Оценка энергетических показателей породоразрушающих инструментов в пространственно искривленных скважинах
In is being considered work the task of axial loading on to rock destraction bit determination in spatial borehole are set up and solved. With this objective interaction of machine aggregation and its elements with the spatial borehole well walls on it different (protuberant, concave and rectilin...
Saved in:
| Published in: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23377 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Оценка энергетических показателей породоразрушающих инструментов в пространственно искривленных скважинах / Р.А. Гасанов, И.Я. Ширали, И.З. Гасанов, В.Р. Джамалов // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 8-14. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859789762663022592 |
|---|---|
| author | Гасанов, Р.А. Ширали, И.Я. Гасанов, И.З. Джамалов, В.Р. |
| author_facet | Гасанов, Р.А. Ширали, И.Я. Гасанов, И.З. Джамалов, В.Р. |
| citation_txt | Оценка энергетических показателей породоразрушающих инструментов в пространственно искривленных скважинах / Р.А. Гасанов, И.Я. Ширали, И.З. Гасанов, В.Р. Джамалов // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 8-14. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description | In is being considered work the task of axial loading on to rock destraction bit determination
in spatial borehole are set up and solved. With this objective interaction of machine aggregation
and its elements with the spatial borehole well walls on it different (protuberant, concave and
rectilineal) parts for the various drilling process steps have been studied.
Correspoding analytical expressons for evaluation and desigu of realized drilling prosess
steps technological parameters. Suggested solutions allow to make decisons for decreasing of rosk
destraction power intensity of the spatial borehole drilling process.
|
| first_indexed | 2025-12-02T11:11:34Z |
| format | Article |
| fulltext |
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
8
УДК 622.24
Р. А. Гасанов
1
, И. Я. Ширали
2
, И. З. Гасанов
3
, В. Р. Джамалов
4
1
Азербайджанская Государственная Нефтяная Академия
2
Государственная Нефтяная компания Азербайджанской Республики
3
Азербайджайджанский Международный Университет
4
АМЕC services LTD
ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИХ
ИНСТРУМЕНТОВ В ПРОСТРАНСТВЕННО ИСКРИВЛЕННЫХ СКВАЖИНАХ
In is being considered work the task of axial loading on to rock destraction bit determina-
tion in spatial borehole are set up and solved. With this objective interaction of machine aggrega-
tion and its elements with the spatial borehole well walls on it different (protuberant, concave and
rectilineal) parts for the various drilling process steps have been studied.
Correspoding analytical expressons for evaluation and desigu of realized drilling prosess
steps technological parameters. Suggested solutions allow to make decisons for decreasing of rosk
destraction power intensity of the spatial borehole drilling process.
Известно, что с увеличением глубины и отклонения ствола наклонной скважины от
вертикали из-за неопределенности условий взаимодействия бурового машинного агрегата с
ним вопросы определения нагрузок на крюке при движении бурильных и обсадных колонн
по стволу приобретают, важное значение. Однако сложность и разнообразие условий трения
и механизмов взаимодействия контактирующих поверхностей значительно затрудняют их
изучение. Тем не менее, во многих исследовательских работах [1 5] большое внимание
уделяется изучению сил трения, возникающих между взаимодействующими поверхностями,
обсадных, бурильных труб и стенок скважин.
В настоящее время мало изучены вопросы влияния фактического геометрического
очертания ствола и его пространственной формы искривления, скорости движения бурильных
и обсадных колонн по стволу, отклонения забоя скважины от вертикали и других факторов на
нагрузку, действующую на крюк. В этой связи подъѐмные механизмы и оборудование буро-
вых установок для бурения наклонных скважин проектируют без учѐта указанных факторов.
В связи с изложенным, вопрос разработки рациональной методики определения на-
грузки, действующей на крюк при движении бу-
рильных и обсадных колонн в пространственно
искривлѐнной скважине приобретает, как теоре-
тическое, так и практическое значение.
