Новый ударный инструмент для ликвидации аварий при колонковом бурении
Here is a consideration of a new instrument for the elimination of accidents during the core drilling, which provides impact action on the stuck pipe and disconnecting the drill string.
Gespeichert in:
| Datum: | 2010 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
2010
|
| Schriftenreihe: | Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/23402 |
| 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: | Новый ударный инструмент для ликвидации аварий при колонковом бурении / С.В. Гошовский, Б.Н. Васюк, Д. А. Харитонов // 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. 103-108. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-23402 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-234022011-07-09T21:20:17Z Новый ударный инструмент для ликвидации аварий при колонковом бурении Гошовский, С.В. Васюк, Б.Н. Харитонов, Д.А. Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Here is a consideration of a new instrument for the elimination of accidents during the core drilling, which provides impact action on the stuck pipe and disconnecting the drill string. 2010 Article Новый ударный инструмент для ликвидации аварий при колонковом бурении / С.В. Гошовский, Б.Н. Васюк, Д. А. Харитонов // 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. 103-108. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. XXXX-0065 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/23402 622.24.053.92 ru Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| spellingShingle |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Гошовский, С.В. Васюк, Б.Н. Харитонов, Д.А. Новый ударный инструмент для ликвидации аварий при колонковом бурении Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| description |
Here is a consideration of a new instrument for the elimination of accidents during the core
drilling, which provides impact action on the stuck pipe and disconnecting the drill string. |
| format |
Article |
| author |
Гошовский, С.В. Васюк, Б.Н. Харитонов, Д.А. |
| author_facet |
Гошовский, С.В. Васюк, Б.Н. Харитонов, Д.А. |
| author_sort |
Гошовский, С.В. |
| title |
Новый ударный инструмент для ликвидации аварий при колонковом бурении |
| title_short |
Новый ударный инструмент для ликвидации аварий при колонковом бурении |
| title_full |
Новый ударный инструмент для ликвидации аварий при колонковом бурении |
| title_fullStr |
Новый ударный инструмент для ликвидации аварий при колонковом бурении |
| title_full_unstemmed |
Новый ударный инструмент для ликвидации аварий при колонковом бурении |
| title_sort |
новый ударный инструмент для ликвидации аварий при колонковом бурении |
| publisher |
Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України |
| publishDate |
2010 |
| topic_facet |
Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/23402 |
| citation_txt |
Новый ударный инструмент для ликвидации аварий при колонковом бурении / С.В. Гошовский, Б.Н. Васюк, Д. А. Харитонов // 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. 103-108. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения |
| work_keys_str_mv |
AT gošovskijsv novyjudarnyjinstrumentdlâlikvidaciiavarijprikolonkovomburenii AT vasûkbn novyjudarnyjinstrumentdlâlikvidaciiavarijprikolonkovomburenii AT haritonovda novyjudarnyjinstrumentdlâlikvidaciiavarijprikolonkovomburenii |
| first_indexed |
2025-07-03T01:15:58Z |
| last_indexed |
2025-07-03T01:15:58Z |
| _version_ |
1836586482929762304 |
| fulltext |
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
103
В описаному приладі електроди можуть замінюватися так званими С-подібними елек-
тромагнітами. Під дією цих електромагнітів в інтервалі оброблюваної каверни створюється
магнітне поле, що певною мірою сприяє зміцненню глинисто-шламових паст.
Висновки
Удосконалені пристрої для обробленняки стовбура свердловини ефективно очищують
жолоби та каверни, скорочують грошові витрати і час на ліквідацію ускладнень, пов’язаних з
низькою якістю цементування, збільшують безремонтний термін експлуатації та обслугову-
вання свердловини.
Література
1. Давиденко А. Н., Игнатов А. А., Яцык В. В. Усовершенствование устройства для об-
работки скважины // Наук. вісн. НГУ. – 2008. – № 4. – С. 36 – 37.
2. Пат. 36329 № u200805242 Україна, МПК Е 21 В 37/00. Пристрій для обробки стовбура
свердловини / О. М. Давиденко, А. О. Ігнатов, В. В. Яцик; Заявл. 22.04.08; Опубл.
