Научная статья на тему 'Применение долот pdс на месторождениях Восточной и Западной Сибири'

Применение долот pdс на месторождениях Восточной и Западной Сибири Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
1583
121
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТОМИНСКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ / МЕДНО-ПОРФИРОВОЕ ОРУДЕНЕНИЕ / МЕТАМОРФИЗМ / ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТИПЫ РУД / TOMINO DEPOSIT / COPPER-PORPHYRY MINERALIZATION / METAMORPHISM / TECHNOLOGICAL TYPES OF ORES

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Зайцев Виталий Иванович, Карпиков Александр Владимирович, Осипов Владимир Григорьевич

Цель исследования адаптация долот PDC для бурения в условиях Восточной и Западной Сибири. Долота PDC были разработаны в основном для бурения пород мягкой и средней твердости, где раньше использовались трехшарошечные долота. В этих породах долота с резцами PDC демонстрировали скорость проходки, более чем в три раза превышающую аналогичную скорость других долот. Это достигается за счет режущего механизма долот PDC и их большей долговечности в связи с отсутствием в их конструкции движущихся частей, которые могут быстро изнашиваться. Хотя резцы PDC и показывают сопротивление абразивному износу, они очень чувствительны к ударной нагрузке. В Восточной Сибири и Якутии применение долот РДС затруднительно в силу того, что в данных регионах сложный геологический разрез. В условиях карбонатных пород применение имеющихся долот PDC было неэффективным с экономической точки зрения. Необходимо вырабатывать более рациональный инструмент и режимы его применения. После анализа отработки долот предлагается увеличить запас вооружения, увеличивать количество лопастей и уменьшать диаметр резцов. Для менее твердых пород размер резцов рекомендуется увеличивать до 22,5 мм. Предлагается изменить длину калибрующей части в зависимости от назначения долота: для участка набора зенитного угла, для зарезных долот и т.д. В связи с чувствительностью долота к ударной нагрузке рассмотрена более вязкая твердосплавная основа алмазно-твердосплавных таблеток. Наилучшие результаты показал дисперсионно-твердеющий сплав ТТ7К12. Определен оптимальный для этого сплава передний угол резания-скалывания породы. При резании твердых пород долотами PDC рекомендуется буровой раствор с применением биополимера «Биосин», показавший хорошие результаты, минимальную подачу бурового раствора для долот PDC разных диаметров предлагается рассчитывать по найденной эмпирической зависимости. Высокая частота вращения буровой колонны вызывает ее чрезмерные вибрации, приводящие к сколам алмазно-твердосплавных пластин резцов. Нами получена эмпирическая формула, показывающая зависимость критической частоты вращения инструмента от размеров бурильных труб колонны. Следует избегать увеличения скорости вращения свыше 245-280 мин-1. В настоящее время при бурении даже малых интервалов трещиноватых и окремленных пород необходимо применять ограниченные скорости. Только в этом случае возможно обеспечить эффективную отработку долот PDC.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Зайцев Виталий Иванович, Карпиков Александр Владимирович, Осипов Владимир Григорьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PDC BITS APPLICATION IN THE FIELDS OF EASTERN AND WESTERN SIBERIA

