Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Анализ забойных процессов в алмазном бурении с целью стабилизации работы породоразрушающего инструмента

ВАК РФ 25.00.14, Технология и техника геологоразведочных работ

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Бебенин, Владимир Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Состояние проблемы, цель и задачи исследований.

1.1. Критический анализ предыдущих разработок.

1.2. Перспективные пути повышения эффективности алмазного бурения

1.3. Цель и задачи исследований.

Глава 2. Методика исследований.

2.1. Физическое моделирование.

2.2. Метрологическое обеспечение и достоверность результатов исследований.

Глава 3. Экспериментально-теоретические исследования изменения осевой нагрузки и окружной скорости в процессе бурения.

3.1. Динамическая характеристика бурового снаряда и ее влияние на забойные процессы.

3.2. Механическая скорость бурения - как оперативный комплексный показатель эффективности процесса алмазного бурения.

Глава 4. Особенности работы алмазного породоразрушающего инструмента с учетом кавитационного эффекта на контакте матрица-порода.

4.1 Образование шлама, как абразивной составляющей процесса разрушения породы забоя скважины.

4.2 Абразивные свойства шлама.

4.3 Разрушение поверхностного слоя.

4.4 Оценка влияния пульсирующего кавитационного процесса на эффективность работы алмазной коронки.

Глава 5. Разработка технических средств для повышения технико-экономических показателей алмазного бурения.

5.1. Разработка стабилизирующей компоновки бурового снаряда.

5.2. Вибрационный снаряд для снижения самозаклинивания керна.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Анализ забойных процессов в алмазном бурении с целью стабилизации работы породоразрушающего инструмента"

Сложившиеся представления о стационарности забойных процессов при неизменных геолого-технических условиях бурения не дают четкого объяснения целому ряду явлений, наблюдаемых при бурении скважин, таких как интенсивный износ породоразрушающего инструмента, колебания механической скорости бурения, интенсивное разрушение кернового материала и другие.

Так или иначе, эти процессы связаны с непрогнозируемым изменением технологических режимных параметров на забое скважины. При этом совершенствовании конструкции породоразрушающего инструмента не дают ожидаемого эффекта, получаемого при разбуривании блоков породы на поверхности.

В настоящей работе предпринята попытка исследования и анализа малоизученных процессов, таких как наличие кавитации под торцом алмазной коронки, влияние переменных режимных параметров на эффективность бурения, а также разработка конструкции бурового снаряда, позволяющего в определенной степени стабилизировать динамический режим работы породоразрушающего инструмента.

Процесс бурения является сложной многокомпонентной системой, характеризующейся нелинейными эффектами, обратными связями между отдельными параметрами и, что самое главное, самоорганизующими функциями.

Традиционно современные методы исследования процессов бурения ограничиваются обычно рассмотрением двухкомпонентной системы, например: алмаз - порода, матрица - шлам или шлам - очистной агент и т.п. Такой подход упрощает решение поставленных задач, что, однако, предопределяет в целом ряде случаев их низкую адекватность. Анализ взаимодействия различных факторов и их влияние на работу системы в целом позволяет сделать вывод о том, что их динамика носит ярко выраженный колебательный характер. При этом! КПД системы стремится к своему максимуму, что в отдельных случаях приводит к отрицательному эффекту. Научно-экспериментальному исследованию совершенствования алмазного бурения посвящена данная работа. В проведении 3 экспериментальных и опытно-конструкторских работ принимали участие сотрудники кафедры бурения РГТРУ и МОЗБТ, которым автор выражает искреннюю благодарность.

Заключение Диссертация по теме "Технология и техника геологоразведочных работ", Бебенин, Владимир Юрьевич

Заключение

Проведенный автором комплекс экспериментально-теоретических исследований условий работы алмазного породоразрушающего инструмента во всем многообразии геолого-технических условий и динамических нагрузок, возникающих вследствие влияния волновых процессов бурового снаряда, позволяет сделать следующие выводы и практические рекомендации:

1. Современная тенденция развития колонкового бурения в основном ориентирована на улучшение технико-экономических показателей, что не всегда соответствует показателям качества процесса, таких как выход керна и сохранение заданного направления скважины.

