Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Научно-методические основы управления интенсивностью естественного искривления скважин

ВАК РФ 25.00.14, Технология и техника геологоразведочных работ

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Карпиков, Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СПОСОБОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ СНИЖЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИСКРИВЛЕНИЯ

СКВАЖИН И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Современные представления о механизме искривления скважин.

1.2. Анализ способов и технических средств снижения интенсивности естественного искривления геологоразведочных скважин и пути их реализации.

1.3. Постановка задач исследований.36.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО - ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ АЛМАЗНОГО ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА НА УСТОЙЧИВОСТЬ КОЛОНКОВЫХ

К[АБОРОВ.

2.1. Исследования устойчивости^1£Олонковых наборов при бурении скважин диаметром 76 мм.

2.2. Определений условий закрепления нижней части колонкового набора при применении серийных алмазных коронок

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА СПОСОБА СНИЖЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ЕСТЕСТВЕННОГО ИСКРИВЛЕНИЯ СКВАЖИН В АНИЗОТРОПНЫХ ПОРОДАХ

3.1. Влияние конструктивных параметров алмазных коронок на интенсивность естественного искривления геологоразведочных скважин.

3.2. Теоретическое обоснование способа управления кривизной скважин в анизотропных породах при помощи алмазных коронок со смещенным центром тяжести СЦТ торцевого сечения.

3.3 Стендовые исследования влияния СЦТ торцевого сечения в алмазных коронках на механическую скорость бурения.

3.4 Теоретический анализ распределения нагрузок под торцом алмазных коронок в плоскости изогнутого колонкового набора

ГЛАВА 4 ОПЫТНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДИКИ УПРАВЛЕНИЯ КРИВИЗНОЙ СКВАЖИН.

4.1 Исследование целесообразности применения стабилизирующих технических средств алмазного бурения скважин в анизотропных породах.

4.2. Опытно-производственная проверка способа управления кривизной скважин при помощи алмазных коронок СЦТ торцевого сечения.

4.3. Экономический эффект от внедрения технических средств и способов повышения эффективности бурения скважин в анизотропных геологических разрезах.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Научно-методические основы управления интенсивностью естественного искривления скважин"

Актуальность работы. Развитие высокоскоростного алмазного бурения скважин сдерживается в настоящее время рядом причин, одной из которых является повышенная интенсивность естественного искривления. Нейтрализация роста интенсивности естественного искривления при проходке скважин в анизотропных породах достигается применением стабилизирующих технических средств, обеспечивающих бурение по проектным трассам с минимальным количеством постановок отклонителей.

Повышение производительности и снижение себестоимости бурения в сложных геологических условиях требует сокращения непроизводительных затрат времени, связанных с корректировкой направления стволов скважин. Данное обстоятельство заставляет уделять особое внимание разработке наиболее высокоэффективных способов стабилизации трасс скважин.

Одним из перспективных способов управления интенсивностью естественного искривления скважин является использование алмазных коронок. Данный способ, отличаясь высокой экономичностью, в наилучшей степени соответствует современным представлениям о механизме естественного искривления, в то время как все остальные способы либо неприемлемы из-за присущих им недостатков и малой эффективности их применения, либо полностью исчерпали свои технические возможности для условий высокооборотного алмазного бурения.

Диссертационная работа является составной частью научно-исследовательской тематики, которая выполнялась в соответствии с отраслевыми планами Мингео СССР (1985-91 гг.), по проблеме 6.11 «Совершенствование технологии направленного бурения», научно-технической программой Министерства природных ресурсов РФ «Разработка технологии и технических средств бурения геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые и воду» (1991-95 гг.), отраслевой программой «Создание технических средств и технологий в области поискового и картировочного бурения для технического обеспечения Федеральной программы развития минерально-сырьевой базы РФ» (1995-2000 гг.), контрактом № 2/4 с ФГУ НПП «Геологоразведка» по объекту № 15 «Разработка стратегии технико-технологического обеспечения государственных заказов на выполнение основных видов геологоразведочных работ (геофизических, буровых, горных, лабораторных)» (2000-03 гг.), планами хоздоговорных НИР с ИГО Дальгеология, Иркутскгеология, Приморгеология (отчеты № ГР 80069497, 01850017652, 01876579037, 01860104316, 01880057715, 01910023934, 01990006450, 01200113773).

Цель работы. Исследование влияния конструктивных параметров низа буровых компоновок на интенсивность естественного искривления и разработка на основе полученных данных методики управления кривизной разведочных скважин.

Задачи исследования.

1. Изучить целесообразность применения стабилизирующих средств при алмазном бурении разведочных скважин.

2. Исследовать устойчивость колонковых наборов при бурении скважин.

3. Определить условия закрепления нижней части колонкового набора на забое скважины при использовании серийных коронок

4. Исследовать влияние конструктивных параметров алмазных коронок на интенсивность естественного искривления бурящихся скважин.

5. Разработать способ и методику управления кривизной скважин за счет изменения конструкций коронок.

6. Проверить полученные теоретические разработки по оценке влияния конструктивных параметров алмазных коронок на основные показатели бурения в стендовых и производственных условиях.

Идея работы. Управление интенсивностью естественного искривления скважин в анизотропных породах путем изменения характера закрепления нижней части колонкового набора и конструкций алмазных коронок.