The purpose of the study is to adapt PDC bits for drilling in Eastern and Western Siberia. PDC bits were mainly designed for drilling soft and medium-hard rocks to substitute tricone drilling bits used earlier. In these rocks the bits with PDC cutters show a drilling advance rate more than three times higher than the rate of other bits. This is achieved through the cutting mechanism of PDC bits and their greater durability due to the absence of moving parts subject to wear in their design. Although PDC cutters are abrasion-resistant, they are still very sensitive to the impact loading. In Eastern Siberia and Yakutia the use of PDC bits is troublesome due to the fact that these regions are characterized with a complex geological section. The application of PDC bits in carbonate rocks is of little economical benefit. It is necessary to design more efficient tools and their application modes. After the bit wear analysis it is proposed to enlarge the supply of bit cutting structure, increase the number of blades and reduce the diameter of cutters. The size of cutters for less hard rocks is recommended to increase to 22.5mm. It is proposed to change the length of the gage cutter depending on the purpose of a bit: inclination angle build section, side-tracking bits, etc. Due to the bit sensitivity to impact loads the authors consider more ductile hard-alloy base of diamond-carbide tablets. The best results are showed by the precipitation-hardening alloy TT7K12. The front angle of rock cutting and shearing, optimum for this alloy, is determined. Cutting of hard rocks by PDC bits is recommended to perform with the drilling mud using a Biosin biopolymer that shows good results. The minimum drilling mud delivery for PDC bits of different diameters is recommended to calculate by the found empirical dependence. High rotation speed of a drill string causes its excessive vibrations resulting in chipping of diamond carbide insert cutters. We have obtained an empirical formula showing the dependence of the tool critical speed on the drill string sizes. Increase in the rotation speed of more than 245-280 min-1 should be avoided. Today, it is advisable to use limited speeds even when drilling small intervals of fractured and silicified rocks. Only in this case the efficient run of PDC bits can be ensured.

Текст научной работы на тему «Применение долот pdс на месторождениях Восточной и Западной Сибири»

УДК 622.24.051

DOI 10.21285/0130-108Х-2016-57-4-62-69

ПРИМЕНЕНИЕ ДОЛОТ PDС НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ВОСТОЧНОЙ И ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

© В.И. Зайцев1, А.В. Карпиков2, В.Г. Осипов3

1,2Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

3ООО «Сибирская проектная экспертная компания», 664003, Россия, г. Иркутск, ул. Дзержинского, 1.

Цель исследования - адаптация долот РБС для бурения в условиях Восточной и Западной Сибири.

Долота РБС были разработаны в основном для бурения пород мягкой и средней твердости, где раньше использовались трехшарошечные долота. В этих породах долота с резцами РБС демонстрировали скорость проходки, более чем в три раза превышающую аналогичную скорость других долот. Это достигается за счет режущего механизма долот РБС и их большей долговечности в связи с отсутствием в их конструкции движущихся частей, которые могут быстро изнашиваться. Хотя резцы РБС и показывают сопротивление абразивному износу, они очень чувствительны к ударной нагрузке.

В Восточной Сибири и Якутии применение долот РДС затруднительно в силу того, что в данных регионах сложный геологический разрез. В условиях карбонатных пород применение имеющихся долот РБС было неэффективным с экономической точки зрения. Необходимо вырабатывать более рациональный инструмент и режимы его применения.

После анализа отработки долот предлагается увеличить запас вооружения, увеличивать количество лопастей и уменьшать диаметр резцов. Для менее твердых пород размер резцов рекомендуется увеличивать до 22,5 мм. Предлагается изменить длину калибрующей части в зависимости от назначения долота: для участка набора зенитного угла, для зарезных долот и т.д. В связи с чувствительностью долота к ударной нагрузке рассмотрена более вязкая твердосплавная основа алмазно-твердосплавных таблеток. Наилучшие результаты показал дисперсионно-твердеющий сплав ТТ7К12. Определен оптимальный для этого сплава передний угол резания--скалывания породы. При резании твердых пород долотами РБС рекомендуется буровой раствор с применением биополимера «Биосин», показавший хорошие результаты, минимальную подачу бурового раствора для долот РБС разных диаметров предлагается рассчитывать по найденной эмпирической зависимости. Высокая частота вращения буровой колонны вызывает ее чрезмерные вибрации, приводящие к сколам алмазно-твердосплавных пластин резцов. Нами получена эмпирическая формула, показывающая зависимость критической частоты вращения инструмента от размеров бурильных труб колонны. Следует избегать увеличения скорости вращения свыше 245-280 мин-1. В настоящее время при бурении даже малых интервалов трещиноватых и окремленных пород необходимо применять ограниченные скорости. Только в этом случае возможно обеспечить эффективную отработку долот РБС.

