способ компоновки низа бурильной колонны

Формула изобретения

Способ компоновки низа бурильной колонны рабочими элементами с различными частотами собственных колебаний, включающий их сборку, отличающийся тем, что осуществляют сборку рабочих элементов с частотами собственных колебаний, соотносящимися между собой как ряд случайных чисел, количество членов которого ограничено длиной динамически возмущенного участка сжатой части бурильной колонны упругими волнами сжатия при заданном режиме бурения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения и может быть использовано при проводке глубоких скважин в резкоизменяющихся условиях.

Известен способ компоновки бурильной колонны для турбинного бурения, включающий сборку низа бурильной колонны из стальных бурильных труб (СБТ), утяжеленных бурильных труб (УБТ), легкосплавных бурильных труб (ЛБТ) (Файн Г. М. , Штамбург В. Ф., Данелянц С.М. Нефтяные трубы из легких сплавов. М, Недра, 1990 г., с. 110).

Недостатком известного способа является необходимость для каждых конкретных условий расчитывать и подбирать длину, количество и место установки СБТ, ЛБТ и УБТ, чтобы исключить влияние случайных факторов на эффективную работу компоновки в резкоизменяющихся условиях бурения.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ компоновки низа бурильной колонны, включающий сборку долота, турбобура, центратора и установленных выше турбобура, имеющих различную частоту собственных колебаний ЛБТ и УБТ и далее колонны СБТ (Янтурин А.Ш. Передовые методы эксплуатации и механика бурильной колонны. Уфа. Башк. кн. издательство, 1988 г, с. 149).

Компоновка по известному способу эффективно работает только в определенных условиях (например, обеспечивается стабилизация профиля скважины с зенитным углом около 2^o). Однако из-за воздействия случайных факторов (нагрузки, буримости горных пород, их анизотропии, реологических свойств промывочной жидкости и прочее) снижается эффективность работы компоновки, не всегда обеспечивается проводка скважины в требуемых параметрах.

Предлагаемое изобретение решает техническую задачу повышения эффективности работы компоновки за счет снижения воздействия случайных факторов на работу низа бурильной колонны в резкоизменяющихся условиях бурения.

Техническим результатом при использовании изобретения является повышение надежности рабочих элементов нижней части бурильной колонны при бурении наклонных и горизонтальных скважин с сильной перемежаемостью буримых пород, требующих изменения режима бурения и жесткостных параметров компоновки нижней части бурильной колонны (КНБК).

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе компоновки низа бурильной колонны рабочими элементами с различными частотами собственных колебаний, включающий их сборку, согласно изобретению осуществляют сборку рабочих элементов с частотами собственных колебаний, соотносящимися между собой как ряд случайных чисел, количество членов которого ограничено длиной динамически возмущенного участка сжатой части бурильной колонны упругими волнами сжатия при заданном режиме бурения.

Длина динамически возмущенного участка сжатой части бурильной колонны, которая характеризует энергию упругих волн сжатия, влияющих на надежность компоновки определяют по известной зависимости:

L_d = a t,

где a = 5100 м/с - скорость распространения продольных волн в бурильной колонне;

- момент времени максимального динамического возмущения;

- период продольных колебаний долота с угловой частотой

= ₂K_шK_в, где - угловая скорость долота, при частоте оборотов двигателя n;

К_ш - число шарошек долота;

К_в - эмпирический коэффициент.

Способ осуществляют следующим образом. Компоновка включает долото 215,9 ТКЗ длиной l_d = 0,3 м, центратор-амортизатор ДЦ-195 l_u = 1,1 м, турбобур ЗТСШ1-195 длиной l_ТБ = 24 м, одна свеча утяжеленных труб длиной l_УБТ = 24 м, остальное стальные бурильные трубы ТБПВ 127х10. По данным геолого-технического наряда необходимо обеспечить частоту вращения долота n = 700 мин^-1. Длина динамически возмущенного участка



Длина стальных бурильных труб, входящих в динамически возмущенный участок, равна

l_Б = L_d - l_d - l_ц - l_ТБ - l_УБТ = 73 - 0,3 - 1,1 - 24 - 24 = 23,6 м.

Таким образом, одна свеча бурильных труб длиной 24 м будет составлена из труб, имеющих различную частоту собственных колебаний. Если трубы изготовлены из одного материала, например Ст40Х, частоту собственных колебаний можно изменять? меняя длину входящих в бурильную свечу труб. Длина труб, входящих в свечу, должна быть не более 12 м (длина поставляемых бурильных труб) и не меньше 1 м, так как при этом усложняется сборка. Выбор закона распределения случайных чисел зависит от конкретных условий. Если имеется достаточная информация о влиянии факторов на эффективность работы компоновки, то закономерность распределения случайных чисел устанавливают известными способами. Это может быть нормальный закон, закон распределения Вейбулла и т.д., в то же время при отсутствии информации, например, в разведочном бурении целесообразнее использовать ряд равномерно распределенных случайных чисел. Из таблицы (Таблицы математической статистики. Большев Л.Н., Смирнов Н.В. М. : Наука, 1983, с. 336, табл. 7.1а.) берем ряд равномерно распределенных случайных чисел 9, 10, 25, 33, 73. Сумма обратных величин чисел равна 0,2951. Вычисляем переводной коэффициент l_Б /0,2951 = 24/0,2951 = 81,328

Длина труб, входящих в свечу, равна











Изменять частоту собственных колебаний бурильных труб можно, используя трубы из различных материалов, так как при прочих равных условиях частота собственных колебаний пропорциональна корню квадратному из модуля упругости E, который для стальных бурильных труб, например, равен 2,1 10⁵ МПа, а для легкосплавных бурильных труб 0,8 10⁵ МПа.

Предлагаемое изобретение найдет применение в горной промышленности при бурении глубоких скважин.

В процессе бурения компоновка низа бурильной колонны, собранная по предлагаемому способу из элементов, имеющих частоту собственных колебаний в соответствии с распределением случайных чисел, при воздействии факторов, имеющих стохастическую природу, действие которых проявляется в виде случайных нагрузок, будет в меньшей степени снижать механическую скорость бурения, влиять на работоспособность долота, забойного двигателя, бурильных труб, кривизну наклонно-направленного участка.