Некоторые особенности работы устройства по подготовке скважины к креплению

Дан анализ состояния техники и технологии крепления скважин. Отмечены основные недостатки существующих приемов крепления ствола скважины. Обоснован гидродинамический способ удаления глинисто-шламовых паст. Приведены положения теории работы проектируемого устройства для обработки кавернозных зон. Нав...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Розробка родовищ
Datum:	2015
Hauptverfasser:	Давиденко, А.Н., Игнатов, А.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2015
Schlagworte:	Свердловинні технології
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104675
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Некоторые особенности работы устройства по подготовке скважины к креплению / А.Н. Давиденко, А.А. Игнатов // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2015. — Т. 9. — С. 501-506. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-104675
record_format	dspace
spelling	Давиденко, А.Н. Игнатов, А.А. 2016-07-13T11:58:34Z 2016-07-13T11:58:34Z 2015 Некоторые особенности работы устройства по подготовке скважины к креплению / А.Н. Давиденко, А.А. Игнатов // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2015. — Т. 9. — С. 501-506. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2415-3435 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104675 622.24 Дан анализ состояния техники и технологии крепления скважин. Отмечены основные недостатки существующих приемов крепления ствола скважины. Обоснован гидродинамический способ удаления глинисто-шламовых паст. Приведены положения теории работы проектируемого устройства для обработки кавернозных зон. Наведено аналіз стану техніки і технології кріплення свердловин. Зазначено основні недоліки існуючих прийомів кріплення стовбура свердловини. Обґрунтовано гідродинамічний спосіб видалення глинисто-шламових паст. Наведено положення теорії роботи проектованого пристрою для обробки кавернозних зон. The subject of the article is the analysis of the state and prospects of development of technique and technology of fastening of bore holes. A feature of construction and principle of action of the improved device is considered for treatment of barrel of bore hole. The technical solutions used for improved device for treatment of barrel of bore hole are pointed out. ru УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України Розробка родовищ Свердловинні технології Некоторые особенности работы устройства по подготовке скважины к креплению Деякі особливості роботи пристрою по підготовці свердловини до кріплення Some features of work of device on preparation of bore hole to fastening Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Некоторые особенности работы устройства по подготовке скважины к креплению
spellingShingle	Некоторые особенности работы устройства по подготовке скважины к креплению Давиденко, А.Н. Игнатов, А.А. Свердловинні технології
title_short	Некоторые особенности работы устройства по подготовке скважины к креплению
title_full	Некоторые особенности работы устройства по подготовке скважины к креплению
title_fullStr	Некоторые особенности работы устройства по подготовке скважины к креплению
title_full_unstemmed	Некоторые особенности работы устройства по подготовке скважины к креплению
title_sort	некоторые особенности работы устройства по подготовке скважины к креплению
author	Давиденко, А.Н. Игнатов, А.А.
author_facet	Давиденко, А.Н. Игнатов, А.А.
topic	Свердловинні технології
topic_facet	Свердловинні технології
publishDate	2015
language	Russian
container_title	Розробка родовищ
publisher	УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
format	Article
title_alt	Деякі особливості роботи пристрою по підготовці свердловини до кріплення Some features of work of device on preparation of bore hole to fastening
description	Дан анализ состояния техники и технологии крепления скважин. Отмечены основные недостатки существующих приемов крепления ствола скважины. Обоснован гидродинамический способ удаления глинисто-шламовых паст. Приведены положения теории работы проектируемого устройства для обработки кавернозных зон. Наведено аналіз стану техніки і технології кріплення свердловин. Зазначено основні недоліки існуючих прийомів кріплення стовбура свердловини. Обґрунтовано гідродинамічний спосіб видалення глинисто-шламових паст. Наведено положення теорії роботи проектованого пристрою для обробки кавернозних зон. The subject of the article is the analysis of the state and prospects of development of technique and technology of fastening of bore holes. A feature of construction and principle of action of the improved device is considered for treatment of barrel of bore hole. The technical solutions used for improved device for treatment of barrel of bore hole are pointed out.