Ключевые слова: Томинское месторождение, медно-порфировое оруденение, метаморфизм, технологические типы руд.

Формат цитирования: Зайцев В.И., Карпиков А.В., Осипов В.Г. Применение долот PDC на месторождениях Восточной и Западной Сибири // Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. 2016. № 4 (57). С. 62-69. БО! 10.21285/0130-108Х-2016-57-4-62-69.

1 Зайцев Виталий Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры нефтегазового дела, тел.: (3952) 405278, e-mail: zaitsev@istu.edu

Zaitsev Vitaliy, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Oil and Gas Business, tel.: (3952) 405278, e-mail: zaitsev@istu.edu

2Карпиков Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры нефтегазового дела, тел.: (3952) 405659, e-mail: karpikov@istu.edu

Karpikov Aleksandr, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Oil and Gas Business, tel: (3952) 405659, e-mail: karpikov@istu.edu

3Осипов Владимир Григорьевич, исполняющий директор, тел: (3952) 626732, e-mail: www.irk@yandex.ru

Osipov Vladimir, CEO, tel.: (3952) 626732, e-mail: www.irk@yandex.ru

PDC BITS APPLICATION IN THE FIELDS OF EASTERN AND WESTERN SIBERIA

V.I. Zaitsev, A.V Karpikov, V. G. Osipov

Irkutsk National Research Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia. LLC "Siberian designing expert company", 1, Dzerzhinsky St., Irkutsk, 664003, Russia.

The purpose of the study is to adapt PDC bits for drilling in Eastern and Western Siberia.

PDC bits were mainly designed for drilling soft and medium-hard rocks to substitute tricone drilling bits used earlier. In these rocks the bits with PDC cutters show a drilling advance rate more than three times higher than the rate of other bits. This is achieved through the cutting mechanism of PDC bits and their greater durability due to the absence of moving parts subject to wear in their design. Although PDC cutters are abrasion-resistant, they are still very sensitive to the impact loading.

In Eastern Siberia and Yakutia the use of PDC bits is troublesome due to the fact that these regions are characterized with a complex geological section. The application of PDC bits in carbonate rocks is of little economical benefit. It is necessary to design more efficient tools and their application modes.

After the bit wear analysis it is proposed to enlarge the supply of bit cutting structure, increase the number of blades and reduce the diameter of cutters. The size of cutters for less hard rocks is recommended to increase to 22.5mm. It is proposed to change the length of the gage cutter depending on the purpose of a bit: inclination angle build section, side-tracking bits, etc. Due to the bit sensitivity to impact loads the authors consider more ductile hard-alloy base of diamond-carbide tablets. The best results are showed by the precipitation-hardening alloy TT7K12. The front angle of rock cutting and shearing, optimum for this alloy, is determined. Cutting of hard rocks by PDC bits is recommended to perform with the drilling mud using a Biosin biopolymer that shows good results. The minimum drilling mud delivery for PDC bits of different diameters is recommended to calculate by the found empirical dependence. High rotation speed of a drill string causes its excessive vibrations resulting in chipping of diamond carbide insert cutters. We have obtained an empirical formula showing the dependence of the tool critical speed on the drill string sizes. Increase in the rotation speed of more than 245-280 min-1 should be avoided. Today, it is advisable to use limited speeds even when drilling small intervals of fractured and silicified rocks. Only in this case the efficient run of PDC bits can be ensured.

Keywords: Tomino deposit, copper-porphyry mineralization, metamorphism, technological types of ores

For citation: Zaitsev V.I., Karpikov A.V., Osipov V.G. PDC bit application in the fields of Eastern and Western Siberia. Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences, Russian Academy of Natural Sciences. Geology, Prospecting and Exploration of Ore Deposits. 2016. No. 4 (57). Pp. 62-69. DOI 10.21285/0130-108X-2016-57-4-62-69.