27.10.08; Бюл. № 20.
3. Пат. 90541 № u200805093 Україна, МПК Е 21 В 37/02. Пристрій для обробки стовбура
свердловини / О. М. Давиденко, А. О. Ігнатов, В. В. Яцик; Заявл. 21.04.08; Опубл.
26.10.09; Бюл. № 20.
4. Ігнатов А. О., Кутепов І. І. Розробка пристрою для обробки кавернозної зони свердло-
вини // Наук. вісн. НГУ. – 2010. – № 4. – С. 36 – 37.
5. Хангильдин Г. Н. Химический тампонаж скважин. – М. Л.: Гостоптехиздат, 1953. –
124 с.
Надійшла 16.06.10
УДК 622.24.053.92
С. В. Гошовский
1
, д-р техн. наук, Б. Н. Васюк
2
, канд. техн. наук. Д. А. Харитонов
2
1
Украинский государственный геологоразведочный институт (УкрГГРИ), г. Киев
2
Днепропетровское отделение УкрГГРИ, г. Днепропетровск, Украина
НОВЫЙ УДАРНЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙ
ПРИ КОЛОНКОВОМ БУРЕНИИ
Here is a consideration of a new instrument for the elimination of accidents during the core
drilling, which provides impact action on the stuck pipe and disconnecting the drill string.
Прихваты бурового инструмента – наиболее распространенный и сложный вид аварий,
при бурении скважин – зачастую приводят к обрывам и развинчиванию бурильных труб,
поломкам бурового оборудования и т.д. Проанализируем прихваты колонковых снарядов –
аварии, наиболее характерные для колонкового бурения
Для повышения эффективности работ по ликвидации прихватов колонковых труб в их
головной части устанавливают специальные переходники [4], которые в случае прихвата
позволяют отсоединить бурильную колонну и обеспечивают возможность дальнейшего из-
влечения прихваченного инструмента.
Наиболее распространенные конструкции отсоединительных переходников включают
полумуфты, соединенные правой трапецеидальной резьбой с крупным шагом (до 12 мм),
между торцами полумуфт находится бронзовая шайба, снижающая крутящий момент при
развинчивании элементов и предохраняющая резьбу от попадания шлама. Такие переходни-
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
104
ки обеспечивают отсоединение бурильной колонны, но не производят вибрационного или
иного воздействия на прихваченные трубы, т.е. непосредственно не обеспечивают ликвида-
цию прихватов.
Известны специальные погружные устройства для ликвидации прихватов: забойные
вибраторы, ударные механизмы (ясы) и др. При бурении глубоких скважин на нефть и газ ча-
ще других применяют, механические ясы [3], которые присоединяют к прихваченным трубам,
и ударяют по ним, что определяет ликвидацию прихвата. В общем случае ясы включают верх-
ний и нижний переходники, трубчатый корпус, шпиндель с ударником, упор-наковальню и
стопорный механизм; шпиндель и ударник монтируют с возможностью осевого перемещения
относительно корпуса и упор-наковальни. Наружный диаметр яса достигает 235 мм, длина –
до 5 м, масса – до 800 кг, ход шпинделя – до 3 м, растягивающее усилие – до 700 кН.
Принцип действия яса следующий: устройство на бурильных трубах опускают в сква-
жину и присоединяют к прихваченному инструменту, стопорным механизмом шпиндель
фиксируют во «взведенном» положении, соответствующем удалению ударника относитель-
но наковальни; управление стопорным механизмом осуществляется, например, за счет пово-
рота бурильной колонны. Далее лебедкой бурового агрегата на яс создают растягивающее
усилие, при определенном значении которого устройство «срабатывает», т. е. стопорный
механизм освобождает шпиндель, происходит удар по наковальне, направленный снизу
вверх, который и обеспечивает полную
либо частичную ликвидацию прихвата.
При необходимости цикл по приведению
яса в действие неоднократно повторяется.
