Библиотечный каталог авторефератов Украины

Івано - Франківський національний технічний університет нафти і газу

В а с и л ю к    Ю р і й    М и х а й л о в и ч

УДК 622.24.051

ВПЛИВ ДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ  У БУРИЛЬНІЙ КОЛОНІ

НА РОБОТУ ТРИШАРОШКОВИХ ДОЛІТ

05.15.10 - буріння свердловин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Івано-Франківськ - 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Івано-Франківському національному технічному університеті нафти і газу  Міністерства освіти і науки України.

Провідна установа: Український науково-дослідний інститут природних газів ДК “Укргазвидобування” НАК “Нафтогаз України”, м. Харків

Захист відбудеться "07"     лютого     2003 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 20.052.02 Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу за адресою:

76019, Україна, м Івано-Франківськ, вул. Карпатська, 15.

З дисертацією можна ознайомитись в науково-технічній бібліотеці Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу за адресою:

76019, Україна, м Івано-Франківськ, вул. Карпатська, 15.

Автореферат розісланий " 04 "   січня    2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент                                               Ковбасюк І.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Економіка України на сучасному етапі гостро потребує підвищення темпів видобутку вуглеводневої сировини. Це вимагає збільшення об’ємів буріння глибоких свердловин, пошуку та розвідки нових родовищ нафти і газу. У зв’язку з цим зменшення вартості спорудження свердловин є надзвичайно актуальним.

Основні об’єми глибокого буріння в Україні на даний час виконуються роторним способом з використанням тришарошкових доліт; тому зрозуміло, що вдосконалення технології їх відробки є вагомим резервом підвищення техніко-економічних показників спорудження свердловини. Одним із експлуатаційних методів підвищення показників роботи бурових доліт є регулювання динамічних режимів їх роботи. Відомо, що поздовжні коливання долота у процесі буріння вагомо впливають на ефективність руйнування породи.

Вивчення поздовжніх коливань у бурильній колоні дасть можливість цілеспрямовано впливати на динаміку долота з метою оптимізації режиму його роботи, а також забезпечувати низький рівень вібрацій в інших частинах колони, що дозволить запобігати прискореному зношуванню бурильного інструменту і пов’язаним  із цим аваріям. Регулювання динамічних режимів може здійснюватись підбором оптимальних для даних умов режимних параметрів, вибором відповідних компоновок низу бурильної колони (КНБК) та використанням різних пристроїв, що впливають на поздовжні коливання (амортизатори, вібратори та ін.).

Вивчення опублікованих за даним питанням наукових праць дало можливість визначитися в напрямках інтенсифікації динамічного режиму відробки доліт, які грунтуються на концентрації коливальної енергії в області долота внаслідок відбивання хвиль або пружної взаємодії з вибоєм невеликої зв’язаної з долотом маси, яка динамічно (за допомогою амортизатора) ізольована від верхніх секцій бурильної колони.

Дослідження поздовжніх коливань бурильної колони дозволяє також обгрунтувати методи впливу на шкідливі низькочастотні коливання, що виникають внаслідок наявності нерівностей вибою (вибоїн), з’ясувати причини утворення вибоїн та способи запобігання їх.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота входить до науково-тематичних планів Міністерства освіти і науки та підприємств нафтогазовидобувної галузі України. Результати роботи використані при виконанні договору г/т 96/98 з БУ “Укрбургаз” ДК “Укргазвидобування” у науково-дослідному інституті нафтогазових технологій Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення техніко-економічних показників роботи тришарошкових доліт за рахунок вибору їх раціональних типів і режимних параметрів на основі аналізу результатів відробки доліт та динамічних характеристик поздовжніх коливань у процесі буріння.

Задачі дослідження.

1. Аналіз показників роботи тришарошкових доліт на площах бурового управління “Укрбургаз”.
2. Удосконалення математичної моделі поздовжніх коливань при бурінні тришарошковими долотами.
3. Дослідження впливу режимних параметрів, типів КНБК та їх елементів на динамічні характеристики коливальної системи “бурильна колона – долото - вибій”.
4. Розробка практичних рекомендацій для відробки тришарошкових доліт.

Об’єкт дослідження – динамічні процеси в коливальній системі “бурильна колона – долото – вибій” при бурінні свердловин.