Буровые долота составляют только долю от общей стоимости скважины (от двух до пяти процентов), но являются основным компонентом экономики строительства скважины. Время, необходимое для бурения скважины, напрямую зависит от скорости бурения долота и от продолжительности его работы до износа.

С увеличением стоимости долота уменьшается количество спуско-подъ-емных операций, что благоприятно сказывается на бурении глубоких скважин. Например, для бурения неглубоких скважин с помощью наземных установок могут вполне подходить менее дорогие стандартные шарошечные долота.

В настоящее время усовершенствованные долота РБС, как и шарошечные, характеризуются более высокой механической скоростью проходки, большим

сроком службы, более дорогие, могут быть самым экономически выгодным выбором при бурении глубоких скважин (особенно в море), где высоки стоимость времени использования буровой установки и стоимость спуско-подъемных операций для замены долот. Стоимость покупки оптимизированных долот РБС затем многократно окупается.

К основным достоинствам долот с алмазно-твердосплавными пластинками относятся отсутствие в их конструкции подвижных частей, высокая износостойкость, самозатачивающееся действие резцов и низкая осевая нагрузка на долото. Для создания режущего действия требуется осевая нагрузка на долото на порядок меньше, чем для шарошечных долот при тех же или больших скоростях бурения. Высокая устойчивая механиче-

ская скорость бурения обусловлена острой режущей кромкой резцов, низкой скоростью их износа и эффектом самозатачивания резцов во время бурения. Самозатачивание резцов происходит в результате некоторого опережающего изнашивания твердосплавной основы по сравнению с износом алмазного слоя.

Хотя резцы PDC показывают прекрасное сопротивление абразивному износу, они очень чувствительны к ударной нагрузке [1].

Долота PDC в основном предназначены для бурения нефтяных и газовых наклонно-направленных и горизонтальных скважин сплошным забоем в мягких и средних абразивных горных породах.

Так, на Восточно-Сургутском месторождении долотом PDC 220,7 FD 220,7 368 МНА80-01 в интервале бурения 733-2877 м средняя проходка на долото составила 3454,75 м, среднее время бурения - 98,27 ч и средняя механическая скорость - 35,16 м/ч.

Из приведенного примера видно, что долота PDC имеют высокую скорость бурения и ресурс работы, что позволяет сократить сроки строительства скважин на месторождениях Западной Сибири, где геологический разрез способствует быстрой проходке.

Специально для бурения горизонтальных скважин создана новая конструкция алмазного долота диаметром 220,7 мм - долото 220,7 FD 368 МН -А80, первая партия которых отработана на месторождениях ОАО Сургутнефтегаз, и была получена механическая скорость бурения 150 м/ч в интервале 7502560 м [2].

Долото 220,7 FD 368 МН - А80-01 предназначено для роторного способа бурения при комбинированном бурении гидравлическим винтовым забойным двигателем с нагрузкой на долото до130 кН и частотой вращения до 300 мин-1.

Отличительной особенностью конструкции такого долота является наличие дополнительного подрезного резца и усиление калибрующей части лопасти твердосплавными зубками PDC. Долото

отработано в Сургутском УРБ-1 ОАО «Сургутнефтегаз» при бурении направленных скважин на Федоровском месторождении (куст № 529). Интервал бурения по стволу - 729-2087 м (1358 м) пройден за 19,6 ч при средней механической скорости бурения 69,2 м/ч. Механическая скорость по интервалам бурения [2]:

- 729-881 м (Талицкая и Ганькин-ская свиты) - 135-165 м/ч;

- 881 - 1021 м (Березовская и Кузнецовские свиты) - 84,3-110 м/ч (при прохождении перемежающихся пород механическая скорость не снижалась);

- 1021-1850 м (Покуровская свита) - 74 м/ч (при разбуривании пропластков механическая скорость не снижалась);

- 1850-2087 м (Алымская и Вар-товская свиты) - 39,2-41,6 м/ч.