Для решения поставленной задачи пред-
положим, что при бурении скважины траектория
ствола получила форму пространственной кри-
вой (рис. 1.), состоящей из нескольких участков
вертикального OD, вогнуто-искривлѐнного DE,
прямолинейно-наклонного ЕF и выпукло-
искривлѐнного FM.
В интервале увеличения зенитного угла, т.
е. на вогнутом участке траектории ствола выде-
ляется элемент АВ трубы длиной dL и рассматри-
вается движение этого элемента снизу вверх.
Предположим, что колонна труб по всей
Рис. 1. Образец профиля пространст-
венного типа
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
9
длине движется по нижней стенке ствола. При движении колонн с ускорением W на этот
элемент будут действовать следующие силы (рис. 2):
вертикальная сила тяжести элемента АВ – dQ;
нормальная сила реакции стенки скважины – dN;
сила инерции элемента dFU, действующая по касательной к элементу и направленная
противоположно его движению;
сила сопротивления dFC в противоположная движению и направленная касательной к
элементу;
сила реакции нижней отброшенной части элемента труб – Т;
сила реакции верхней части элемента труб –Т + dТ.
Рис. 2. Схема нагружения элемента АВ на участках набора (рис. 2,а) и уменьшения (рис. 2,б)
зенитного угла при движении его вверх по пространственно искривлѐнному
стволу скважины.
Движение элементарного участка АВ длиной dL рассматривается в естественной сис-
теме координат с координатными осями в направлениях касательной
, главной нормали
n
и бинормали в к нему.
Для равновесия в этой системе координат действующей на движущийся с ускорением
W элементарный участок АВ системы сил согласно принципу Даламбера должно удовлетво-
ряться равенство нуля еѐ проекции на координатные оси:
OdNdQ
OdN
d
TdQ
d
dTT
OdFdFdQ
d
T
d
dTT
H
H
UC
3
2
1
2
//
sin
2
//
sin)(
2
cos
2
//
cos)(
(1)
гдe dNH, dNb – Проекция силы реакции стенки dN на направления главной нормали и бинор-
мали; dQ1, dQ2, dQ3, –проекция силы тяжести элемента АВ ,на направления соответственно
касательной, главной нормали и бинормали.
Согласно данным рис. 2. значения dQ
1
, dQ
2
и dQ
3
могут быть определены из сле-
дующих уравнений
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
10
,cos
cosqd -) -cos(180 qd dQ
;cos qdLdQ
3
2
1
qdLdQ
L (2)
где q– средний вес единицы длины колонны с учѐтом облегчения в растворе; , , – углы
между осью ОZ или направлением силы тяжести элемента АВ и направлениями, соответст-
венно, касательной, главной нормали и бинормали.
Углы , , характеризуют направляющие косинусы силы тяжести элемента "АВ"
относительно направления естественных координатных осей, которые определяются по из-
вестным выражениям
;coscos1cos
;cos
;cos
22
2
2
dL
Zd
dL
dZ
(3)
где – радиус пространственного искривления ствола скважины в точке O – центре тяжести
элемента АВ, dL– длина элемента АВ.
Обозначив центральные углы через d и dO, а радиусы кривизны через R и при плоском
и пространственном искривлении, значения d, можно определить из следующих равенств
.
;
ddL
Rddl
Поскольку d и dО относятся к малым углам, тогда с незначительной погрешностью
можно принять, что проекция элемента АВ на направление касательной равна еѐ длине.
откуда
,
d
R
d
Rdddld
(4)
На определенном участке труб, длиной L кривизна ствола при плоском и простран-
ственном искривлениях, соответственно, равны =
R
L
и
L
.
Приняв что, m
R
, тогда из равенство (4) получается, что
mddd
, (5)
где – пространственный угол искривления по известному методу [6]:
22
)
2
sin2(
ср
(6)
;2/)(
kHcp
(7)
где
HK
;
Hk
;
H
и
k
– зенитный угол в начале и конце интерва-
ла;
H
и
k
– азимут в начале и конце интервала;
CP
– средний зенитный угол в рассмат-
риваемом интервале.