Предмет дослідження – динамічні характеристики поздовжніх коливань при бурінні тришарошковими долотами.

Методи дослідження. Аналіз показників роботи тришарошкових доліт виконаний з допомогою методів математичної статистики. Модель поздовжніх коливань при бурінні тришарошковими долотами побудована з використанням методів математичного і фізичного моделювання. Вивчення динамічних режимів коливальної системи “бурильна колона – долото – вибій” грунтується на застосуванні числових методів розв’язку та методів математичного і функціонального аналізів. Для розробки практичних рекомендацій з раціональної відробки тришарошкових доліт використані статистичні методи аналізу даних і методи аналізу результатів моделювання динамічних процесів у бурильній колоні з допомогою ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Удосконалено математичну модель поздовжніх коливань бурильної колони при бурінні тришарошковими долотами.

2. Обгрунтовані принципи вибору технологічних (тип і параметри КНБК) та режимних (осьове навантаження і частота обертання) параметрів з точки зору інтенсифікації динамічних режимів роботи доліт.

3. Дістало подальший розвиток вивчення  причин утворення на вибої нерівномірностей (вибоїн), досліджено їх вплив на динаміку коливальної системи та запропоновані заходи для запобігання утворенню вибоїн.

Практичне значення одержаних результатів полягає у науковому обгрунтуванні  рекомендацій з раціональної відробки тришарошкових доліт, які включають:

вибір раціональних типів доліт;

вибір оптимальних режимних параметрів;

обгрунтування і вибір динамічних режимів відробки доліт.

Рекомендації, розроблені на основі одержаних результатів, передані для впровадження в БУ “Укрбургаз”. Розроблене програмне забезпечення впроваджене в БУ “Укрбургаз” та в ДК “Укргазвидобування”.

Особистий внесок здобувача. Участь у розробці математичної моделі поздовжніх коливань у бурильній колоні при бурінні шарошковими долотами (модель розроблена сумісно з М.А.Мислюком та І.Й.Рибчичем). Числовий розв’язок поставленої задачі та його програмна реалізація. Вивчення впливу різних КНБК і режимних параметрів на динаміку бурильної колони. Аналітичні дослідження поширення поздовжніх хвиль у бурильній колоні. Вивчення деяких аспектів впливу вибоїн на динаміку бурильної колони та обгрунтування способів запобігання їх утворенню. Розробка практичних рекомендацій з інтенсифікації динамічних режимів відробки доліт.

Апробація результатів дисертації.  Результати дисертації  доповідалися на: науково – технічній конференції професорсько – викладацького складу ІФДТУНГ (Івано – Франківськ, 1999 р.), 6-ій міжнародній науково – практичній конференції “Нафта і газ України - 2000” (Івано-Франківськ, 2000 р.), наукових семінарах кафедри буріння нафтових і газових свердловин ІФДТУНГ (1998 – 2000 рр.). У повному обсязі дисертаційна робота доповідалась на засіданнях кафедри буріння нафтових і газових свердловин ІФНТУНГ (травень, листопад 2001 р.).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані у 9 наукових статтях і 2 тезах, одержано 2 патенти України на винахід.

Термінологія у дисертації, за виключенням відзначеної за текстом, є загальноприйнятою у науково – технічній літературі даного напрямку.

Автор щиро вдячний науковому керівнику, докт. техн. наук, професору Мислюку М. А. за цінні поради в науковій роботі. Автор вдячний генеральному директору ДК “Укргазвидобування” канд. техн. наук Рибчичу І.Й. за допомогу в роботі, начальнику технологічного відділу БУ “Укрбургаз” канд. техн. наук Бойку П.Я. за надану інформацію про результати відробки доліт, головному інженеру Полтавського ВБР Андрусіву В.А. та співробітникам геологічного й економічного відділів Хрестищенського ВБР за сприяння в отриманні необхідної інформації.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі поданий аналіз показників роботи тришарошкових доліт на площах БУ "Укрбургаз"   за 1992 - 2000 роки й охарактеризований сучасний стан технологій їх відробки та уявлень про динамічні процеси у бурильній колоні під час буріння.