Большие габаритные размеры, кон-
структивная сложность известных меха-
нических ясов, недостаточная надежность
стопорного механизма, работающего при
высоких удельных нагрузках, не позволя-
ют применять эти устройства для ликви-
дации прихватов в процессе колонкового
бурения. В данном случае к противоава-
рийному инструменту предъявляются
следующие технические требования:
наружный диаметр 73 – 89 мм;
возможность включения в компоновку
бурового инструмента в процессе бурения;
повышенная надежность ударного
устройства;
возможность отсоединения бурильной
колонны от прихваченного инструмента.
С учетом указанных требований
разработан новый ударный отсоедини-
тельный снаряд УС-1 [1], схематически
показанный на рис. 1.
Наружный диаметр рабочего образца
устройства d=75 мм, длина l=945 мм. Кулач-
ки переходников 1 и 2, передающие крутя-
щий момент, плотно прижаты друг к другу
торцевыми поверхностями за счет гайки 7.
Наплавка твердого сплава на наружную по-
верхность переходников 2 и 8 определяет
защиту корпуса снаряда и колонкового на-
Рис. 1. Схема ударного отсоединительного
снаряда УС-1: 1 – верхний переходник; 2 –
переходник-наковальня; 3 – шток; 4 – корпус;
5 – ударник; 6 – ниппель; 7 – гайка; 8 – ниж-
ний переходник; d – наружный диаметр; l –
длина; lу – ход ударника относительно
наковальни
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
105
бора от абразивного износа в процессе бурения. Ударник 5 закреплен на левой резьбе штока 3.
Ударный снаряд включается в компоновку бурового инструмента, при этом нижний
переходник 8 соединяется с колонковой трубой. В случае прихвата колонковой трубы, на-
пример, при подъеме инструмента или продолжительном нахождении в скважине без враще-
ния, лебедкой бурового станка бурильной колонне сообщается подъемное усилие, при его
определенном значении которого утоненная шейка штока разрывается. Под действием сил
упругости растянутой бурильной колонны и талевого каната ударник перемещается вверх и
ударяет по переходнику–наковальне. Ударный импульс передается прихваченному инстру-
менту, что определяет ликвидацию прихвата.
Если после первого, наиболее сильного удара прихват не ликвидируется, производят
«расходку» бурового инструмента лебедкой станка, т. е. за счет ударов колонковая труба
постепенно освобождается от прихвата. Если «расходка» инструмента не дает положитель-
ного результата, бурильную колонну отсоединяют от прихваченной колонковой трубы и
ударному снаряду сообщают растягивающее усилие. При этом контактируют конические
поверхности ударника и наковальни, бурильной колонне придается правое вращение, что
приводит к отвинчиванию ударника по левой резьбе и освобождению бурильной колонны. В
дальнейшем прихват колонковой трубы ликвидируют другими методами.
Рассмотрим энергетические показатели ударного снаряда. Схемы размещения бурово-
го инструмента и снаряда в скважине показаны на рис. 2.
Перед проведением аварийных работ бурильная колонна свободно размещается в
скважине (рис. 2 а), под действием подъемного усилия происходит удлинение бурильной
колонны и штока общей длиной L (рис. 2 б). При определенном подъемном усилии N и уд-
линении инструмента Δl1 шейка штока разрывается, и ударник бьет по наковальне (рис. 2 в).
После удара подъемное усилие снижается до величины N2, удлинение уменьшается на вели-
чину хода ударника lу до Δl2.
Рис. 2. Схемы размещения бурового инструмента и ударного снаряда в скважине: 1 –
колонковый набор; 2 – корпус ударного снаряда; 3 – ударник; 4 – шток; 5 – наковальня; 6 –
бурильная колонна; 7 – утоненная шейка штока
На основании закона Гука [2] произведем расчет абсолютного удлинения бурильной
колонны:
NL
l
EF
(1)
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
106
где N – подъемная сила; L – длина бурильной колонны; E – модуль продольной упругости
стали; F – площадь поперечного сечения труб.
Расчетные значения удлинения колонны Δl в зависимости от ее длины при N = 147 кН,
приведены в табл. 1.
Таблица 1. Расчетные значения удлинения колонны
L, м 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Δl, см 9 17 26 34 43 52 60 69 78 86
Поскольку для нормальной работы ударного снаряда ход ударника lу должен быть
меньше удлинения колонны, принимаем lу=300 мм, что определяет возможность эффектив-
ного применения устройства при глубине скважины 400 м и более.