issn	2415-3435
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/104675
citation_txt	Некоторые особенности работы устройства по подготовке скважины к креплению / А.Н. Давиденко, А.А. Игнатов // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2015. — Т. 9. — С. 501-506. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT davidenkoan nekotoryeosobennostirabotyustroistvapopodgotovkeskvažinykkrepleniû AT ignatovaa nekotoryeosobennostirabotyustroistvapopodgotovkeskvažinykkrepleniû AT davidenkoan deâkíosoblivostírobotipristroûpopídgotovcísverdlovinidokríplennâ AT ignatovaa deâkíosoblivostírobotipristroûpopídgotovcísverdlovinidokríplennâ AT davidenkoan somefeaturesofworkofdeviceonpreparationofboreholetofastening AT ignatovaa somefeaturesofworkofdeviceonpreparationofboreholetofastening
first_indexed	2025-11-26T16:24:48Z
last_indexed	2025-11-26T16:24:48Z
_version_	1850627920949673984
fulltext	501 УДК 622.24 © А.Н. Давиденко, А.А.. Игнатов А.Н. Давиденко, А.А. Игнатов НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ПО ПОДГОТОВКЕ СКВАЖИНЫ К КРЕПЛЕНИЮ Дан анализ состояния техники и технологии крепления скважин. Отмечены основные недостатки существующих приемов крепления ствола скважины. Обоснован гидроди- намический способ удаления глинисто-шламовых паст. Приведены положения теории работы проектируемого устройства для обработки кавернозных зон. ДЕЯКІ ОСОБЛИВОСТІ РОБОТИ ПРИСТРОЮ ПО ПІДГОТОВЦІ СВЕРДЛОВИНИ ДО КРІПЛЕННЯ Наведено аналіз стану техніки і технології кріплення свердловин. Зазначено основні недоліки існуючих прийомів кріплення стовбура свердловини. Обґрунтовано гідродинамічний спосіб видалення глинисто-шламових паст. Наведено положення теорії роботи проектованого пристрою для обробки кавернозних зон. SOME FEATURES OF WORK OF DEVICE ON PREPARATION OF BORE HOLE TO FASTENING The subject of the article is the analysis of the state and prospects of development of technique and technology of fastening of bore holes. A feature of construction and principle of action of the improved device is considered for treatment of barrel of bore hole. The technical solutions used for improved device for treatment of barrel of bore hole are pointed out. ВВЕДЕНИЕ На качество выполнения работ по креп- лению и тампонированию скважин влияют следующие основные факторы: состав, тех- нологические свойства, качество тампо- нажной смеси и способ ее подачи в затруб- ное пространство; необходимость примене- ния дополнительных средств, предупреж- дающих возникновение фильтрации и появ- ление суффозионных каналов в тампонаж- ном растворе в период его загустевания и твердения, а кроме того, создание режима покоя скважины в указанных этапах; пол- нота замещения очистного агента тампо- нажным раствором в заколонном простран- стве скважины; прочность и герметичность контакта тампонажного камня с обсадной колонной и стенками скважины [1]. По- следних два обстоятельства, наиболее весо- мых во всем перечисленном комплексе, почти целиком определяются состоянием ствола скважины, подготовленного к зака- чиванию тампонажного раствора. В целом, можно сказать, что процесс тампонирования исследован всесторонне как теоретически, так и экспериментально; тем не менее, полученные результаты в большинстве своем неясны и противоречи- вы. Большинство авторов приходят к выво- ду [1 – 4], что одной из основных причин некачественного тампонирования является наличие в стволе скважины кавернозных интервалов (глубокие в радиальном направ- лении уширения), внутри которых происхо- дит накопление обломков разрушенной по- 502 роды и образование высоковязких малопод- вижных глинисто-шламовых паст, которые при поступлении тампонажного раствора в затрубное пространство активно смешива- ются с ним, результатом чего является рез- кое падение технологических и технико- экономических показателей операции по тампонированию обсадных колонн. В связи с отмеченным, становится оче- видным, что одним из важных резервов повышения эффективности и качества строительства скважин является совершен- ствование процессов подготовки ствола к креплению, в особенности методов и приемов обработки его кавернозных зон. Цель статьи – изучение и детализация некоторых аспектов в подходах к технико- технологическому обеспечению подготов- ки ствола скважины к креплению и тампо- нированию. ОСНОВНОЙ МАТЕРИАЛ Как указывают многие исследователи, повышенное внимание следует уделять именно фазе подготовки ствола скважины к тампонированию. В настоящее время наиболее общим приемом по очистке ка- верн от шлама и проработке ствола перед размещением и тампонированием обсад- ной колонны является спуск в скважину нового долота (с центральной промывкой) в сочетании с жесткой компоновкой и про- работка им ствола скважины с промывкой. Однако такая технология практически не позволяет очистить каверны от шлама, что