У дисертації наведені дані про динаміку зміни об’ємів буріння, середніх глибин свердловин, середніх показників роботи тришарошкових доліт та їх найбільш використовуваних типорозмірів при роторному бурінні (у тому числі і з глибиною) в БУ"Укрбургаз" та його структурних підрозділах .

Аналіз показує, що з 1996 року спостерігається тенденція до збільшення об’ємів буріння. Середні глибини свердловин за аналізований період суттєво не змінюються, найбільша середня глибина свердловин у бурінні для Полтавського ВБР, найменша - для Стрийського ВБР. З 1997 року все більше починають застосовуватися долота імпортного виробництва (переважно російські), що характеризуються кращою, у порівнянні з вітчизняними, якістю опор.

Аналіз загальних показників роботи найбільш вживаних типорозмірів доліт виявляє стійкі тенденції до збільшення проходки на долото і часу роботи на вибої (особливо за останні роки ) для кожного з ВБР і для підприємства в цілому. Разом з тим механічна швидкість проходки має тенденцію до зменшення (найбільшу - в Шебелинському ВБР, найменшу - в Полтавському ВБР).

Якість і надійність використовуваних на підприємстві тришарошкових доліт за останні роки покращали; аналіз наведених даних виявляє потребу у вдосконаленні технологій відробки доліт з метою забезпечення більш ефективного руйнування породи і, таким чином, підвищення показників їх роботи.

У дисертації наведено  аналіз сучасного стану технологій відробки доліт та досліджень динамічних процесів під час поглиблення свердловини роторним способом. Обгрунтовано доцільність удосконалення технологій відробки доліт за рахунок статистичного аналізу їх показників та інтенсифікації динамічних режимів. Вказано на необхідність уточнення математичної моделі поздовжніх коливань з метою більш адекватного опису взаємодії долота з вибоєм. Така модель дозволить цілеспрямовано обгрунтувати способи реалізації бажаного динамічного режиму бурильного інструменту.

У другому розділі описана математична модель поздовжніх коливань у бурильній колоні, спричинених взаємодією озброєння тришарошкового долота з вибоєм при роторному бурінні.

Бурильна колона моделюється як система з розподіленими параметрами. Бурильні труби представлені у моделі як стержні з відповідними довжиною, площею поперечного перерізу, модулем пружності й густиною матеріалу. Поздовжні коливання в кожній з однорідних секцій труб   описуються хвильовим рівнянням зі згасанням:

               ,                                                 (1)

де ,,– модуль пружності, густина матеріалу і коефіцієнт в’язкого тертя для  – ї однорідної секції; – зміщення елемента – ї секції з координатою для часу t; – прискорення вільного падіння. За додатний напрям осі , зміщень і сил вибрано напрям від гирла свердловини до вибою. У цьому ж напрямі нумеруються секції.

У даній моделі бурова установка розглядається як пружно-демпфуючий елемент з відповідними жорсткістю і коефіцієнтом лінійного тертя , за допомогою якого колона зв’язана з нерухомою земною поверхнею. У цьому припущенні верхня гранична умова буде виглядати так:

  .                                                      (2)

Граничні умови на -му стику  записані наступним чином :

                      (3)

де – координата нижнього кінця - ї секції; – площа поперечного перерізу  - ї секції; – густина бурового розчину.

У моделі можуть бути включені амортизатори, які подаються як пружно-демпфуючі елементи з еквівалентними жорсткістю і коефіцієнтом в’язкого тертя , а також масою верхнього і нижнього рухомих елементів   ( – порядковий номер амортизатора, рахуючи від гирла свердловини). Амортизатор, встановлений між секціями та , моделюється граничними умовами на стику цих секцій:

                               (4)

В дисертації одержано граничну умову на долоті, яка має такий вигляд:

                  (5)

де і –  узагальнені жорсткість і демпфування вибою; – залежність від часу взаємного зміщення долота і поверхні вибою; – періодична функція, яка моделює вибоїни; – статичне зміщення поверхні вибою від дії осьового навантаження на долото. Функція отримана на основі числового розв’язку кінематичної задачі про вертикальні переміщення долота при взаємодії з абсолютно твердим вибоєм.

