Способ колонкового алмазного бурения скважин

 

Изобретение относится к горной пром-сти и предназначено для бурения скважин. Цель - повышение эффективности способа бурения за счет увеличения проходки на алмазный породоразрушающий инструмент (ПРИ). Для этого после спуска колонкового набора в скважину на бурильных трубах на алмазный ПРИ производят передачу вращающего момента, осевой нагрузки и промывочного агента, Б процессе бурения производят регистрацию режимов вращения бурильных труб и алмазного ПРИ. При этом вращение нижней масти колонны бурильных труб над колосниковым набором поддерживают в режиме обратной процессии а верхней части колонны труб - в режиме скольжения . Вращение алмазного ПРИ поддерживают в равноме рном ое«име. Т.обр. алмазный ПРИ производит разрушение кольцевого забоя без крутильных колебаний при заданных режимах бурения. Это позволяет отработать ресурс коронки полностью без аномальных износов и увеличить эффективность бурения за счет увеличения проходки на коронку, Ц ил. § (/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g1) g Е 21 В 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ДВтОРСНОМЧ СВИДКТЕЛЬЕтВМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4744134/24-03 (22) 27.09.89 (46) 15.01.92.Бюл. 1 2 (71) Московский геолого-разведочный институт им. Серго Орджоникидзе (72) Б.А.Новожилов, Г.А.Воробьев, A.Е.Козловский, Г.С.Садыков и М.10. Богачев (53) 622.245.12(088,8) (56) Козловский Е.А. и др. Справочник инженера пп бурению геолого-разведочных скважин. М.: Недра, 1984. т.2, с*7.

Авторское свидетельство CC P

М 1613592, кл. F 21 В 44/001, 1988. (54) СПОСОБ КОЛОНКОВОГО АПМАЭНОГО

БУРЕНИЯ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к горной пром-сти и предназначено для бурения скважин. Цель - повышение эффективности способа бурения з 1 счет увеличения проходки на алмазный породоИзобретение относится к горной промышленности в частности к способам бурения.

Цель изобретения — повышение эффективности способа за счет увеличения проходки на инструмент.

На фиг.1-3 показаны графики, поясняющие споссб; на фиг.4 - прил1ер выполнения устройства для реализации способа °

Способ осуществляют следующим образом.

В процессе бурения скважины рабо разрушающий иист руме нт,11РИ ) . Для этого после спуска колонкового набора в скважину на бу„-ильных трубах на алмазный ПРИ производят передачу вращающего момента, осевой нагрузки и промывочного агента, Б процессе бурения производят регистрацию режимов вращения бурильных труб и алмазного ПРИ. При этом вращение нижней асти колонны бурильных труб над кплосниковым набором годдерживают в режиме обратной процесси > а верхней части колснны труб — в реж1ме скольжения. Вращение алмазного ПРИ поддерживают в равномерном оежиме .

Т.оор, алмазный ПРИ прпизводит разрушение кольцевого забол без крутильных коле баний при з; данных режимах бурения. Это позволяет отработать ресурс коронки полностью без аномальных износов и увеличи-ь эффективность бурения за счет увеличения проходки на коронку. 4 ип. чий торец инструмента путем микрорезания разрушает горную породу. При этом исследования, проведенные с помощью скоростной киносъемки, работы алмазного инструмента при бурении специального блока иэ оптического стекла близкого по своим свойствам к горным породам VII-ТХ категории по буримости показали, что в за висимости от параметров режима бурения могут быть выделены три режима вращения алмазного поподоразрушающего инструмента К,, которые х-)pal(р1зую я

17О5534 отношением угловой скорости вращения коронок к задаваемой вращателем уг— левой скорости ((ир /63 ). На основании полученных результатов исследовании построена диаграмма областей устойчивости различных режимов вращения алмазного инструмента в координатах (см,фиг.1), где n - частота вращения буровогс снаряда, об/мин; P осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, дан.

Область существования режима К„ характеризуется равномерным вращением алмазного инструмента вокруг скважи- 15 ны без остановок и ударов. Обеспечение равномерности вращения позволяет при неизменных параметрах режима бурения увеличить механическую скорость бурения.,В этом режиме Qg и Я равны, 2р поэтому (д /(О = 1 °

Область режима вращения К „ явля" ется весьма узкой и характеризуется высокочастотными крутильными колебаниями, падением механической скорости 25 бурения и повышенным износом матрицы и породоразрушающегс инструмента.

В этом режиме угловая скорость вращения инструмента ниже угловой скорости, задаваемой вращателем станка. 3О

Происходит некоторое торможение вращения инструмента и его ускорение.