в большинстве случаев исключает возмож- ность качественного тампонирования ка- вернозных зон. Именно этими обстоятельствами была вызвана необходимость разработки особых приемов в технологии подготовки ствола скважины к креплению, и как следствие, создания принципиально иных устройств, призванных обеспечить повышение каче- ства удаления глинисто-шламовых паст из кавернозных интервалов. Конструктивные признаки одного из таких устройств, использующего в качест- ве рабочего органа специальные лопасти, которые способствуют возникновению на- правленных потоков в объеме очистного агента, находящегося в стволе скважины, рассмотрены ранее [5]. Вместе с тем, для четкого представления о механизме дейст- вия разработанного устройства необходи- мо подвергнуть тщательному качествен- ному и количественному изучению все ас- пекты контактирования его рабочих эле- ментов – лопастей с очистным агентом, в котором, под их воздействием, и происхо- дит образование активных масс жидкости. Предлагаемая схема устройства обес- печивает реализацию возможности силово- го соотношения лопастей с определенным объемом жидкости, что и является основой его функционирования. Выбор в качестве рабочего узла лопастного элемента обу- словлен его отличительными особенно- стями, проявляющимися при взаимодейст- вии последнего с жидкостью или газом. В том или ином виде лопастные исполни- тельные органы используются в турбинах, воздушных винтах, компрессорах и других подобных машинах, где на них возложена функция трансформации механической энергии рабочего агента в энергию вра- щающегося вала или ей обратная – преоб- разование вращательного движения в энергию ускорения масс протекающего че- рез них агента – это наиболее общее и уни- версальное определение, характеризующее принцип действия указанных устройств. Но, не смотря на некоторую кажущуюся общность в части применяемого лопастно- го механизма, конструктивное оформление последнего, выполняемые им функции, а, следовательно, и выходные технологиче- ские параметры, кардинально различны для каждого из его использующих уст- ройств. Среди таких отличий надлежит, прежде всего, обозначить следующие: под- вижность или стационарность лопастного органа, число и взаимное расположение самих лопастей, их основные геометриче- ские характеристики и соотношения между ними, а также способ размещения отдель- ных лопастей в машине, схема движения 503 рабочего агента, реализованная в данном устройстве, и т.д. Для создания четкой картины работы лопастного устройства для очистки каверн от глинисто-шламовых паст и последую- щего ее теоретического обоснования необ- ходимо рассмотреть его принцип функ- ционирования детально. Лопасти проектируемого устройства, находящегося в скважине, оказывают си- ловое воздействие на очистной агент. В свою очередь со стороны промывочной жидкости на лопасти действует реактивная сила – это следует из известного в механи- ке закона Ньютона: взаимодействия двух тел друг на друга равны между собой и на- правлены в противоположные стороны. Совершенно очевидно, что эта реактивная сила посредством лопастей будет воспри- ниматься бурильной колонной, а ввиду значительной инертности последней, ею она будет гаситься, и в то же время она должна быть учтена в проверочном расче- те лопастных элементов на прочность. Размещением только двух лопастей в уст- ройстве достигается его большая манев- ренность и автономность в работе при движении по стволу скважины, а также не- обходимость сохранения определенных гидравлических характеристик в потоке промывочной жидкости. Для обеспечения работы устройства по удалению глинисто-шламовых паст из ка- верн его необходимо вращать. При враще- нии лопастного элемента в жидкости возни- кает разность давлений по обе стороны ка- ждой лопасти и, следовательно, силовое взаимодействие потока с лопастным орга- ном. Этими силами совершается работа, преобразующаяся в механическую энергию потока. Силы давления лопасти на поток создают вынужденное аксиальное и враща- тельное движение промывочной жидкости, увеличивая ее скорость и давление, иными словами механическую энергию. Такой си- ловой контакт возможен только в случае наличия у пластины, выполняющей роль лопасти, вполне определенного угла уста- новки относительно оси корпуса устройства и необходимого профильного сечения, так как известно, что вращающаяся плоская пластина оттеснять от себя рабочий агент не будет [6]. Также бесспорно, что удельное приращение энергии объемом жидкости, движущейся сквозь лопастной орган, будет зависеть от сообщаемой скорости, частоты вращения лопастей, а также площади ак- тивной зоны воздействия. С целью дальнейшего рассмотрения принципа действия лопастного устройства, исходя из позиций гидродинамики, необ- ходимо дать четкое определение его рабо- ты, которое выражается в следующем: ло- пастной элемент