Особливістю постановки задачі (1) – (5) є уточнення граничної умови на долоті, яка більш повно враховує вплив кінематики тришарошкового долота, форми поверхні вибою, пружних і в’язких властивостей порід та інших факторів на динамічні режими системи “бурильна колона-долото-вибій” при поздовжніх коливаннях.

Система рівнянь (1) з граничними умовами (2) – (5) є лінійною неоднорідною системою рівнянь з лінійними неоднорідними граничними умовами. Для отримання її розв’язку застосовані числові методи з використанням ЕОМ.

Для розв’язання даної системи використано метод комплексних зміщень. Суть методу полягає у тому, що розв’язок задачі шукається у вигляді

                                                   .                                                            

Дійсне зміщення виражається через комплексне зміщення

                                                 .

Тут введені такі позначення: – комплексна амплітуда; – комплексна частота, що містить інформацію про дійсну частоту і згасання коливань у часі ; аналогічно – комплексний хвильовий вектор (хвильове число); – дійсне хвильове число (– довжина хвилі); величина, що відображає згасання хвиль при поширенні їх по колоні. У дисертації описано методику розв’язання системи рівнянь (1) з граничними умовами (2) – (5) і наведені формули для розрахунку основних динамічних характеристик колони.

У цьому ж розділі подані аналітичні вирази, що дозволяють наближено оцінити вплив деяких елементів бурильної колони на генерацію та поширення поздовжніх хвиль.

Третій розділ присвячений дослідженню впливу різних елементів бурильної колони і природних факторів на її динамічні характеристики у процесі поглиблення свердловини тришарошковими долотами.

Розраховано динамічні характеристики найбільш вживаних у БУ “Укрбургаз”  типорозмірів тришарошкових доліт. Розрахунок здійснений на основі параметрів геометрії озброєння, виміряних автором на бурмайданчиках Хрестищенського та Стрийського ВБР.

Наведено умови, яким повинні задовольняти оптимальні динамічні режими:

інтенсивність коливань сили є такою, що не призводить до прогресивного зносу озброєння та опор долота;

           коливання локалізовані у нижніх частинах колони (бажано - в області долота) і слабо проникають у верхні частини колони;

коливання повинні бути досить високочастотними. Частота коливань повинна значно перевищувати потроєну частоту обертання колони  для запобігання утворенню вибоїн і частоти перших гармонік власних коливань колони для запобігання резонансу колони  і розвитку інтенсивних низькочастотних коливань (частоту власних коливань колони можна наближено оцінити відношенням швидкості звуку в сталі до довжини колони).

  Досліджені два пасивних способи інтенсифікації динамічних режимів роботи доліт, які грунтуються на використанні різних фізичних явищ. Перший полягає у використанні явища відбивання хвиль від стику двох секцій труб з різними хвильовими властивостями (найчастіше - площами поперечного перерізу). Пристрої, робота яких базується на цьому явищі, називають відбивачами. Другий спосіб грунтується на використанні маятникоподібних коливань зв’язаної жорстко з долотом порівняно невеликої маси, що рухається під впливом сил пружності вибою та амортизатора. Такі компоновки доцільно називати маятниковими.

Аналіз амплітудно-частотних характеристик (АЧХ) різних бурильних колон дозволив зробити наступні висновки.

1. Навіть найпростіші колони, що складаються  всього з однієї однорідної секції труб, мають дуже нерівномірну АЧХ.
2. АЧХ найпростішої колони містить періодично розташовані максимуми, що є наслідком відбивання хвиль від верхнього і нижнього кінців колони (найпростіша колона працює як відбивач).
3. Чим коротша колона, тим рідше розташовані максимуми на АЧХ і тим більша їх інтенсивність. Невелике додаткове дослідження показує, що інтенсивність максимумів сили зростає також при збільшенні поперечного перерізу секції.
4. ОБТ в складі колони працює як відбивач. Наявність ОБТ суттєво впливає на динамічні характеристики колони.
5. Часті максимуми на рис. 1 обумовлені наявністю довгої секції бурильних труб, а періодичне їх підсилення – наявністю відносно короткої секції ОБТ, що виступає в ролі відбивача.

