книги из ГПНТБ / Танкибаев, М. А. Желобообразования при бурении скважин

f M 7152 А

0 0

о

Puc. 21. Номограмма для определения глубины желоба.

Однако чистые породообразующие минералы или крис­ таллы горных пород при бурении на нефть и газ не встре­ чаются.

К тому же определенные в лабораторных условиях <в и (до не полностью отражают картину условий трений колон­ ны бурильных труб с конкретно взятой горной породой.

Тем не менее, полученные Л. А. Шрейнером и др. дан­ ные могут быть приняты как пределы коэффициента К, так

как по ним можно получить значение— для большого диаш0

пазона минералов, кристаллических пород, образующих ос­ новные горные породы. Поэтому любые породы, образован­ ные ими, не будут выходить за пределы этих значений. Так, например, при определении К по со и ©о минералы или кристаллические породы, имеющие большую высокую мик­ ротвердость, приближаются к нулю. Так, для кварцита

К= 0 ,2 1X10-6 —» а при малых микротвердостях, как для

K Z M

гипса К =4,73Х 10-6^ (табл. 3).

Коэффициент К является сложной функцией, трудно определяемой как в лабораторных, так и в производствен­ ных условиях. Как указывалось раньше, для конкретно рас­ сматриваемых горных пород его наиболее правильно мож­ но определить обратным решением, по известной величине глубины желоба, при прочих других одинаковых условиях, По одной-трем скважинам одного и того же месторождения, при более или менее установившемся режиме бурения, ко­ личестве промывочной жидкости и др., которые прямо не Учитываются при выводе расчетной формулы.

Постоянная А представляет собой вес одной трубы, при­ ходящийся на один замок и отнесенный к половине площа­ ди его поверхности (раньше при выводе формулы длина замка Ь в числителе и знаменателе сокращалась), и опре­ деляется для каждого типа замка, бурильных труб и удель­ ного веса применяемой промывочной жидкости.

Третья функция ф представляет собой зенитный угол в градусах при плоскостном искривлении скважин, угол пе­ региба —*при пространственном. В последнем случае она определяется по номограмме А. Лубинского (рис. 21а) или Но нашей формуле (49). При подсчете берется в радианах Но таблице тригонометрических функций.

Рис. 21a. Номограмма Лубянского.

Последний член является квадратом количества прохо дящих п замков через рассматриваемое сечение скважин, что собой представляет путь трения или квадрат количест ва контактов замка с породой.

Искомый Ah — глубина желоба в см.

82

Методика расчета и последовательность построения номограммы

В качестве расчетной формулы принята (63) АЬ= К-А-

•Ч^п2.

Путем последовательного определения каждого члена с правой стороны строятся три графика, которые затем совме­ щаются в одну общую номограмму.

Первая номограмма характеризует применяемые бу­ рильные трубы, диаметр замка, удельный вес промывочной жидкости и физико-механические свойства горных пород, условия и среду трения — коэффициент пропорциональности Желобообразования. Таким образом, координаты этой но­ мограммы будут по оси абсцисс — К, по ординате — А. Как уже говорилось раньше, К задается в пределах от 0 до 6Х XI О-6кгмсмл*

По оси абсцисс в масштабе 1 мм : 1ХЮ- 6кгмсм^ отклады­ вается К по ординате значения А в масштабе 1 мм : 1000

кг рад-см.

Значение А подсчитывается для каждого диаметра, веса погонного метра соответствующей трубы при различ­ ных удельных весах промывочной жидкости

01ТпР-ж=“ Ь^гД 0 2 через 0,1 г/см3.

Пример расчета постоянной А представлен в таблице 4. Откладывая значения К и А по осям абсциссы и орди­ наты в определенном масштабе, как показано на рис. 22, последующим затем перемножением АХК находим общие точки линии, характеризующие удельный линейный износ горных пород, в зависимости от полного веса в жидкости одной трубы, поверхности контакта замка в мм на единицу искривления в радианах и на единицу пути трения, кото­

рую обозначим В= АХК-

Величина этого износа для различных пород колеблется от 0 до 8000X10-6 мм!рад. Таких линий было бы 13 для каждого диаметра трубы через интервал 0,1 г/см3. Мы же Должны давать минимум на четыре типо-размера буриль­ ных труб с приварными замками, тогда таких линий было бы 52, что привело бы к излишнему загромождению номо­ граммы. Поэтому расчет и построение мы приводим только При четырех значениях удельного веса промывочной жид-

83

кости v = l; 1,2; 1,5; и 2,0 г/см3, наиболее часто встречаю­ щихся на практике. При других значениях удельных весов промывочной жидкости нетрудно отыскать их методом ин­ терполяции.

