), содержащее муфту 4 и ниппель 5 с конусной б и ленточной 7 20 резьбами с выступающей кромкой 8 на конце соединения, Бурильные трубы 2 на своих концах содержат внутренние ленточные резьбы 9 с конусной проточкой 10 в зарезьбованной части трубы 2. 25

Бурение скважины, согласно предлагаемому способу, осуществляют следующим образом.

Производят спуск бурового снаряжения, состоящего из колонкового набора (не 30 показан), бурильных труб 2 с резьбовыми соединениями 3 в скважину 1, Через бурильные трубы 2 на колонковый набор передают крутящий момент, осевую нагрузку, промывочный агент и осуществляют про- 35 цесс бурения нэ высоких частотах вращения. При атом происходит потеря их устойчивости и прижатие к стенке скважины

1. За счет сил трения и потери устойчивого положения колонна бурильных труб 2 вхо- 40 дит в режим обратной прецессии. При таком режиме вращения в скважинах 1 с повышенной разработкой ствола возможен саморазворот бурильных труб 2 в резьбовых соединениях 3, 45

Рассмотрим причину саморазворота груб 2. Причиной саморазворота является качение и разница в геометрических соотношениях в системе колонна — скважина.

Рассмотрим вращение бурильных труб 50

2 в скважине 1, причем диаметры ствола в сечениях 1 — 1 и 2-2 неодинаковы. Предположим, что в сечении 1-1 колонна труб 2 вошла в режим чистого качения, т.е. точка А является мгновенным центром скоростей и вы- 55 полнено соотношение:

03п1 =И

01 — б (колонна катится по стенке скважины), где ап — частота вращения центра бурильной трубы относительно центра оси скважины; и — частота вращения бурильных труб, d — диаметр гладкоствольных бурильных труб;

01 — диаметр ствола скважины в сечении I- 1.

В сечении 2 — 2 движение колонны вызвано движением участка в сечении 1-1, т,е, и =-в — — в; ж = — а

D — d

Тогда скорость точки А (чд — точки касания сечения со стенкой скважины) равна

d d D — d

ve - =o) — — м

2 О,— d 2

= ш — (1 — 6) а частота вращения бурильных труб в процессе бурения определяется из следующего выражения. с 1

D — d

Если < 1, то направление векто01 — б ра скорости совпадает с направлением вращения и соответствующей силы трения— против вращения. Это приводит к дозатягиванию резьбовых соединений.

Если Dz > Dt, то направление вектора скорости противоположно вращению и соответствующая сила трения направлена по вращению. Это приводит к саморазвороту соединений бурильных труб, Теперь рассмотрим вариант постоянного диаметра скважины и переменный диаметр колонны, Представим, что диаметр колонн 41 и dz, причем dz > dt, à Dcxa = D =

=const, Представим, что участок труб диаметром d> находится в режиме прецессии, тогда б1

Π— dt

Скорость в точке касания участка dz равна

dz d D — dz чд=в — — а

2 0 — б1 2

Clz d1 0 — dz чд= в — — в — — >О, 2 2 D — d>

При чд > 0 и силе трения, направленной против вращения, происходит дозатягивание колонны труб, Соединения бурильных

1680919 труб имеют два расположенных по обе стороны резьбовых участков узла сцепления (трения): торцовый упор напряженное скользящее соединение, Между торцом муфты 4 и началом его резьбы 7 имеется коническая 5 наружная поверхность с выступающей круговой кромкой 8.

На внутренней поверхности бурильной трубы 2 выполнена резьба с конусной проточкой 9 в зарезьбовой части. B процессе 10 свинчивания кромка 8 входит в контакт с поверхностью конического пояска. Вследствие имеющейся разницы диаметров и малой первоначальной площади контакта происходит взаимное смятие контактирую- 15 щих поверхностей. За счет смятия компенсируются имеющиеся отклонения от номинала диаметров выступов 8 и конусной проточки 9.

В процессе бурения колонна труб 2 под- 20 вергается действию динамических нагрузок от крутильных и продольных вибраций, а также от кругового изгиба. Вследствие надежности сцепления между трубами 2 и муфтой 4, а также ниппелем 5 по кониче- 25 ским пояскам и в торцовых упорах ослабленные резьбами участки 2 воспринимают динамические нагрузки совместно, поэтому напряжения в них меньше, чем обусловливает повышение долговечности и ЗО прочности соединения, Даже незначительный разворот резьб в соединениях труб 2 при высоких частотах вращения приводит к их поломке, Поэтому использование в трубах СБТН-54 предварительно напря- 35 женных соединений теряет всякий смысл (особенно в борьбе с саморазворотом и поломками резьбовых соединений).

Для повышения эффективности бурения требуется соблюдение следующих усло- 40 вий: значение частоты вращения бурильных труб в процессе бурения скважин определяют иэ следующего выражения; ,с1 скорость мгновенного центра скоростей в †î÷ касания бурильной трубы со стенкой скважины задают выше нуля, Формула изобретения

Способ колонкового бурения, содержащий спуск в скважину на гладкоствольных бурильных трубах колонкового набора, подачу промывочной жидкости и бурение скважины, включающее приложение осевой нагрузки и вращающего момента к KGBoHKOвому набору, отл и ча ю щи и с я тем, :то, с целью повышения эффективносги бурения за счет предотвращения саморазворота бурильных труб и их поломок, частоту 1 вращения бурильных труб в процессе бурения поддерживают согласно выражению где д — скорость вращения центра скоростей, м/с;

dz — диаметр ниппеля замка бурильных труб, м:, С11 — диамЕтр бурильных труб, м;

D — диаметр ствола скважины, м, а скорость мгновенного центр""-.с,коростей в точке касания бурильной трубы со стенкой скважины задают выше нуля.

1680919, 10

A-д ФГ8

1680919

Составитель М. Неснова

Редактор Л, Лисина Техред М.Моргентал Корректор M. Кучерявая

Заказ 3293 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбина "Патент", г. Ужгород, ул, агарина, 101