Методика исследования. Для решения поставленных задач бьша использована методика исследования, включающая аналитический обзор литературных данных; теоретические исследования с использованием методов классической механики и устойчивости упругих систем; экспериментальные исследования с использованием методов тензометрии в стендовых условиях; математический анализ и получение расчетных зависимостей; испытания в лабораторных и производственных условиях.

Основные научные результаты, полученные лично соискателем: теоретическое и экспериментальное обоснование влияния характера закрепления нижней части колонкового набора на его устойчивость при бурении скважин серийными алмазными коронками; способ управления интенсивностью естественного искривления стволов скважин путем изменения конструктивных парметров коронок (патент РФ № 2078193, а.с. № 1637402); инженерная методика управления кривизной стволов скважин при алмазном бурении.

Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке критерия целесообразности применения стабилизирующих технических средств при алмазном бурении разведочных скважин и установлении зависимости условий закрепления колонкового набора от конструктивных параметров коронок и геолого-технических условий бурения.

Достоверность научных положений определяется удовлетворительной сходимостью теоретических расчетов с экспериментальными и производственными данными, положительными результатами внедрения рекомендаций в геологоразведочную практику.

Практическая ценность работы. Практическая ценность полученных результатов состоит в разработке расчетной методики определения забойного изгибающего момента для нижней части колонкового набора в сочетании с применением стабилизирующих технических средств и алмазных коронок со смещенным центром тяжести торцевого сечения, что создает основу для управления интенсивностью естественного искривления скважин при бурении в анизотропных породах. Защищаемые научные положения:

1. Характер контактирования колонкового набора с забоем скважины при нормальном процессе алмазного бурения соответствует упругой модели, при этом контактное давление определяется конструктивными параметрами коронок и геологотехническими условиями бурения. 2. Применение специальных алмазных коронок со смещенным центром тяжести торцевого сечения способствует появлению дополнительного регулируемого изгибающего момента в контактной зоне, что позволяет управлять интенсивностью искривления ствола скважины за счет изменения ориентации алмазных коронок относительно плоскости изгиба компоновки. 3 Критерием целесообразности применения стабилизирующих технических средств управления интенсивностью искривления ствола разведочной скважины могут служить интенсивность естественного искривления и коэффициент стабилизирующей способности, что определяет себестоимость изготовления инструмента и его ресурс, а также стоимость бурения 1м направленных скважин в конкретных геолого-технических условиях.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Всероссийских научных конференциях молодых ученых «Геология, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых Восточной Сибири» (Иркутск, ИрГТУ, 1986-2000); VII международной научной конференции Керуленской межвузовской экспедиции «Вопросы геологии и металлогении Монголии и сопредельных территорий» (Улан-Батор, Монгольский технический университет, 1991); II и IV международных симпозиумах по бурению разведочных скважин в осложненных условиях (Санкт-Петербург, СПГГИ, 1992, 1995); XI научной конференции Керуленской экспедиции «Вопросы геологии и горного дела Монголии» (Улан-Батор, Монгольский технический университет, 1997); Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы научно-технического прогресса в бурении геологоразведочных скважин» (Томск, ТПУ, 1999); региональной конференции геологов Сибири, Дальнего Востока и Северо-Востока России (Томск, ТПУ, 2000); на заседаниях научно-технических советов ПГО Ир-кутскгеология, Приморгеология, Дальгеология.

Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 40 опубликованных работах.

Реализация результатов исследования. Проверка теоретических положений способа управления интенсивностью естественного искривления проводилась в Комсомольской ГРЭ ПГО Дальгеология, Ангарской ГРЭ ПГО Иркутскгеология, Дальнегорской и Артемовской ГРЭ ПГО Примор-геология.

Экономический эффект от внедрения разработок в вышеуказанных организациях, согласно актам внедрения, составил 217,49 тыс. руб (в ценах 1989 г.).

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и обш:их выводов, содержит 212 стр. машинописного текста, 33 рис., 20 табл., 5 приложений. Список используемой литературы включает 179 наименований.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Карпиков, Александр Владимирович, Иркутск

1. Инструмент алмазный породоразрушающий. Типовая программа и методика приемочных испытаний. ОСТ 41-13-266-86 . Министерство геологии СССР, М, 1986 , 69с.

2. Алмазный породоразрушающий инструмент для бурения геологоразведочных скважин. Рекомендации по применению. РД 41-01-04-83 . Министерство геологии СССР. Л, 1983.

3. Новожилов Б.А., Буглов H.A., Карпиков A.B. Сравнительная оценка технических средств борьбы с естественным искривлением. Из. ВУЗов. Геол. npa3B,N 2,1989, с.27-34.

4. Алмазная буровая коронка, а. с. № 1637402. Опубл. в БИ № 1990 г

5. Алмазная буровая коронка. а.с. № 1700190 Опубл. в БИ № 1991

6. Компоновка низа бурильной колонны, а.с. К» 1680939 Опубл. в БИ № 1991г

7. Способ направленного бурения геологоразведочных скважин. № 1681598 Опубл. вБИ№ 1991 г

8. Протокол заседания тех. совета Ангарской экспедиции ПГО "Иркут-скгеология" от 22.10.1987. Сое. Карпиков A.B. Утвердил Лапшин В.К.

9. Протокол заседания технического совета Ангарской экспедиции ПГО "Иркутскгеология", п. Мальта от 03.03.1991. Сое. Буглов H.A. Утвердил Кабанов В.М.