производит ускорение массы протекающей через него жидкости, или иными словами приращение количест- ва энергии. Задача работы устройства со- стоит в преобразовании потенциальной энергии промывочной жидкости в кинети- ческую, посредством ее направления в зо- ну накопления глинисто-шламовых паст. Этому собственно и подчинен механизм функционирования рассматриваемой ма- шины и его конструктивное оформление. В ходе дальнейших рассуждений, для крат- кости, будем называть поток промывочной жидкости, прошедший сквозь вращающий- ся лопастной орган – возмущенным. Приближенное выражение для опреде- ления механического воздействия возму- щенного потока промывочной жидкости на глинисто-шламовые образования может быть составлено на основе теоремы о коли- честве движения: изменение количества движения системы происходит под дейст- вием только внешних сил, то есть сил, дей- ствующих на систему со стороны тел, в эту систему не входящих. Рассматривая эле- ментарный объем промывочной жидкости, отбрасываемый лопастью, и применяя к не- му теорему о количестве движения, можем записать следующее: векторная производ- ная по времени dt от количества движения системы dP равна главному вектору внеш- них сил S , приложенных к системе .S dt dP = (1) 504 Вид движения жидкости, приобретаю- щийся ею в результате работы лопастного устройства, носит довольно сложный и практически не поддающийся изучению характер. Однако, в общем, с целью полу- чения соответствующих действительности параметров возмущенного потока промы- вочной жидкости можно прибегнуть к не- которым упрощениям при рассмотрении работы отдельного лопастного элемента, которые все же не повлекут за собой осо- бых погрешностей в трактовке результа- тов. Сказанное относится прежде всего к возможности рассмотрения работы от- дельной лопасти не в целом, а в качестве большого числа элементарных пластинок, которые работают независимо друг от дру- га. Следовательно, изучив работу одной такой пластины, можно получить пред- ставление о механизме действия всей ло- пасти, дополнив его определенными тех- нико-технологическими характеристиками. В итоге задача изучения работы лопастно- го органа состоит в том, чтобы исходя из конструктивных особенностей устройства для очистки каверн установить параметры взаимодействия между промывочной жид- костью и работающей в ней лопастью. Необходимым условием активной ра- боты лопастного органа, как уже отмеча- лось, является наличие в сечении у лопасти надлежащего профиля, с одной стороны отвечающего требованием к возникнове- нию гидродинамической силы, способст- вующей возбуждению направленных пото- ков при прохождении жидкости сквозь устройство, а с другой – условиям соблю- дения прочности в отношении восприятия реактивной упорной реакции со стороны отбрасываемой массы промывочной жид- кости при вращении лопасти. Обозначен- ным факторам в наибольшей мере отвеча- ют сегментные и так называемые авиаци- онные профили, которые в самом общем случае характеризуются наличием плоской (для авиационных – вогнутой) и выпуклой частей; наиболее простым из них является круговой сегмент. При движении лопасти поток, обте- кающий ее выпуклую сторону (засасы- вающую), слегка поджимается, и вследст- вие этого движение его ускоряется. С про- тивоположной же стороны поток, обте- кающий вогнутую сторону лопасти (нагне- тающую), встречая на своем пути препят- ствие, несколько замедляет скорость (для плоской профильной стороны препятствие устанавливается определенным углом по- ворота лопасти относительно оси устрой- ства). В полном соответствии с законом Бернулли о распределении давления в по- токе, на засасывающей стороне лопасти давление в промывочной жидкости падает и возникает зона разрежения. В то же вре- мя на нагнетающей стороне лопасти, на- против, возникает зона увеличенного дав- ления. Таким образом разрежение на вы- пуклой поверхности лопасти заставляет промывочную жидкость двигаться к лопа- сти, а давление на вогнутой (плоской) по- верхности способствует отбрасыванию жидкости. Реакция отбрасываемой массы промывочной жидкости передается через лопасти корпусу устройства. В результате рассмотренного сложного гидродинамиче- ского взаимодействия и возникает явление отбрасывания промывочной жидкости ло- пастями устройства с определенной акси- альной скоростью. В выяснении величины такой скорости и состоит одна из основ- ных задач аналитического расчета лопаст- ного устройства. Как показывает практика применения лопастных исполнительных органов в ма- шинах смежных отраслей техники, наибо- лее рациональной характеристикой, в от- ношении получения вполне определенных гидродинамических параметров потока, протекающего через лопасти, обладают те формы последних, в основу образования которых положена винтовая поверхность [7 – 9]. Это в свою очередь позволяет, в ча- стности, получить достаточно исчерпы- вающие сведения о траектории движения каждой отдельной лопасти в контрольных точках и их совокупности, что является основой рассмотрения теории действия лопастного органа. 