Подставив значение из (6) в (5) и решив относительно коэффициента m, учиты-
вающего пространственную форму искривления скважины для его определения получаем
нижеприводимое выражение
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
11
2
2
sin
2
1
cp
m (8)
При известном значении коэффициента m с использиванием системы уравнений (3)
направляющие косинусы силы тяжести относительно естественных координатных осей
можно определить из следующих равенств:
sincos
;
sin
cos
;coscos
m
k
m
(9)
где знаки « » относятся к выпуклому и вогнутому участкам ствола скважины. Соответст-
венно на рис. 3 показаны схемы для определения прижимающей элемент АВ силы к стенке
скважины бурильной колонны, силы при еѐ движении по пространственно искривлѐнному
стволу, имеющего вогнутые и выпуклые участки.
Рис. 3. Схемы сил, способствующих прижатию элемента колонны
к стенке ствола скважины при еѐ пространственном искривлении.
Из рисунка 3 видно, что активными силами, прижимающие элемент АВ к стенке яв-
ляются
H
dQ и dqRdQ sin
Величина
H
dQ является проекцией текущей реакции Т на направление главной нор-
мали, с учѐтом (5) определяемой по
mTdTddQ
H
Проекция этой силы на направление силы тяжести элемента равна TddQ
H
, а дру-
гая составляющая
H
dQ согласно рис. 3 может быть определена по
H
dQ = ,)(
22
KTdTdmTd
где 1
2
mK
Элементарная прижимающая сила согласно рис. 3
dmTqRqRmTdN
1
022
90cossin2)sin()( (10)
C учѐтом того, что согласно рис. 3
mmTd
md 1
sin
1
, получаем
sin2)sin()(
22
TqRqRmTdN .d (11)
Как видно из (10) элементарная прижимающая сила равна геометрической сумме двух
сил, а именно mT и sinqR .
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
12
Таким образом, зная коэффициент m и направляющих косинусов силы тяжести отно-
сительно естественных координатных осей, даѐт возможность определять все действующие
на элемент АВ колонны силы, входящие в систему уравнения (1)
,
;
;
;sin
;sin
;cos
ин
3
2
1
Hc
fdNdF
md
g
qw
dL
g
qw
dF
dmqdqdQ
dkqdQ
dqdQ
dmqdQ
(12)
где f коэффициент сопротивления.
Путѐм совместного решения (1) и (11) формируется условия равновесие сил, дейст-
вующие на элемент колонн при еѐ движении по стволу пространственно искривлѐнной сква-
жины, в виде:
dKqdN
dqmTddN
ddw
g
mq
fdNdmqdT
B
H
H
sin
;sin
;cos
(13)
Из системы (12) определяется, что
)sin(cos
g
w
m
f
qT
d
dT
(14)
Для вогнутого участка ствола из-за того, что d имеет отрицательный знак и mR
уравнения (13) принимает вид
),sin(cos
g
w
m
f
qRT
d
dT
(15)
где mf .
Для выпуклого участка при движении колонны труб по нижней стенке ствола условие
равновесия сил, действующих на элемент АВ согласно рис. 2,б:
.sin
;sin
;cos
dkqdN
ddqmTddN
wdm
g
q
fdNdmqdT
H
H
(16)
Отсюда для выпуклого участка ствола имеем ниже приводимое уравнение:
).sin(cos
g
w
m
f
qRT
d
dT
(17)
По аналогии с изложенной методикой, силы натяжения, действующие на элемент АВ
при движении его вниз:
),sin(cos
g
w
m
f
qRT
d
dT
(18)
где знаки « » перед T и qR относится к выпуклому и вогнутому участкам ствола скважины.
При движении элемента колонны труб вверх и вниз по прямолинейно наклонному
стволу согласно условиям равновесия сил (см. рис. 1, б) дифференциальное уравнение для
определения текущего натяжения может представлено в виде
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
13
)sin(cos
g
w
m
k
fqRT
d
dT
(19)
где знак «+» характеризует движение колонны вверх, а «-» вниз.
Таким образом, путѐм решения дифференциальных уравнений (17) (18) определяет-
ся натяжение на верхнем конце колонны труб при подъѐме и спуске их через ствол скважи-
ны, имеющий вогнутый, выпуклый и прямолинейно наклонный.