Это ведет к образованию вибрации на инструменте, но остановки в этом режиме orcyrcreyer, поэтому Qg /И ) О °

Област ь режима вращения R << характеризуется крутильными колебаниями с остановками и ударами инструмента о забой, повышенным его износом и увеличением механической скорости бурения. 4р

В этом режиме наблюдаются ударные нагрузки на инструмент из-за era остановок на забое. Практически время остановок и время вращения алмазного инструмента приблизительно равны. 4

На фиг. 2 приведена характерная величина, экспериментально полученная кривая изменения скорости бурения (V) и границы режимов вращения алмазного инструмента от осевой нагрузки (Р) °

Причем все три вида вращения алмазного инструмента выявлены при вращении колонны бурильных труб в режиме Ж, (со скольжением по стенке скважины), а в режиме обратной прецессии

Р (при охватывании сечения трубы по

55 стенке скважины) эти режимы вращения алма зного инс трумен та отсутствуют (см.фиг. 1) .

Для колонны ЛБТН граница возбуждения обратной прецессии находится в области более низких значений частоты вращения и к осевой нагрузке Р, чем для СБТН (см.фиг.3), где q,q — границы возбуждения обратной прецессии соответственно для СБТН и ЛБТН;

f 1, f — граница возбуждения крутильных колебаний АЦИ II рода, соответственно для СБТН и ЛБ1Н; Е,à — границы возбуждения крутильных колебаний АПИ I рода соответственно для

СБТН и ЛБТН.

Таким образом, при регулировании процесса вращательного бурения необходимо для исключения вхождения алмазного инструмента в режим крутильных колебаний нижнюю часть колонны над колонковым набором нужно поддерживать в режиме вращения обратная прецессия (P>),а всю колонну бурильных труб в режиме вращения (Р,) . Для того, чтобы ввести нижнюю часть колонны в режиме Ф, следует устанавливать над колонковой трубой легкосплавные трубы, которые имеют меньшую жесткост ь и при более короткой длине входят в режим

Поскольку HHwHRR част ь колонны входит в режим Р> то и колонковый набор может входить в этот режим вращения, Поэтому для исключения вхождения вращения коронки в режим крутильных колебаний над колонковой трубой устанавливают специальный шарнир, Через шарнир крутильные колебания не передаются. Передаются только осевая нагрузка и вращающий момент.

На фиг,4 схематично изображено устройство для осуществления способа.

Устройство включает стальную колонну бурильных труб 1, в нижней части которой размещены легкосплавные бурильные трубы 2, соединенные через шарнир 3 с колонковой трубой 4 и алмазным инструментом 5.

Последовательность реализации способа заключается в следующем.

В процессе бурения скважины осуществляют регулирование параметров бурения. В зависимости от проходимых пород изменяют осевую нагрузку, скорость вращения и подачу промывочной жидкости. При этом алмазная буровая коронка в зависимости от режимов вращения бурильных труб также имеет

Различные режимы работы. Наиболее

>> рог

)0OO траца рени а

oooo

Фиг 7 благоприятным режимом вращения бурильных труб является режим Р (враще-! ние вокруг оси скважины со скольжением). Для этого следует бурильные трубы СБТН (см.фиг.4) смазывать смазкой KABC или нГеол", Но так как в этом режиме вращения появляются крутильные колебания (R ), то от

3 этого режима избавляются введением в состав буровогс снаряда легкосплавных бурильных труб ЛБТН, которые вращают в режиме Р . Легкосплавные бурильные трубы размещают между колонковыми набором и СБТН (см.фит .4).

ЛБТН входят в режим обратной прецессии (Р ) при более низких значениях и и Р (см.Фиг.3). Так как в режиме Р нет крутильных колебаний (К, ), то алмазный инструмент 5 бу- щ

3 дет работать в режиме беэ крутильных колебаний. Для того чтобы режим Рз не передавался на колонковый набор, между ЛБТН и колонковым набором уста" навливают шарнирное соединение. Cor ласно результатам экспериментальных исследований несмазанные легкосплав™ ные бурильные трубы ЛБТН входят в редим прецессии (Д ) при длине Е

18-27 м, 30

Таким образом, алмазный породораэ" рушающий инструмент производит разру. шение кольцевого забоя без крутильных колебаний при заданных режимах бурения, что позволяет отработать ресурс коронки полностью беэ аномальных износов и увеличить эФФективность бурения за счет увеличения проходки на коронку.

Формула изобретения

Способ колонкового алмазного бурения скважин, включающий спуск колон— кового набора в скважину Hà бурильных трубах, передачу вращающего момента, осевой нагрузки и промывочного агента на алмазный породораэрушающий инструмент, регистрацию режимов вращения бурильных труб и алмазного породоразрушающего инструмента, отличающийся тем, что, с целью повышения эФфективности способа за счет увеличения проходки на алмазный породораэрушающий инструмент, вращение нижней части колонны бурильных труб над колонковым набором поддерживают в режиме обратной прецессии, а верхней части колонны труб в режиме скольжения, причем вращение алмазного породоразрушающе го инструмента поддерживают в равномерном режиме.

1705534

iso

1 705534

Составитель И.Неснова

Техред л. Олийнык Корректор Л. Пилипенко

РедактоР А.Долинич

М ..1акаэ 180 Тираж ° Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101