2. Научно-технический прогресс алмазного бурения происходит в основном в области совершенствования породоразрушающего инструмента без должного учета особенностей разрушения горной породы на забое в динамическом режиме.

3. Проведенные экспериментально-теоретические исследования подтверждают отрицательное влияние динамики бурильной колонны на передачу управляющих параметров

Рос, (о, Q) режима бурения и дана оценка степени её воздействия.

4. В результате анализа предыдущих исследований автором предложена уточненная формула потерь осевой нагрузки на забое скважины.

5. Теоретическое исследование процессов кавитации под торцом алмазной коронки позволяет сделать вывод о необходимости создания условий, способствующих стабилизации работы коронки на забое, т.е. снижения влияния низкочастотных продольных колебаний (особенно биений) бурильной колонны, изменений осевой нагрузки и частоты вращения.

6. Достижение режима псевдорезонанса на контакте «коронка-забой» должно контролироваться уровнем снижения затрачиваемой мощности и относительным увеличением механической скорости. Время переходного процесса 10-15 мин.

7. Предложена конструкция стабилизирующей компоновки бурового снаряда, снижающая влияние динамики бурильной колонны на коронку за счет наличия шлицевого переходника-разъединителя, колонны УБТ и специальных стабилизирующих поясков.

8. Алмазный расширитель выполнен с продольными пазами, способствующими развитию высокочастотных собственных крутильных колебаний алмазной коронки.

9. Предложена упрощенная конструкция вибрационного снаряда для снижения самозаклинивания керна.

10. Существенным техническим прогрессом в области колонкового бурения явился бы переход на бурение с использованием забойных двигателей малого диаметра (турбобуров и винтовых двигателей).

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Бебенин, Владимир Юрьевич, Москва

1. Алексеев В.Н. Передача осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент с учетом трения бурильной колонны о стенки скважины. Сб. «Методика и техника разведки» № 138 Ленинград ВИТР 1981 г.

2. Башкатов Д.Н. Особенности процесса механического разрушения горной породы при алмазном бурении. Сборник научных статей Нац. гор. университета г. Днепропетровск Украина 2000г.

3. Башкатов Д.Н. Оперативная оптимизация процесса бурения, проблемы и пути решения. Вестник г-м. секции РАЕН 1993г.

4. Башкатов Д.Н. Оптимизация процесса разведочного бурения. М. МГРИ 1990г.

5. Богданов Р.К., Исонкин A.M. Влияние интенсивности разрушения горной породы на износостойкость буровых коронок. Сб. АН Украины, ИСМ. Киев 1993г.

6. Боголюбский К.А. и др. Влияние параметров технологического режима бурения на сохранность керна. М. Геология и разведка. Вып.6 1975г.

7. Бревдо Г.Н. Проектирование режимов бурения. М. Недра. 1988г.

8. Бродов Г.С. Исследование и разработка способа измерения показателей режима бурения на забое скважины. Автореферат дисс. Ленинград 1975г.

9. Быченков Е.И. Исследование износа алмазных импрегнированных коронок. Сб. ВИТР Ленинград. 1990г.

10. Будюков Ю.Е., Власюк В.И., Спирин В.И. Алмазный породоразрушающий инструмент. ИПП «Гриф и К0» Тула 2005г.

11. Власюк В.И., Будюков Ю.Е., Горшков Л.К., Осецкий А.И., Рябчиков С.А., Спирин В.И. Новые технологии в создании и использовании алмазного породо-разрушающего инструмента. М. ЗАО «Геоинформмарк» 2002г.

12. Воропаев И.Е. и др. Анализ причин самозаклинивания керна при работе колонковых снарядов. М. Изв. вузов. Геология и разведка №6.1984г.