В Восточной Сибири применение долот РБС затруднительно в силу того, что в данном регионе сложный и «неудобный» геологический разрез. Здесь широко распространены плотные доломиты и известняки, чередуются породы от IV до VIII категории твердости, в интервалах мягких и средних пород присутствуют труднобуримые пропластки. Основная же масса выпускаемых долот РБС предназначена для бурения пород не выше категории твердости, низкой и средней абразивности. Незначительная проходка, опережающий износ вооружения делали неэффективным с экономической точки зрения применение имеющихся РБС-долот. Повышение значимости региона и его активное освоение поставили задачу производителям долот выработать более эффективные продукты.

Сотрудничество Центра разработки бурового инструмента ООО НПП «Буринтех» с ведущими мировыми производителями РБС-резцов позволило оснастить выпускаемые долота эксклюзивными резцами последнего поколения.

Были успешно применены новые конструкции РБС-долот, разработанные компанией в условиях карбонатных разрезов на месторождениях Восточной

Сибири, Оренбуржья и Республики Коми.

Новые конструкции долот, предложенные для бурения карбонатных разрезов, по своим технико-экономическим показателям не только сравнялись, но и превзошли результаты традиционно применяемых трехшарошечных долот. В таблице приведены примеры применения долот, предлагаемых ООО НПП «Буринтех». Есть все основания предполагать, что в ближайшее время применение РБС-технологий станет обычным делом для целого ряда регионов [2].

В любом случае основные конструктивные особенности долот - размер вооружения, профиль лопастей, материал корпуса и т.д. - зависят от типа разбуриваемых пород.

На основе анализа отработки долот можно прийти к следующим выводам.

1. Для более твердых пород нужно увеличивать запас вооружения, следовательно, увеличивать количество лопастей и уменьшать диаметр резцов. Малые резцы дают максимальный радиальный объем алмазов благодаря плотности их распределения.

2. Для менее твердых пород размер резцов необходимо увеличивать до 22,5 мм. Крупные резцы имеют больший объем алмазов, обусловленный их большим выступом.

3. Также может изменяться и длина калибрующей части в зависимости от назначения долота. Например, для бурения участка набора зенитного угла калибрующая часть должна быть укороченной, для зарезных долот она может вообще отсутствовать или являться режущей. Для участка стабилизации с целью повышения качества ствола и стабилизации работы долота длину калибрующей части также нужно повышать.

При изучении стойкости (ресурса работы за рейс) резцов РБС рассматривалась чувствительность долота к ударной нагрузке. Более вязкая твердосплавная основа алмазно-твердосплавных таблеток (стратапаксов) должна обеспечить определенную степень поддержки и смягчения ударных нагрузок.

При исследовании рассматривались матрицы из дисперсионно твердеющего однокарбидного ВК8, двухкарбид-ного Т5К10 и трехкарбидных ТТ7К12 и ТТ10К8Б сплавов. Наилучшие результаты показали матрицы из трехкарбид-ного сплава в составе карбид вольфрама, карбид титана и карбид тантала, присутствует также кобальт в количестве 12%. Меньшую чувствительность трехкар-бидного сплава к ударным нагрузкам можно объяснить его высокой прочностью, упругостью и ударной вязкостью.