     На підставі аналізу динамічних характеристик відбивачів показано, що запропонований М.О.Жидовцевим та В.І. Мельниковим  для турбінного буріння одноступеневий відбивач при бурінні роторним способом малоефективний. Розкрито фізичні основи роботи відбивачів. Доведено, що у випадку твердого вибою у ступенях відбивача формуються стоячі хвилі, причому на довжину ступеня припадає чверть довжини хвилі з цілим числом півхвиль. Вивчено залежність характеристик відбивачів (резонансні частоти, смуги підсилення) від технологічних та природних факторів. На цій підставі запропоновано різні схеми багатоступеневих відбивачів (вони являють собою встановлені між долотом і ОБТ невеликі секції труб із різними хвильовими властивостями, що поперемінно чергуються) та методика оцінки їх параметрів з метою забезпечення бажаних динамічних характеристик. Показано, що відбивачі хвиль неефективні при бурінні м’яких порід. Вивчений вплив режимних параметрів на  коливання сили на долоті при наявності відбивача. Виявлено, що частота обертання долота справляє суттєвий вплив на режим збудження відбивача (він може збуджуватися на різних резонансних частотах). 

Суттєва інтенсифікація коливань сили на долоті спостерігається при встановленні між бурильними трубами та ОБТ шліцевого з’єднання (рис. 2) або амортизатора невеликої жорсткості. У цьому випадку збільшується відбивання хвиль від верхнього кінця секції ОБТ.

При дослідженні компоновок з нижнім положенням амортизатора виявлено, що невелика секція ОБТ, встановлена між амортизатором і долотом, при бурінні твердих порід за динамічними характеристиками нагадує багатоступеневий відбивач (рис. 3).

При зменшенні жорсткості вибою така компоновка втрачає риси відбивача і коливання підамортизаторної маси все більше починають нагадувати коливання пружинного маятника (показано на основі аналізу АЧХ). При бурінні м’яких порід маятниковий ефект спостерігається й у випадку встановлення амортизатора безпосередньо над долотом (роль маятника тут відіграє маса долота в сумі з масою нижньої рухомої частини амортизатора).

Таким  чином, компоновка з амортизатором і порівняно невеликою підамортизаторною масою є універсальною в сенсі інтенсифікації динамічного режиму роботи долота: при малих значеннях жорсткості вибою вона функціонує як маятникова, при великих – набуває властивостей відбивача. Для уточнення сфер можливого застосування відбивачів і маятникових компоновок доцільно зробити коротке порівняння їх динамічних характеристик.

1. Відбивачі ефективні лише при великих значеннях жорсткості “долото-вибій”, і тому застосування їх може бути доцільним при бурінні твердих порід. Маятникові компоновки, навпаки, забезпечують підсилення поздовжніх коливань для порід малої жорсткості. У разі частої непередбачуваної зміни жорсткості порід з глибиною доцільно застосовувати маятникові компоновки з короткою секцією ОБТ під амортизатором, оскільки при великих значеннях жорсткості вони будуть функціонувати як відбивачі.
2. Частоти підсилюваних відбивачами коливань порівняно з такими для маятникових компоновок значно вищі. Тому ефективність відбивачів зростає при збільшенні частоти обертання долота, що може зробити доцільним їх застосування, наприклад, при  бурінні з допомогою турбобурів та електробурів.
3. Характеристики підсилюваних відбивачами коливань у більшій мірі, ніж для маятникових компоновок, залежать від геометрії озброєння долота і параметрів режиму буріння (внаслідок наявності множинних резонансних частот) і менше – від параметрів вибою. Частота коливань для маятникової компоновки залежить також і від параметрів вибою.

Вивчено вплив дисипативних параметрів вибою на динамічні характеристики відбивачів та маятникових компоновок. Встановлено, що маятникові компоновки дуже чутливі до демпфування і при бурінні порід зі значними демпфуючими властивостями (загальне демпфування вибою більше 5 кН*с/м) неефективні. Щодо багатоступеневих відбивачів, а також тих випадків, коли компоновка з нижнім положенням амортизатора виконує функції відбивача, то при зростанні демпфування підсилювальні властивості компоновки спочатку дещо зменшуються, а потім починають зростати, при цьому різко змінюється характер АЧХ, що супроводжується розширенням смуг підсилення, і як наслідок – коливання сили на долоті набувають дуже неправильної форми.

