Статья:

Снижение вибрации в процессе бурения путем совершенствования конструкции PDC долот

Журнал: Научный журнал «Студенческий форум» выпуск №15(151)

Рубрика: Технические науки

Выходные данные
Сайдашев Р.Р. Снижение вибрации в процессе бурения путем совершенствования конструкции PDC долот // Студенческий форум: электрон. научн. журн. 2021. № 15(151). URL: https://nauchforum.ru/journal/stud/151/90809 (дата обращения: 31.01.2023).
Журнал опубликован
Мне нравится
на печатьскачать .pdfподелиться

Снижение вибрации в процессе бурения путем совершенствования конструкции PDC долот

Сайдашев Ринат Рузельевич
магистрант, кафедра бурения скважин, Тюменский Индустриальный Университет, РФ, г. Тюмень

 

Аннотация. Целью данной статьи является описание новых конструкций породоразрешающего инструмент (а именно PDC). Данные взяты с открытых источников ООО «Буринтех», а также подвергнуты анализу ввиду применения данных инструментов на месте работы ПАО «СНГ».

Результатом является оптимизациия инструменты с целью повышения механической скорости и наработки на 1 долото.

 

Ключевые слова: PDC, долото, оптимизация, вооружение

 

Для создания экономически рентабельных условий бурения скважин все больше инженеров трудятся над таким критерием, как оптимизация процессов вскрытия пластов.

Начиная от программного обеспечения до механических характеристик сплавов, используемых в буровом оборудовании.

Поэтому нефтесервисные компании находятся в постоянном конкурентном режиме за новые контракты с нефтегазодобывающими предприятиями

В данной статье рассмотрим работу такой нефтесервисной компании как «Буринтех».

Наработка на отказ породоразрушающего инструмента (далее ПРИ), скорость проходки – основные критерии для оптимизации и модернизации ПРИ

Данная компания сотрудничается с СУБР-2 (ПАО «Сургутнефтегаз»). Активно используются конструкций PDC-долот для бурения в мягких и средних горных породах.

Оптимизации исполнения были подвергнуты четырех-, пяти шестилопастных долота. К началу 2014 года компанией спроектированы и опробованны новые конструкции ПРИ для отладки полноценного производства. Конструктивные решения позволяют не только увеличить скорость бурения, но также стойкость благодаря новому типу вооружению и удачных дизайнерских решений.

Основополагающим критерием механического износа оборудования являются критерии применимости.

Примером нагруженности инструмента на весь период работы является долото.

При вскрытии пластов (не только продуктивных) попадаются участки с высокой сопротивляемостью разрушению и в таких ситуациях вооружение долота испытывают катастрофические нагрузки.

Следствием таких нагрузок явялется частые СПО (спуско-подъемные операции) по замене ПРИ (породоразрушающего инструмента) на новый, что ведет к снижению механической проходки.

Повреждения основного вооружения можно разделить на абразивный и ударный износ [1].

Срок службы ПРИ во многом зависит от условий его использования. Наиболее нагруженной частью при бурении является долото, находящееся в зоне контакта с ГП (горной породы). Из всех породоразрушающих инструментов чаще всего используются долота из PDC.

Этот тип режущего инструмента работает в широком диапазоне твердости горных пород.

Последние усовершенствования расширяют возможности их применения в сложных геологических условиях.

Ударный износ долота в большинстве случаев результат нестабильной работы – влияние буровой колонны на долото (рисунок 1).

Данная нестабильность впоследствии перетекает в осевые, радиальные и крутильные вибрации бурильной колонны, которая усиливает нестабильную работу долота.

 

Рисунок 1. Ударный износ PDC резцов

 

Осевые вибрации возникают в результате воздействия статической и динамической осевой нагрузки. Динамическая нагрузка следствие взаимодействия ПРИ и горной породы. При различных показателеях твердости горной породы в разрезе, вооружение ПРИ то углубляется, то всплывает.

Ввиду того, что колонна имеет запас упругой деформации, вертикальная длина находится в колеблющихся значениях.

Отсюда возникают колебания осевой нагрузки (особенно, если колебания вошли в резонанс)

Долото начинает подскакивать на забое, получая ударное разрушение основного вооружения [2].

Если нагрузка на долото недостаточная, то следствием этого явлется возникновение радиальных вибраций.

При таком раскладе силы, действующие на основное вооружение (основные резцы) кратно отличаются друг от друга.

Резец основного вооружения с максимальной величиной силы резания становится мгновенной осью вращения, не совпадающей с геометрической осью скважины. Результат – долото начинает «кидать» из стороны в сторону на забое, скалывая основные резцы

При различных скоростях (угловых) на устье у колонны и на забое у долота возникают крутильные вибрации. Вся энергия, направленная на вращение породоразрушающего инструмента, уходит на упругую деформацию буровой колонны. В силу значительной длины буровая колонна скручивается в пространственную спираль, накапливая потенциальную энергию.

Решением по проблеме вибраций стала новая конструкция PDC долот от ООО НПП «БУРИНТЕХ» с отличительными техническими новшествами. Корпус этой модификации долота имеет различную твердость композитного материала по его толщине (сначала менее устойчивый, ниже – более), и величина выступа резцов над покрытием вблизи центральной оси заведомо меньше необходимого для бурения самых твердых пород в данном геологическом разрезе.

В начальный момент бурения проникновение резца в породу ограничивает композиционное покрытие, препятствующее внедрению резцов в породу на величину больше выступа резца.

При работе долота верхняя повернхость композиционного материала истачивается (т.к. не имеет высокой адгезионной устойчивости по конструктиву), оставляя твердую нижнюю поверхность и создавая, таким образом, стабилизационные канавки

Износ композиционного покрытия осуществляется на величину 0,5 мм, которая является оптимальной для обеспечения заданной скорости проходки и повышенной виброустойчивости.

Время истирания колеблется от 1 часа до 8 часов (в зависимости от параметров бурения и геологического разреза).

При борьбе с вредными вибрационными нагрузками пользуются различными решениями – от смены параметров бурения до компоновки колонны демпфирующими устройствами.

Данные решения являются мерой предотвращения УЖЕ возникших вибраций. С точки зрения рациональности, нужно не допустить их появления, а не бороться с ними де-факто.

Ввиду того, что источником вибраций всех вышеописанных является ПРИ (долото), то вопросы совершенствования дизайнерских и прочностных характеристик является актуальным

В заключении можно сказать, что удовлетворение требований нефтегазодобывающих компаний требует вовлечения специалистов разной специальной подготовки, т.к. оптимизация заключается, как уже было описано ранее, не только в увеличении прочностных характеристик сплавов, но и грамотного расположения вооружения на породоразрушающем инструменте.

 

Список литературы:
1. Бадретдинов Т.В., Ишбаев Г.Г., Балута А.Г., Шарипов А.Н., Драган А.Ю., Ямалиев В.У. Уменьшение вибрации на ПРИ и элементы КНБК демпфирующим переходником // Бурение и нефть. 2017. № 7. С. 44–49.
2. Висинский Н.Н. О классификации породоразрушаюших инструментов // Вестник ЦКР Роснедра. - 2015. - № 6
3. Галов С.В. Проблемы шарошечных долот // Наука и ТЭК.-2015. - № 6.
4. Дамасов Э.М. Конструктивные решения для оптимизации параметров бурения // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. – 2014. - № 11.
5. Третьяк А.А. Вибрационное влияние на буровые коронки, армированные алмазно–твердосплавными пластинами // Бурение и нефть. 2016. № 10. С. 20–24.