Единственность решения задач, указанными дифференциальными уравнениями обес-
печивается граничными условиями.
,при;при
Н
в
k
H
TT
TT
(20)
где
Hb
T,T силы натяжения на верхнем и нижнем концах исследуемого участка
труб;
H
и
K
зенитные углы в начале и конце рассматриваемого участка ствола скважины.
Таким образом, интегрированием уравнений (17), (18) при граничных условиях (19)
при спускоподъемных операциях определяются текущие силы натяжения на верхнем конце
труб колонны при различных вариантах ее взаимодействия со стенками скважины.
По результатам решения математической модели для различных вариантов взаимодейст-
вия колонны со стенками скважины и ее движения по стволу определяем силы натяжения:
для вогнутого участка ствола.
)1()cos(cos
1
)sinsin)(1(
1
2
2
20
e
g
qRw
e
m
m
fef
qR
eTT
kHHkВОГ
(21)
для выпуклого
)1()cos(cos
1
)sinsin)(1(
1
2
2
2
e
g
qRw
e
m
m
fef
qR
eTT
kHHkTВОГH
(22)
Для определения сил натяжения при различных направлениях движения труб и усло-
вии их соприкосновения со стенками скважины, а также при различных конфигурациях
ствола необходимо использовать в формулах (19) и (20) знаки, приведенные в таблице.
Направления движения колонны труб и свойственный вариант взаимодействия со
стенками ствола скважины
Направление
движение
труб
Форма
искрив-
лѐнного
участка
Стенки на
котором
прижаты
трубы
Знаки
в формулах (20) и (21)
Перед показа-
тельной сте-
пенной функ-
цией
e
Перед вто-
рым членом
квадратной
скобки
Перед третьем
членом фор-
мулы
Вверх вогнутый нижний
верхний
+
-
-
+
+
-
Вниз
выпуклый нижний
верхний
-
+
-
+
+
+
выпуклый нижний
верхний
-
+
+
-
-
+
вогнутый нижний
верхний
-
+
+
-
+
-
Для различных конструкций ствола скважины в зависимости от направления движе-
ния колонны труб свойственным вариантом взаимодействия обуславливается алгебраическая
сумма в выражениях (19) и (20), определяющих еѐ нагруженность.
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
14
Литература
1. Александров М. М. Определение сил сопротивления при бурении скважин. М.: не-
дра.1965.176 с
2. Александров М. М. Силы сопротивления при движении труб в скважине. М.: Не-
дра.1978.209 с
3. Махмудов Д. М. Методика определения коэффициента сопротивления в бурящейся
наклонной скважине// АНХ.№5.1965.с.14-15
4. Сеид-Рза М. К., Муфидзаде Р. Г. К вопросу о силах сопротивления при движении
труб в скважине // АНХ.1988.№3.с. 2729
5. Определение коэффициента трения при движении труб в наклонной скважине / Гули-
заде М. П., Шахбазбеков К. Б., Иорданов Д. С., Халимбеков Б. М.Нефть и
газ.1965.№5.с. 23.
6. Həsənov İ. Z. Maili quyuların əyriliyinin idarə edilməsi. Baki, Şırvannəşr.2006. 135 с
Поступила 09.06.10
УДК 622.243
Zhang Xiaoxi, Yang Kaihua, professors, Zhang Hui
China University of Geosciences, Wuhan, 430074
CHINESE SCIENTIFIC DRILLING №1 WELL
DIAMONDS CORING BIT TECHNOLOGY
(ТЕХНИКА БУРЕНИЯ СКВАЖИНЫ № 1
В КНР АЛМАЗНОЙ КОРОНКОЙ)
Показана комплексная буровая технология с применением винтового двигателя, гид-
роударника и колонкового бурения алмазной импрегнированной коронкой, при бурении высо-
ковольтных метаморфизованных пород скважины № 1 глубиной 5000 м в КНР. Разработа-
ны оптимальные конструкции коронок и матрицы для предотвращения влияния ударной
силы на алмазную коронку. Бурение в твердых породах с использованием разработаной тех-
нологии дало позитивные результаты.