Регион Описание пород Категория твердости пород Тип долота Проходка по скважине (интервал бурения), м Средняя мех. скорость, м/ч

Республика Саха (Якутия) Доломиты, известняки У-УШ БИТ 215,9 В 813 УЕН. 40 811 (475-1286) 7,5

Глины

Республика Коми с пропластками известняков, мергелей, алевролитов 1У-У1 БИТ 295,3 ВТ 616 У. 30 1024 (826-1850) 7,8

Республика Саха (Якутия) Переслаивания аргиллитов, известняков, песчанников 1У-У11 БИТ 142,9 В 613 УН. 30 60 (2364-2424) 2,3

Примеры применения долот, предлагаемых ООО НПП «Буринтех»

Большинство изготавливаемых долот РБС имеют только сравнительно короткую твердосплавную опору для удержания поликристаллического алмазного слоя. На наш взгляд, возникает необходимость обеспечить более существенную опору для РБС не только для удержания алмазного слоя, но и для присоединения резца к корпусу долота. Эта твердосплавная основа может быть выполнена в виде столбиков или цилиндров из карбидов Т5К6 или ВК8.

Конечно, на повышение стойкости резцов РБС и улучшение условий срезания слоев горной породы кроме повышенной упругости и ударной вязкости подложки алмазного слоя влияет еще много факторов. Например, отрицательный передний угол - угол между передней поверхностью резца и вертикальной отжимающей резец силой. Для трех-карбидных сплавов ТТ10К8Б и ТТ7К12 он должен быть не меньше 15°, иначе будут сколы.

На основе анализа работы резцов РБС при бурении выявлено, что при малых значениях переднего угла условия срезания слоев горной породы улучшались, затрачиваемый момент кручения бурильной колонны и мощность уменьшались, механическая скорость бурения увеличивалась. Как показывали сравнительные испытания, малые углы увеличивают стабильность работы долота, уменьшают его вибрационную и ударную нагрузку. Количество случаев сколов у твердосплавных матриц при этом уменьшается [3].

Есть еще один немаловажный фактор - тип бурового раствора, которй помогает улучшить условия резания-скалывания породы при бурении, позволяет сохранить коллекторские свойства продуктивных карбонатных коллекторов порово-трещинного типа и при этом повысить ресурс работы инструмента за счет снижения его температуры при работе.

При изучении влияния промывочной жидкости на вскрываемые карбонатные коллекторы нефти и газа необхо-

димо уделять особое внимание составу твердой фазы, которая, как показал проведенный нами анализ, оказывает наибольшее воздействие на продуктивные пласты.

Значительное влияние на степень загрязнения приствольной зоны пласта оказывает и зона проникновения фильтрата. Одним из способов уменьшения радиуса зоны проникновения является формирование незначительной по мощности зоны кольматации, легко разрушаемой при освоении скважин.

При бурении в интервале глубин 1300-2000 м и средней пористости и проницаемости карбонатного коллектора хорошие результаты показал буровой раствор в составе хлористого калия, крахмального реагента «Аммилор», по-лиэкогеля, биополимера «Биосин» и технической воды при фильтрации 11 -12 см3.

В процессе исследований по объему вынесенного шлама и изменению крутящего момента бурильной колонны была определена минимальная подача раствора для долота типа РБС с поликристаллическими алмазными вставками.

Значение минимальной подачи Qmin, л/с, можно рассчитать по найденной эмпирической зависимости:

Qmin = Кп • Оа' , (1)

где Кп- коэффициент минимальной подачи, равен 0,006; Оа - диаметр долота РБС.

Так, для долота 220,7 ББ 368 МН -А80-01

Qmin = 0,006 • 220,7й = 19,7 ^ ~ 20 л/с.

Для долот БИТ 295,3ВТ619 У. 30 дтЫ = 0,006 • 295,31,5 = 30,5 л/с.

Известно, что ударные нагрузки для долот РДС являются основным препятствием для их нормальной работы. К таким нагрузкам может привести высокая частота вращения бурильной колонны и возникновение вследствие этого чрезмерных вибраций. Сильные вибрации инструмента наблюдаются и по причине частого переслаивания пород.

Нами получена эмпирическая зависимость критической частоты вращения бурильной колонны от диаметров бурильных труб при любой глубине скважины.

