Сибирский федеральный университет

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2015

Ключевые слова: rock, drilling, roller cone bits, field of mechanical tension, curvature of wells, горная порода, бурение, шарошечные долота, поле механических напряжений, искривление скважин

Аннотация: Актуальность работы обусловлена необходимостью решения проблемы управления направлением скважин при бурении. Цель работы: получить аналитические зависимости для определения дестабилизирующего работу шарошечного долота опрокидывающего момента, возникающего при разрушении анизотропной горой породы, и установить аналитическую связь особенностей конструкции долота с величиной данного силового фактора. Методы исследования: анализ результатов экспериментальных работ по механике разрушения анизотропных горных пород буровыми долотами и инденторами различной формы, аналитические исследования процесса разрушения горных пород, сопоставление и анализ сходимости полученных данных и формул. Результаты. Установлено, что одним из основных силовых факторов, вызывающих искривление скважин при разрушении анизотропных горных пород является опрокидывающий момент, вызванный неравенством упругих и прочностных свойств горных пород. Величина этого момента определяется величиной осевого усилия, размером и формой породоразрушающих элементов, а также параметрами анизотропии физико-механических свойств горной породы и углом встречи бурового инструмента со слоями горной породы. Величина опрокидывающего момента при разрушении анизотропной горной породы шарошечным долотом изменяется за один оборот вращения долота на забое, при этом число максимальных и минимальных значений, а также их амплитуда колебаний зависят от числа шарошек долота и угла наклона осей вращения шарошек по отношению к забою скважины. Отмеченная особенность колебаний величины опрокидывающего момента может использоваться при проектировании компоновок бурильной колонны с целью минимизации влияния опрокидывающего момента на искривление скважин, буримых в анизотропных горных породах. Процесс искривления скважин в анизотропных породах, буримых шарошечными долотами, определяется механизмом разрушения горных пород и его особенностями, к которым следует отнести двойственный характер породоразрушающего действия - раздавливание породы осевой силой и дробление-скалывание породы косым ударом, который наносится под углом к забою, а также некоторые конструктивные особенности вооружения долот. К особенностям вооружения шарошечных долот, влияющих на процесс разрушения анизотропной горной породы и появления опрокидывающего момента, можно отнести форму и размеры породоразрушающих вставок, угол их приострения, а также схему установки породоразрушающих вставок в венцах шарошек долота. Relevance of the work is caused by the need to solve the problem of controlling well direction when drilling. The main aim of the study is to obtain the analytical dependences for calculation of an overturning moment arising at rock destruction by anisotropic mountain. The moment destabilizes the work of roller cone bits. And to determine the analytical relation of bit design features with the size of this power factor. The methods used in the study: the analysis of results of experimental works on mechanics of anisotropic rocks destruction by boring bits and indentors of various forms, analytical researches of rock destruction, comparison and analysis of convergence of the obtained data and formulas. The results. It was ascertained that one of the major power factors causing a curvature of wells at destruction of anisotropic rocks is the occurrence of the overturning moment caused by an inequality of elastic and strength properties of rocks. The size of the moment is determined by the size of axial effort, the size and the form of rock cutting elements, as well as by the parameters of anisotropy of physic-mechanical properties of rock and by the boring tool and rock layers angle of incidence. The value of the overturning moment at anisotropic rock destruction by a roller cone bit changes for one turn of a chisel rotation on a face. The number of the maximum and minimum values as well as their fluctuation amplitude depend on a number of roller cone bits and a tilt angle of cone roller rotation axes in relation to a well face. The mentioned feature of the overturning moment size fluctuation can be used when designing configurations of a boring column to minimize the influence of the overturning moment on a curvature of wells, drilling in anisotropic rocks. Well curving in anisotropic breeds drilled with roller cone bits, is defined by the mechanism of rock destruction and its features. The dual nature of rock cutting action - rock crush by axial force and rock crushing by slanting by a blow at an angle to a face - is included into the process and can be referred to some design features of arms of bits. A form and sizes of rock cutting inserts, an angle of their sharpening as well as the scheme of rock cutting inserts installation in wreaths of roller cone bits can be referred to the features of arms of the roller cone bits influencing the destruction of anisotropic rock and occurrence of the overturning moment.

Журнал: Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов

Выпуск журнала: Т. 326, № 2

Номера страниц: 80-89

ISSN журнала: 25001019

Место издания: Томск

Издатель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"

• Нескоромных Вячеслав Васильевич (Сибирский федеральный университет)

• Ядро РИНЦ (eLIBRARY.RU)
• Список ВАК