Summary [1]
China Continental Scientific Drilling Project is an important Scientific Research programs
of China’s ―Ninth Five-Year Plan‖. Its main goal is to obtain and research on whole well coring and
fluid sampling, and in situ well logging and long-term experiments observations in the region of
Donghai, Lianyungang City, northern Jiangsu Province with two boreholes with depth of 2000 m
and 5000 m. One of the important jobs of the diamond coring drill bit is to continuously obtain big
sized core while drilling in dense and hard, compact, grinding strong, and anisotropy prominent
crystal rock.
The challenges of diamond bit in Scientific Drilling №1 well includes:
1. Rock is hard and has great abrasive resistance. The bit has problems cut the rock. The effi-
ciency of drilling is low. Matrix wears out quickly. The lifetime of the bit is too short.
2. Endures impact load of hydro-hammer, matrix of the bit must has high strength. The quality
of the diamond must be excellent. The matrix has great holding force toward the diamond.
3. The wall thickness of the bits must be as thin as possible. The diamond bit in the drill has
the following basic dimensions: OD of 157 mm, ID of 96 mm, and height of 240 mm.
4. The diameter of the bit is too large and the old manufacturing techniques only support
smaller diameters (υ 95 mm or lower). Thus we must completely change the design and the manu-
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-23377 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0065 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T11:11:34Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гасанов, Р.А. Ширали, И.Я. Гасанов, И.З. Джамалов, В.Р. 2011-07-04T13:00:39Z 2011-07-04T13:00:39Z 2010 Оценка энергетических показателей породоразрушающих инструментов в пространственно искривленных скважинах / Р.А. Гасанов, И.Я. Ширали, И.З. Гасанов, В.Р. Джамалов // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2010. — Вип. 13. — С. 8-14. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. XXXX-0065 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23377 622.24 In is being considered work the task of axial loading on to rock destraction bit determination in spatial borehole are set up and solved. With this objective interaction of machine aggregation and its elements with the spatial borehole well walls on it different (protuberant, concave and rectilineal) parts for the various drilling process steps have been studied. Correspoding analytical expressons for evaluation and desigu of realized drilling prosess steps technological parameters. Suggested solutions allow to make decisons for decreasing of rosk destraction power intensity of the spatial borehole drilling process. ru Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Оценка энергетических показателей породоразрушающих инструментов в пространственно искривленных скважинах Article published earlier |
| spellingShingle | Оценка энергетических показателей породоразрушающих инструментов в пространственно искривленных скважинах Гасанов, Р.А. Ширали, И.Я. Гасанов, И.З. Джамалов, В.Р. Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| title | Оценка энергетических показателей породоразрушающих инструментов в пространственно искривленных скважинах |
| title_full | Оценка энергетических показателей породоразрушающих инструментов в пространственно искривленных скважинах |
| title_fullStr | Оценка энергетических показателей породоразрушающих инструментов в пространственно искривленных скважинах |
| title_full_unstemmed | Оценка энергетических показателей породоразрушающих инструментов в пространственно искривленных скважинах |
| title_short | Оценка энергетических показателей породоразрушающих инструментов в пространственно искривленных скважинах |
| title_sort | оценка энергетических показателей породоразрушающих инструментов в пространственно искривленных скважинах |
| topic | Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| topic_facet | Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/23377 |
| work_keys_str_mv | AT gasanovra ocenkaénergetičeskihpokazateleiporodorazrušaûŝihinstrumentovvprostranstvennoiskrivlennyhskvažinah AT širaliiâ ocenkaénergetičeskihpokazateleiporodorazrušaûŝihinstrumentovvprostranstvennoiskrivlennyhskvažinah AT gasanoviz ocenkaénergetičeskihpokazateleiporodorazrušaûŝihinstrumentovvprostranstvennoiskrivlennyhskvažinah AT džamalovvr ocenkaénergetičeskihpokazateleiporodorazrušaûŝihinstrumentovvprostranstvennoiskrivlennyhskvažinah |