Критическая частота вращения пкр опредлеяется следующим образом:

^кр = ^кр ^^иар+^вн : ^тр , (2)

где Ккр - коэффициент критической частоты вращения, равен 120; Бнар -наружный диаметр бурильных труб, мм; Бвн - внутренний диаметр бурильных труб, мм; /тр - длина бурильной трубы, м.

Так, для бурильной колонны диаметром трубы 127 мм пкр = 120 • 7127т + 109т : 9т = 247 мин-1.

Для бурильной колонны диаметром труб 144 мм

пт = 120 • 7144т + 126т : 9т = 283 мин-1.

Rd : Кин = ш • R

Д' ,-1

"кР

Вообще, превышение критических частот вращения для долот типа РБС является риском. Следует избегать увеличения скорости вращения свыше 240285 мин-1 для долот любых диаметров.

Хотя скважина ограничивает амплитуду колебаний колонны, удары ее о стенки скважины значительны, а долото формирует многоугольный забой [4].

Возникающие при этом вибрации при повышенных скоростях вращения приводят к сколам режущей части резцов, отслаиванию алмазных пластин и даже слому режущих элементов из-за столкновения с твердыми включениями породы и трещинами, особенно если края их окремнены.

Рассчитаем частоту вращения п долота РБС диаметром ^ = 295,3 мм по известной формуле: п = ^ин 60 • 1000 : п • Оа = 4 • 60 • 1000 : : 3,14 • 295,3 = 258,8 мин-1, где Улин = (2-5) м/с - рекомендуемая рядом зарубежных компаний линейная скорость алмазного резца [5].

Для долота меньшего размера линейная скорость принимается меньшей, так как она зависит от радиуса инструмента

где ш - угловая скорость, с .

Для долота диаметром ^ = 220,7 мм п = 2,8 • 60 • 1000 : 3,14 • 220,7 = 242,4 мин-1.

Полученные результаты расчета скоростей вращения согласуются с предложенной эмпирической формулой (2).

Рассчитаем механическую скорость Умех РБС за один оборот, приняв по рекомендации ВИТР за оптимальную величину углубки единичного резца Лу = 0,10 мм/об. [5] и рекомендуемую нами частоту вращения п = 285 мин-1.

^мех = Лу • п = 0,10 • 285 = = 28, 5 мм/мин = 1,71 м/ч.

Скорость невысокая. Ряд авторов применяли РБС со скважинными двигателями при скорости 500-600 мин-1.

Все же опыт применения долот РБС на месторождениях Восточной Сибири [1, 3] показал, что использовать такие скорости можно только в стабилизированных бурильных колоннах и только на некоторых участках, свободных от переслаивающихся пород различной крепости. Фактическая же скорость вращения колонны должна определяться исходя из соображений безопасности для инструмента, иначе его придется часто менять, затратив большое количество времени.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Таким образом, в случае бурения карбонатных коллекторов, часто окрем-ненных каверно-трещенными доломитами, что характерно для месторождений Восточной Сибири и Якутии, применяемые в настоящее время конструкции долот РБС показывают невысокую износостойкость и часто выходят из строя. Долота РБС могут превзойти традиционные шарошечные долота при применении и на сильно абразивных, и на твердых породах, но только если они будут работать в условиях пониженного тепловыделения от трения и с уменьшением вибрации долота.

В заключение можно сказать, что на сегодняшний день одним из основных ресурсов долот РБС для бурения абразивных пород VI категории твердости и выше является применение специальных

износостойких резцов, обладающих большой ударной, абразивной и термомеханической стойкостью.

Еще резервом повышения эффективности бурения этими долотами являются переменные факторы, такие как конструкция корпуса долота, размещение, величина и ориентация режущих элементов резцов, а также нахождение оптимального по свойствам бурового раствора для резания-скалывания разных пород.

Тем не менее накопленный ресурс исследований еще недостаточен для комплексного решения назревшей проблемы.

В настоящее время единственно верным решением при бурении небольших интервалов трещинноватых и окремленных пород является ограничение параметров режима бурения до значений, которые бы обеспечивали эффективную отработку долот РБС.