Произведем оценку энергии удара, происходящего после разрыва шейки штока. В
этом случае энергия удара определяется потенциальной энергией деформации (растяжения)
бурильной колонны. Поскольку рассматриваются упругие деформации колонны, с учетом
того, что пластичные деформации шейки штока при разрыве пренебрежимо малы, поскольку
ее длина не превышает 1 см, диаграмма растяжения бурильной колонны будет иметь вид
линейной зависимости (рис. 3).
При подъемном усилии N1, удлинении колонны Δl1, шейка штока разрывается, удар-
ник перемещается вверх на величину lу. При этом работа и потенциальная энергия деформа-
ции равны площади треугольника Obb1:
1 1
1
2
N l
A U
(2)
Рис. 3. Диаграмма растяжения бурильной колонны
N – подъемное усилие; Δl – абсолютное удлинение колонны
После удара подъемное усилие уменьшается до N2, удлинение – до Δl2 (см. рис. 3). По-
тенциальная энергия деформации в этом случае равна площади треугольника Oaa1:
2 2
2
2
N l
U
(3)
Энергия удара
1 2уU U U (4)
т. е. равна заштрихованной площади S трапеции a1abb1 на диаграмме растяжения (см. рис. 3).
После преобразований получаем формулу для определения потенциальной энергии удара:
2 2
1 1 2
1
( )
2
у
N l l
U
l
(5)
РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
107
Расчетные значения Uу при N1=147кН, lу=300мм, Δl1 – соответственно табл. 1, приве-
дены в табл. 2.
Таблица 2. Расчетные значения энергии удара
L, м 400 500 600 700 800 900 1000
Uу, кДж 24.6 28.7 31.4 33.1 34.5 35.6 36.4
Таким образом, установлена высокая энергия единичного удара при «срабатывании»
устройства. Этот удар способен обеспечить ликвидацию прихвата колонковой трубы. Следу-
ет отметить, что «расходка» бурильной колонны после разрыва шейки штока также обеспе-
чивает ударное воздействие на прихваченный инструмент, однако энергия ударов сущест-
венно, меньше энергии первого удара, соответствующего разрыву шейки штока.
Производственные испытания снаряда, проведенные в Павлоградской ГРЭ ПГО «Дон-
бассгеология», дали основание рекомендовать серийное изготовление снаряда и его приме-
нение при бурении геологоразведочных скважин диаметром 76 мм.
Рассмотрим характерный пример применения снаряда для ликвидации прихвата ко-
лонковой трубы при бурении на участке работ Павлоградской ГРЭ.
Геологическое строение участка определялось мощным комплексом осадочных обра-
зований палеозойского, мезозойского и кайнозойского возраста, залегающих на докембрий-
ском фундаменте. Продуктивная толща карбона мощностью 100 – 700 м сложена часто пе-
ремежающимися разнозернистыми песчаниками, алевролитами и аргиллитами с подчинен-
ными им пластами и прослоями известняков и углей. На каменноугольных отложениях зале-
гают породы триаса и юры, мощность которых достигает 690 м. К этим отложениям относят-
ся пестроокрашенные и аргиллитоподобные глины, слабосцементированные песчаники, а
также известняки, в виде редких прослоек. Повсеместное развитие имеют неустойчивые чет-
вертичные отложения мощностью 30– 60 м.
Особенность геологического строения участка связана с наличием в толще карбона про-
пластков абразивных слабосцементированных песчаников с включениями кремнистой гальки.
По буримости комплекс пород охватывает II– VIII категории. Средневзвешенная кате-
гория пород – 5,5.