У рамках запропонованої моделі вивчено вплив нерівностей на вибої (вибоїн) на динаміку бурильної колони. Встановлено, що навіть незначні вибоїни (глибиною кілька міліметрів) можуть при певних поєднаннях режимних параметрів викликати інтенсивні низькочастотні коливання бурильного інструменту. Показано, що встановлення у колоні амортизатора значно зменшує інтенсивність обумовлених ними коливань. Сформульовано умови утворення  і поглиблення вибоїн та умови їх руйнування. На основі аналізу спеціальних діаграм (одна з яких наведена на рис.4) запропоновано методику оцінки значень частоти обертання долота, при яких вибоїни не повинні утворюватися, а вже існуючі мали б руйнуватися.

У четвертому розділі подано практичні рекомендації з вибору раціональних типів доліт та режимних параметрів на основі статистичного аналізу промислових даних про результати відробки доліт, а також результатів моделювання поздовжніх коливань у бурильній колоні при бурінні.

Описані програми для статистичного аналізу баз даних про результати відробки доліт, які є в БУ “Укрбургаз” та у ВАТ “Укрнафта”, подано їх короткі структурні схеми. Програми дозволяють формувати вибірки даних, знаходити середні значення показників та критеріїв відробки, виконувати їх статистичне порівняння, а також проводити регресійний аналіз сформованих вибірок з метою вибору оптимальних режимних параметрів. Програми передані в БУ “Укрбургаз” та   ВАТ “Укрнафта”.

Описаний програмний пакет для моделювання поздовжніх коливань у бурильній  колоні, що виникають внаслідок взаємодії тришарошкового долота з вибоєм під час буріння. Робота програми грунтується на запропонованій математичній моделі поздовжніх коливань. Програма дозволяє розраховувати залежність від часу, спектри й АЧХ сили та зміщення на долоті і в будь-якій точці бурильної колони та вивчати їх зміни в залежності від технологічних параметрів та природних факторів. Можливий також розрахунок діаграм вибоїнонебезпечних зон (подібних до зображеної на рис.4), залежності коливальної потужності від різних факторів та інтегральних динамічних характеристик для різних типів тришарошкових доліт. Залежності для коливальної потужності можуть допомогти у виборі раціональних значень технологічних параметрів, що допускають плавну зміну. 

Пакет програм забезпечений внутрішніми базами даних про геометричні характеристики озброєння доліт, параметри амортизаторів і властивості матеріалів бурильних труб. Має зручний і доступний інтерфейс. Пакет переданий у БУ “Укрбургаз” для експлуатації.

На основі аналізу даних про відробку доліт на Яблунівському ГКР запропоновано й передано в БУ “Укрбургаз” рекомендації з вибору раціональних типів доліт та значень частоти обертання і навантаження на долото при розбурюванні порід різних стратиграфічних підрозділів цього родовища. Основний зміст рекомендацій представлений в табл. 1 і 2.

На основі моделювання поздовжніх коливань запропоновані раціональні типорозміри доліт, частота обертання долота та місце встановлення амортизатора НАБ-240 при бурінні свердловини №61 Скоробагатьківського ГКР. У табл. 3 наведені показники роботи доліт на вказаній свердловині у порівнянні з такими для інших свердловин того ж родовища.

Одержані значне збільшення механічної швидкості на свердловині №61 і деяке зменшення тривалості роботи доліт на вибої можуть свідчити про інтенсифікацію поздовжніх коливань сили на долоті.

ВИСНОВКИ

У дисертації по-новому вирішена наукова проблема моделювання поздовжніх коливань у бурильній колоні, що виникають внаслідок взаємодії долота з вибоєм при бурінні тришарошковими долотами та вибір типу долота і значень режимних параметрів на основі статистичного аналізу показників роботи доліт та результатів моделювання динамічних процесів.

Найважливіші результати дисертаційної роботи

1. Наведені результати статистичного аналізу показників роботи тришарошкових доліт при роторному бурінні на площах БУ “Укрбургаз” за 1992-2000 роки.

Аналіз показує, що за даний період також спостерігається тенденція витіснення вітчизняних доліт деяких типорозмірів аналогічними імпортними. Це є одним із суттєвих чинників, які сприяють зростанню середніх показників проходки та стійкості доліт.

