Анализ процесса нагружения долота

При решении задач увеличения технико-экономических показателей процесса бурения ГС, большая роль отводится обеспечению наилучших условий работы бурильного инструмента при использовании технологических процессов и, в частности, в таком наиболее значительном, с точки зрения интенсификации процесса бурения, процессе нагружения долота.
Установлено, что работа долота по разрушению горной породы на забое скважины находится в тесной связи с работой бурильной колонны и, соответственно, оптимизация технологических параметров процесса бурения не представляется возможной без знания условий её работы и процесса контроля за её входными и выходными параметрами как элементом системы управления процессом бурения.
Что касается контроля за входными и выходными параметрами бурильной колонны, то сегодня эту проблему в той или иной степени точности можно считать решенной.
Так, разработанный автором способ [1] и реализующее его устройство [2] для контроля осевой нагрузки на долото, дают возможность с достаточной, для целей управления процессом нагружения долота, точностью овладевать данными о регулируемом параметре.
Проведённые автором исследования условий организации беспроводной системы передачи информации с забоя скважины на «дневную» поверхность, послужили основой для создания телеметрической системы ЗИС-4, выпускаемой серийно ОАО «Сибнефтеавтоматика» г. Тюмень, которая позволяет осуществлять контроль в реальном времени за режимными параметрами работы долота с глубины скважины до 5 тыс. метров [59].
Гораздо труднее обстоит дело с математическим описанием процесса передачи бурильной колонной управляющих воздействий.
Сложность и важность этого процесса определили наличие большого количества научных работ, которые посвящены его исследованию.
Но до сегодняшнего дня он остаётся достаточно актуальным и до конца не решённым, в связи с отсутствием математического описания движения бурильной колонны, которое учитывает весь спектр её собственных и вынужденных колебаний при передаче управляющих воздействий. Это обстоятельство делает сложной реализацию целевой задачи управления, которая состоит в создании таких условий работы бурильной колонны, при которых достигаются необходимые показатели её эффективности.
По отношению к процессу нагружения долота работа бурильной колонны заключается в доведении до него осевых нагрузок, достаточных для необходимого разрушения горной породы на забое скважины.
Реализация данной возможности обуславливается рядом факторов, определяемых взаимодействием бурильной колонны со стенками скважины, влияние которых на данный процесс, в связи с изменением условий её работы при переходе к бурению ГС, требует анализа и оценки.
Процесс нагружения долота обусловлен продуктивностью работы системы "регулятор подачи долота - колонна бурильных труб" и существованием обратной связи, которая осуществляется телеметрическими системами [7, 41].
Режимы работы регуляторов подачи долота и телеметрических систем, с требуемой для целей управления точностью, имеют математическое описание, в то время как бурильная колонна остаётся в системе управления "чёрным ящиком".
Поэтому, изучая проблему влияния факторов на процесс нагружения долота, необходимо иметь в виду их влияние на работу бурильной колонны.
Результаты исследований условий работы колонны бурильных труб (КБТ), полученные М.М

. Александровым, П.В. Балицким, М.П. Гулизаде, Д.С. Иордановым, Е.И. Ишемгужиновым, А.Е. Сарояном, Б.З. Султановым, Н.М. Шерстнёвым, дают возможность выделить следующий ряд основных факторов, влияющих на её работу в процессе нагружения долота:
- коэффициент трения в зоне контакта КБТ со стенками скважины kтр;
- силы нормального давления в зоне контакта КБТ со стенками скважины;
- силы сопротивления F3, обусловленные наличием неровностей поверхности КБТ;
- сопротивление Fш, обусловленное движением промывочной жидкости в затрубном пространстве;
- силы сопротивления Fy обусловленные взаимосвязью КБТ со стенками скважины при ее деформации под действием осевых сил;
- намагниченность горной породы Fн.
- адгезионные силы взаимодействия КБТ со стенками скважины FАД;
Для учета совокупности влияния всех этих факторов М.М. Александровым была предложена формула
Fс = kтрN+Fу+F3 +Fж+FАД+Fн (2.3)
В виду многозвенности выражения (2.3), многие исследователи при оценке сил сопротивления движению КБТ, в тех или иных режимах её работы, используют наиболее значительные, по степени их влияния на исследуемый процесс, факторы.
Так, автором работы [3], в процессе условий возникновения прихватов бурильной колонны, сила сопротивления при её движении в стволе скважины определялась как сумма сил трения и адгезионных сил в зоне контакта бурильной колонны со стенками скважины
Рс = kтрN+FАД (2.4)
При изучении взаимодействия пары трения "колонна бурильных труб - глинистая корка" М.П