505 Даже самый общий анализ вопросов взаимодействия лопасти с жидкостью или газом, изучение которых связано с проек- тированием лопастных машин, говорит о том, что несмотря на единство подходов к вскрытию сущности работы лопастного элемента, имеется достаточно большое ко- личество теорий, появление и развитие ко- торых связано с необходимостью получе- ния тех или иных внешних характеристик проектируемой машины, определяемых, в первую очередь, ее промышленным назна- чением, а также определенными предпо- сылками, упрощающими условиями и соб- ственными взглядами авторов на данную проблематику. В основу рассмотрения работы лопаст- ного элемента, размещенного в устройстве для очистки каверн, необходимо положить те факторы, которые в наибольшей мере оказывают свое влияние на гидродинами- ческие свойства потока промывочной жид- кости, а именно, стационарность положе- ния лопастного органа относительно объ- екта обработки или некоторая скорость его перемещения, ограниченность зоны дейст- вия в радиальном и осевом направлениях, само конструктивное исполнение лопасти и способ ее размещения относительно кор- пуса устройства и оси скважины, возмож- ность обеспечения рациональной скорости вращения. Остановимся на выяснении факторов, определяющих показатели работы устрой- ства по очистке каверн. Выше было пока- зано, что для объяснения явлений, возни- кающих при действии лопасти на объем промывочной жидкости, вполне примени- ма теорема об изменении количества дви- жения (1). Применяя эту теорему непо- средственно к трактовке механизма работы лопастного органа, мы можем записать: приращение количества движения, сооб- щенное отбрасываемому объему промы- вочной жидкости, равно импульсу реак- тивного давления на лопасти. Относя сформулированное положение к единице времени, получаем следующее выражение для определения действующей секундной массы промывочной жидкости на лопаст- ной элемент (или другими словами – се- кундной массы отбрасываемой промывоч- ной жидкости) νρFm = , (2) где F – площадь лопастного органа, м2; ν – скорость возмущенного потока, покидающего лопастной орган, м/с; ρ – плотность промывочной жидкости, кг/м3. В отношении величины ν в (2) можно сказать, что в соответствии с ранее обозначенными геометрическими характе- ристиками лопастного элемента, она будет зависеть от двух компонентов – враща- тельного и поступательного движения ло- пасти, то есть последняя имеет в направле- нии вращения скорость, определяемую уг- ловой скоростью вращения лопасти и в на- правлении перемещения – шагом лопаст- ного элемента (основного параметра вин- товой поверхности). ВЫВОДЫ Довольно подробное рассмотрение принципов функционирования устройства по очистке каверн лопастного типа являет- ся основой дальнейшего теоретического обоснования его конструктивного испол- нения. Особые технологические приемы и механизм ликвидации глинисто-шламовых паст позволит значительно увеличить ка- чество очистки каверн и крепления ствола скважины, а это в свою очередь практиче- ски исключит расходы на ремонтно- восстановительные работы. 506 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Будников В.Ф. Проблемы механики бурения и заканчивания скважин / Будников В.Ф., Булатов А.И., Макаренко П.Г. – М.: Недра, 1996. – 496 с. 2. Маковей Н. Гидравлика бурения / Н. Маковей: Пер. с рум. – М.: Недра, 1986. – 536 с. 3. Булатов А.И. Гидромеханика углубления и це- ментирования скважин / Булатов А.И., Габузов Г.Г., Ма- каренко П.П. – М.: Недра, 1999. – 438 с. 4. Промывка при бурении, креплении и цементиро- вании скважин / [Беликов В.Г., Булатов А.И., Уханов Р.Ф. и др.] – М.: Недра, 1974. – 240 с. 5. Давиденко А.Н. Усовершенствование устройства для обработки скважины / А.Н. Давиденко, А.А. Игнатов, В.В. Яцык // Науковий вісник НГУ. – 2008. – № 4. – С. 36 – 37. 6. Штеренлихт Д.В. Гидравлика / Д.В. Штерен- лихт. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 639 с. 7. Чугаев Р.Р. Гидравлика / Р.Р. Чугаев. – Л.: Энерго- издат, 1982. – 672 с. 8. Федяевский К.К. Гидромеханика / Федяевский К.К., Войткунский Я.И., Фаддеев Ю.И. – Л.: Судостроение, 1968. – 568 с. 9. Шерстюк А.Н. Насосы, вентиляторы, компрессо- ры / А.Н. Шерстюк. – М.: Высшая школа, 1972. – 338 с. ОБ АВТОРАХ Давиденко Александр Николаевич – д.т.н., заве- дующий кафедрой техники разведки месторождений полезных ископаемых Национального горного универси- тета. Игнатов Андрей Александрович – старший препо- даватель кафедры техники разведки месторождений полезных ископаемых Национального горного универси- тета.

Некоторые особенности работы устройства по подготовке скважины к креплению

Institution

Ähnliche Einträge