Расчет и построение для других типо-размеров труб й замков не приводится, т. к. они даны в сводной номограм­ ме (рис. 21). Вторая номограмма выражает зависимость

84

Удельного линейного износа от угла перегиба, иначе ог ве­ личины контактного давления веса в жидкости одной тру­ бы, поверхности контакта, в зависимости от величины ис­ кривления скважины. На самом деле произведение двух

оЧ

ф ункций ^ •Ч/'= р —удельное контактное давление от ве­ са одной трубы в жидкости при заданном угле перегиба.

w T Se/7/*r

Тогда, отложив по оси абсцисс в радианах значение Чг, по оси ординат К-А, получим удельный линейный износ гор­ ных пород в зависимости от изменения величины угла ис­ кривления, которое обозначим С= ВХЧГ (рис. 23). Величи­ на этого износа колеблется для различных пород, при изменении угла перегиба от 0° до 15°, от 0 до 1400Х10~6иш.

85

Третья номограмма является конечной и дает зависи­ мость полного линейного износа от полного контактного давления и суммарного значения пути трения. На самом деле, в формуле (59) п2 при выводе имеет значение как произведение пути трения на общую меру инструмента, которое после преобразования переходит в квадрат коли­

Ah = К • А • *F • п2 = с • п2.

Уяснив себе физический смысл конечной расчетной фор­ мулы, приступим к построению заключительной третьей части номограммы.

Здесь Ah= c-n2, это уравнение кривой второго порядка, точнее параболы — [ 121.

В этом случае парабола обращена выпуклой стороной К n, a Ah будет характеризовать глубину желоба в см. Одна­ ко парабола, определяющая Ah в номограмме, не удобна для пользования, так как для получения их значений при­ шлось проводить очень большое количество парабол, кото­ рые загромоздили бы номограмму, к тому же трудно было бы найти промежуточные значения Ah. Поэтому, заменив ось п2 осью Ah, получим параболу п2, которая имеет отно­ сительно большие числовые значения, чем Ah; также учиты­ вая, что ее влияние незначительно при относительно боль­ ших значениях, примем параболу по п2, тогда третья часть номограммы примет вид (рис. 24).

На рис. 21 представлена окончательная номограмма, в которую для компактности и удобства введены некоторые изменения, которые не влияют на ее сущность.

Так, в первой части шкала ординат А помещена справа, значение функции КХА на наклонной оси под углом 60°, величина К по абсциссе.

В левой части совмещены две системы прямоугольны* координат, одна для K xA x'F , другая для КХАХп2, на­ верху нанесены значения угла 4я в градусах, которые прй расчете задавались функцией sin'F по таблице тригономет­ рических функций, она же служит осью ординат системы K xA x'F , осью абсцисс является КХА.

86

Таким образом, координаты по верхней горизонтальной оси 4я и по наклонной оси КХА определяют функцию про­ изведения КАХ1!'', что выражается серией кривых синусов.

Осями прямоугольной системы координат, произведения КХАХ'РХп2 будут ординаты КХ AX^F, абсциссой Ah в см.

Функцией будет ветвь параболы п2. В серии ветвей па­ раболы надписаны для удобстве пользования значения чи­ сел без возведения в квадрат, а в расчетных взяты квад­

раты.

Так, для значения п2=20002, надписывается просто п= = 2000. Это позволяет при расчетах исходные значения ко­ личества замков брать суммарно без их возведения в квад­ рат.

Мы изложили методику и последовательность построе^ ния номограммы.'

87

Г Л А В А IV

МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ЖЕЛОБА В СКВАЖИНЕ И ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИНТЕРПРЕТАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Необходимость в получении достоверной информации об интервалах, глубине и характере образованного желоба на стенках ствола бурящейся скважины появилась с первых Же дней, когда буровики предположили о появлении подоб­ ных явлений. Так, как нами уже отмечалось в обзорной главе, в 1938 году при бурении на поднадвиг скважины 8-33 в Старогрозненском районе, путем снижения уровня про­ мывочной жидкости на 15—20 м от устья и освещения ство­ ла направленным лучом света, удалось обнаружить про­ дольную выработку правильной формы, ширина которой соответствовала наружному диаметру замков бурильных груб, а глубина была в 1,5—2 раза больше поперечного сечения [68].

Именно этот период следует считать началом признания Возможности образования желоба при глубоком бурении. В то время получение и такой незначительной информации Позволило создать определенные правильные суждения о Механизме, геометрии, тяжелых последствиях и мероприя­ тиях по их ликвидации, большинство из которых не утра­ тило своей значимости и на сегодня.

Однако, с одной стороны, получение первых сведений в Наклоно-направленном бурении привело к ошибочному ут­ верждению об отсутствии явлений желобообразования в Вертикальных скважинах с кривизной не более 10°, с дру­ гой, общее развитие техники, геофизического приборострое­ ния и недостаточность специальных исследований не позво­ нили создать надежные методы обнаружения желоба и в Предварительно искривленных горных выработках.

В связи с изложенным, длительное время, вплоть до °Публикования автором в 1965—1966 годы результатов пер­ вых исследований по методам обнаружения желоба [46, 47, 49], каких-либо разработок по рассматриваемому вопросу Не было, и определение вероятных интервалов желобообрааования и его масштабов доверялось, главным образом,

89