Библиографический список

1. Сверкунов С.А., Карпиков А.В. Исследование штыревых и алмазных долот на месторождениях нефтегазоносных площадей севера Красноярского края // Геонаука-2012: сб. тр. Всерос. науч.-техн. конф. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. Вып. 12. С. 148-152.

2. Че В.В., Заливин В.Г. Эффективность применения долот РБС на нефтяных месторождениях Западной и Восточной Сибири // Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири: сб. науч. тр. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. С.137-144.

3. Зайцев В.И., Карпиков А.В., Че В.В. Исследование применения долот РБС // Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле Российской акаде-

мии естественных наук. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. 2014. № 5. С. 58-66.

4. Турыгин Е.Ю. Повышение эффективности процесса бурения глубоких скважин роторным способом посредством управления динамикой бурильной колонны: автореф. ... канд. техн. наук: 25.00.15. Ухта, 2011. 17 с.

5. Нескромных В.В., Пушмин П.С. Методика анализа ситуаций на забое скважины по углубке за один оборот алмазного породоразрушающего инструмента // Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. 2012. № 1. С. 96-103.

References

1. Sverkunov S.A., Karpikov A.V. Is-sledovanie shtyrevykh i almaznykh dolot na mestorozhdeniyakh neftegazonosnykh ploshchadei severa Krasnoyarskogo kraya [Study of carbide and diamond bits in the oil and gas fields of the north of the Krasnoyarsk Territory]. Geonauka-2012: sb. tr. Vseros.nauch.-tekhn. konf. [Geonautics-2012: Proceedings of All-Russia Scientific and Technical Conference]. Irkutsk, IrGTU Publ., 2012. V. 12, pp. 148-152.

2. Che V.V., Zalivin V.G. Effek-tivnost' primeneniya dolot PDC na neftyanykh me-storozhdeniyakh Zapadnoi i Vostochnoi Sibiri [Application effective-

ness of PDC bits in the oil fields of Western and Eastern Siberia]. Problemy osvoeniya mineral'noi bazy Vostochnoi Sibiri: sb. nauch. tr. [Problems of Eastern Siberia mineral base development]. Irkutsk, IrGTU Publ., 2012, pp. 137-144.

3. Zaitsev V.I., Karpikov A.V., Che V.V. Issledovanie primeneniya dolot PDC [Study of PDC bit application efficiency]. Izvestiya Sibirskogo otdeleniya Sektsii nauk o Zemle Rossiiskoi akademii este-stvennykh nauk. Geologiya, poiski i razvedka rudnykh mestorozhdenii [Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences, Russian Academy of Natural

Sciences. Geology, Prospecting and Exploration of Ore Deposits], 2014, no. 5, pp. 58-66.

4. Turygin E.Yu. Povyshenie effek-tivnosti protsessa bureniya glubokikh skva-zhin rotornym sposobom posredstvom up-ravleniya dinamikoi buril'noi kolonny: avtoref. ... kand. tekhn. nauk: 25.00.15 [Improving the efficiency of deep well drilling by the rotary method through the drill string dynamics control]. Ukhta, 2011. 17 p.

5. Neskromnykh V.V., Pushmin P.S. Metodika analiza situatsii na zaboe skva-zhiny po uglubke za odin oborot almaznogo

porodorazrushayushchego instrumenta [Procedure to analyze situations at DD well bottom per revolution of diamond rock cutting tool]. Izvestiya Sibirskogo otdeleniya Sektsii nauk o Zemle Rossiiskoi akademii estestvennykh nauk. Geologiya, poiski i razvedka rudnykh mestorozhdenii mes-torozhdenii [Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences, Russian Academy of Natural Sciences. Geology, Prospecting and Exploration of Ore Deposits], 2012, no. 1, рр.96-103.

Статья поступила 14.10.2016 г.

Article received 14.10.2016.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.