В процессе бурения геологоразведочной скважины глубиной 1200 м применяли буро-
вой агрегат ЗИФ-1200МР, буровую вышку ВМ-18/15, бурильную колонну СБТ 50/65. При
длине колонны около 500 м в компоновку инструмента был включен ударный снаряд, кото-
рый присоединили непосредственно к колонковой трубе. При глубине скважины 1100 м
вращение бурового инструмента было приостановлено из-за поломки бурового насоса. В
течении двух часов насос отремонтировали, однако за это время произошел прихват колон-
ковой трубы. Для ликвидации прихвата лебедкой бурового станка было создано подъемное
усилие 190 кН. При таком усилии «сработал» снаряд (разорвалась шейка штока). Единичным
ударом прихват был ликвидирован и инструмент свободно извлечен на поверхность. Затраты
времени на ликвидацию прихвата не превысили 5 мин. Этот пример применения устройства
подтверждает его эффективность при ликвидации прихватов бурового инструмента.
Выводы
На уровне изобретения предложен ударный снаряд, который выполняет функции ме-
ханического яса и отсоединительного переходника, является эффективным средством для
ликвидации прихватов бурового инструмента. Простота конструкции устройства позволяет
уменьшить его габаритные размеры и обеспечивать возможность применения в геологораз-
ведочных скважинах малого диаметра (76 мм).
Новое конструктивное решение снаряда определяет сильное ударное воздействие на
прихваченный инструмент при разрыве шейки штока, телескопически размещенного в по-
лости корпуса; потенциальная энергия удара в этом случае достигает 40 кДж. Дальнейшее
Выпуск 13. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА
И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ
108
многократное ударное воздействие на прихваченные трубы происходит при «расходке» бу-
рильной колонны. Данная система формирования ударов определяет повышенную надеж-
ность и эффективность снаряда.
Литература
1. А.с. №1601335 СССР, Е21В 31/107, 17/06. Отсоединительный ударный снаряд./ Б.Н.
Васюк и др. – Опубл. 23.10.90. – Бюл. №39.
2. Дарков А.В., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов. . 3-е. Изд. М. «Высшая школа»,
1969. – 734 с.
3. Самотой А.К. Предупреждение и ликвидация прихватов труб при бурении скважин.
М., Недра, 1979. – 182 с.
4. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин: в 2-х томах/ Под
общей ред. проф. Е.А. Козловского –М.: Недра. 1984. – Т. 1. – 512 с.
Поступила 27.05.10
УДК 622.243
О. И. Калиниченко, д-р техн. наук, С. Н. Парфенюк, А. В. Хохуля,
П. Л. Комарь, В. С. Дикунова
Донецкий национальный технический университет, Украина
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ПАРАМЕТРЫ ГИДРОУДАРНИКА Г-132
ДЛЯ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН
The design is considered and recommendations for parameters of the hydraulic hammer
tool and technological modes of percussive-rotary drilling of wellbore are presented.
В настоящие время при тотальном уменьшении финансирования буровых работ гео-
логоразведочные предприятия вынуждены вести активный поиск эффективных разработок,
которые позволили бы приблизить показатели экономичности и производительности буре-
ния скважин до уровня, достигнутого отраслью к концу 80-х годов ХХ в.
В свое время благодаря скоординированной и тесной связи производственных и научных
организаций создавались и успешно внедрялись новые приоритетные технические средства и
технологии, обеспечивающие высокую эффективность проходки скважин. Среди них можно
выделить разработки ударно-вращательного бурения с применением забойных гидроударных
машин. Применение таких машин рассматривалось как радикальное средство решения пробле-
мы повышения не только механической скорости бурения в различных горно-геологических
условиях, но и качественных показателей и экономичности буровых работ. В идентичных усло-
виях эксплуатации с применением гидроударников стабильно обеспечивалось повышение ско-
рости бурения в 1,5 – 3 раза по сравнению со скоростью вращательного бурения, при одновре-
менном повышении стойкости породоразрушающего инструмента [2 – 4].
Тенденция снижения объемов гидроударного бурения наметилась в начале 90-х годов
ХХ в. По оценкам исследователей эта тенденция обусловлена разработкой более совершенных
конструкций алмазных коронок и породоразрушающего инструмента, вооруженного сверхтвер-
дыми материалами [1]. Использование такого инструмента по сравнению с гидроударным буре-
нием в твердых породах при соизмеримости механической скорости способствовало значитель-
ному снижению трудоемкости и капиталоемкости процесса бурения. Однако более существен-
ной причиной эпизодического применения гидроударников, явилась, прежде всего, незавершен-
|