13. Исонкин A.M. и др. Влияние параметров режима бурения и прочностных характеристик алмазов на износ импрегнированных коронок. Изв. Вузов «Геология и разведка» №1 1997г.

14. Козловский Е.А. Оптимизация процесса разведочного бурения. М. Недра. 1975г.

15. Комаров М.А. и др. Информационная основа и принципы распознавания технологических ситуаций в бурении. Отеч. произв. опыт. ЭИ ВИЭМС вып.1 М. ВИЭМС 1984г.

16. Крюков Г.М., Горбонос М.Г. Запаздывание разрушения и увеличение прочности горных пород при динамическом нагружении. Физ.-тех. пробл. разработки полезных ископаемых. М. 1978г. №1

17. Левицкий А.З. Теоретическое исследование факторов, приводящих к подклинке керна при его формировании. М. Извест. вузов. Геология и разведка, №2,1980г.

18. Липатников В.П. Исследование гидравлических характеристик потока промывочной жидкости в зоне «горная порода-коронка». «Разработка и совершенствование технологии алмазного бурения в сложных горно-геологических условиях» М. ВИЭМС 1983г.

19. Нечаев Н.Д. Нестационарность забойных процессов и совершенствование технологии алмазного бурения. Автореферат дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н.

20. Пономарев П.П. Техника и технология алмазного бурения скважин в трещиноватых породах. Обзор техн. и технол. г-р. работ. М. ВИЭМС 1978г.

21. Сахаров А.В. Анализ распределения мощности на забое скважины при бурении алмазными коронками. Л. сб. ВИТР 1989г.

22. Сачивко В.П. и др. Оценка эффективности и выбор оптимальных средств виброгашения. Обзор. М. ВИЭМС 1972г.

23. Симонов В.В., Юнин Е.К. Влияние колебательных процессов на работу бурильного инструмента. М. Недра 1977г.

24. Симонов В.В., Юнин Е.К. Волновые процессы в бурильной колонне. М. МИНХиГП. 1979г.

25. Соловьев Н.В., Чихоткин В.Ф. и др. Ресурсосберегающая технология алмазного бурения в сложных геологических условиях. М. ОАО «ВНИИОЭНГ» 1998г.

26. Соловьев Н.В. и др. Шламовый режим при алмазном бурении. Сб.л. СПб, ВИТР 1993г.

27. Соловьев Н.В. Энергетическая характеристика процесса разрушения горных пород при алмазном бурении. Киев ИСМ АН УССР. 1988г.

28. Сулакшин С.С. Бурение геологоразведочных скважин М. Недра 1994г.

29. Ханин М.В. Механическое изнашивание материалов М. Изд-во стандартов. 1984г.

30. Ханин М.В. Взаимодействие звуковых и ультразвуковых колебаний с поликристаллическими материалами. МТТ №3 1979г.

31. Хромин Е.Д. Породоразрушающие инструменты. Важнейшие изобретения года. М. ВНИИПИ 1989г.

32. Хромин Е.Д. Экспериментально-теоретические исследования режимных параметров на забое с целью оптимизации процесса бурения. Автореф. дисс. на соиск. уч.степ. к.т.н. М. МГРИ 1975г.

33. Чихоткин В.Ф. Исследование призабойных процессов в алмазном бурении М. ОАО «ВНИИОЭНГ» 1998г.

34. Чихоткин В.Ф. К динамике работы алмазных буровых коронок. Межвуз. сб. науч. работ. М. МГРИ 1988г.

35. Чихоткин В.Ф. Исследование техники и технологии бурения геологоразведочных скважин и разработка нового поколения алмазного породоразрушающего инструмента. М.

36. Чихоткин В.Ф. Создание эффективного бурового алмазного инструмента на основе изучения процесса взаимодействия его с горной породой. Автореферат к.т.н. Днепропетровск 1996г.

37. Шаповал А.А. и др. Особенности контроля и управления процессом бурения в трещиноватых породах. ЭИ ВИЭМС. Отеч. произв. опыт. М. ВИЭМС вып.8 1984г.