2. Удосконалена математична модель поздовжніх коливань в бурильній колоні при роторному бурінні тришарошковими долотами, яка більш адекватно враховує взаємодію долота з вибоєм свердловини. Особливістю і основною відмінністю даної моделі від запропонованих раніше є те, що всі характеристики коливань у її рамках отримуються при розрахунку, а не задаються як наперед відомі (наприклад, зміщення долота чи сила на ньому як у більшості моделей, запропонованих раніше).

Побудовані наближені аналітичні вирази для коефіцієнтів відбивання, пропускання та поглинання поздовжніх хвиль елементами бурильної колони. Одержані формули для оцінки генерації коливальної енергії при взаємодії долота з вибоєм та уточнені умови ефективної генерації коливань.  Встановлено, що залежність коефіцієнта поглинання коливальної енергії амортизатором від коефіцієнта демпфування амортизатора при певних його значеннях  характеризується максимумом. Зокрема, для амортизатора НАБ-240, встановленого між секціями ОБТ-203,  максимум (з коефіцієнтом поглинання, близьким до 0.5) відповідає значенням коефіцієнта демпфування                    300-500 кН*с/м. 

У залежності від умов і режимно-технологічних параметрів буріння досліджені динамічні характеристики КНБК (гладких, з відбивачем, з амортизатором, зі шліцевим з’єднанням). Виявлено, зокрема, що ефективність відбивачів зростає при збільшенні жорсткості системи “долото-вибій” і їх доцільно застосовувати при значеннях жорсткості не менше 100 МН/м. Вищою є ефективність багатоступеневих відбивачів, причому вона зростає зі збільшенням частоти обертання. При значеннях жорсткості “долото-вибій”, менших за 100 МН/м, ефективне застосування компоновок з амортизатором. Встановлено виникнення у відбивачі режиму стоячих хвиль, причому на довжину його секції припадає чверть хвилі з цілим числом півхвиль. На підставі цього запропоновано вибір довжин секцій відбивача з заданими частотними характеристиками.

Встановлення між ОБТ та бурильними трубами шліцевого з’єднання підвищує інтенсивність коливань сили на долоті приблизно у два рази, причому підсилення спостерігається як для твердих, так і для м’яких порід.

3. В рамках запропонованої моделі досліджені деякі аспекти утворення і поглиблення вибоїн та вплив їх на динамічний режим бурильної колони. Зокрема підтверджено, що наявність вибоїн спричиняє інтенсивні низькочастотні коливання (частоти близько 2...6 Гц) бурильної колони по всій її довжині.

Вперше отримані діаграми вибоїнонебезпечних зон у координатах “жорсткість вибою - частота обертання”. На основі аналізу цих діаграм показано, що існують такі частоти обертання бурильної колони, при яких вибоїни є нестійкими. Обґрунтовані шляхи зменшення шкідливого впливу вибоїн на роботу бурильного інструменту (вибір частоти обертання, типу КНБК та ін.).

4. Розроблена методика статистичного аналізу результатів відробки доліт з метою прийняття раціональних рішень з їх відробки. Побудовані алгоритми і пакет програм для вибору раціональних типів тришарошкових доліт та режимних параметрів (осьового навантаження і частоти обертання).

Пакет програм включений у бази даних з відробки доліт БУ  “Укрбургаз” і ВАТ “Укрнафта”.

5. Розроблені алгоритми і побудована комп’ютерна програма для моделювання динамічних характеристик системи “бурильна колона – долото - вибій”. На підставі аналізу результатів моделювання поздовжніх коливань запропоновані принципи вибору технологічних рішень з інтенсифікації динамічних режимів відробки доліт шляхом підбору параметрів КНБК та режиму буріння.

Запропонована методика інтенсифікації динамічних режимів роботи тришарошкових доліт апробована при бурінні св.№61 Скоробагатьківського ГКР з позитивними результатами.

6. Розроблені і передані для впровадження в БУ “Укрбургаз” практичні рекомендації з вибору раціональних типів доліт, частоти обертання та навантаження на долото при розбурюванні порід різних стратиграфічних підрозділів Яблунівського ГКР.  Очікуваний середній економічний ефект від впровадження на одну свердловину за найбільш надійними даними становить 630 тис. гривень.