книги из ГПНТБ / Григорян, Н. А. Бурение наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров

свиты. Результаты отработки этих долот и параметры искривления ствола представлены в табл. 23.

Ввиду того что в процессе бурения трехшарошечными долотами с различными завесами шарошек одновременно изменялись угол и азимут искривления скважины, сопоставление интенсивности искривления ствола производится по величине общего приращения искривления скважины на 10 м проходки, определенного по фор­ муле (10).

При спуске бурильного инструмента с чередованием долот диа­ метрами 267,5 и 270,5 мм случаев недохождения их до забоя, остановки или проработки ствола не наблюдали. Это свидетельст­ вует о том, что в процессе бурения указанного интервала уширялся ствол скважины.

Из табл. 23 следует, что во всех случаях при работе трехша­

10 м проходки значительно больше, чем при работе этими же до­ лотами со сравнительно меньшим завесой шарошек (2,25 мм). Причем, увеличение общего приращения искривления ствола в процессе работы трехшарошечными долотами с большим завесой шарошек сопровождается также ростом механической скорости бурения. Таким образом, хотя при работе трехшарошечными доло­ тами с большим завесом шарошек вследствие большей механиче­ ской скорости бурения время фрезерования стенки ствола умень­ шилось, тем не менее общая интенсивность искривления скважины увеличилась. Это является результатом повышения боковой фре­ зерующей способности трехшарошечных долот в результате уве­ личения величины завеса шарошек. Трехшарошечиые долота

190

с меньшим завесой шарошек имели сравнительно больший износ опоры и вооружения шарошек, а также сильно изношенные ко­ зырьки лап, чем долота с большим завесой шарошек.

Ввиду ограниченного количества трехшарошечных долот с раз­ личными завесами шарошек для определения среднего значения общего приращения искривления ствола, их точности и надежно­ сти, а также выявления случайности или неслучайности различия между ними полученные данные должны быть обработаны мето­ дами математической статистики [71].

При этом исходят из известной теории П. Л. Чебышева, что при достаточно большом числе наблюдений среднее значение ока­ зывается вполне определенной величиной, вытекающей из общих условий процесса. Чем больше число наблюдений, тем ближе под­ ходит среднее их значение к своему математическому ожиданию, представляющему собой среднюю величину возможных значений переменной. Однако получение большого числа наблюдений свя­ зано с затратой значительных средств и времени. Поэтому в прак­ тике бурения часто приходится определять средние значения пере­ менных величин по ограниченному числу данных и делать при этом обоснованные заключения.

В таких случаях приближенно считают, что среднее значение признака равно своему математическому ожиданию, а затем оты­ скивают точность такого допущения при заданной надежности (вероятности). Надежность Р должна быть принята такой, чтобы противоположное событие, вероятность которого (1 — Р), можно считать практически не возможным. Для буровой практики доста­ точно, чтобы Р ^ 0 ,8 0 [71].

Обработка данных методами математической статистики за­ ключается в следующем.

Составляют математический (вариационный) ряд и определяют среднее значение признака

где Xi — значение признака; щ — абсолютная частота варианта; п — число признака.

При этом предварительно из вариационного ряда исключают признаки, содержащие систематические ошибки и промахи. Для этого определяют предельную случайную погрешность по формуле

где &б — коэффициент, зависящий от числа измерений n; R — раз­ мах ряда, равен разности между наибольшим и наименьшим зна­ чениями признака.

Если признак выходит за пределы хс± Д пр, считают, что он со­ держит грубую ошибку и его исключают. Снова определяют вели­ чину хс без признаков с грубыми ошибками.

191

Определяют среднюю квадратическую ошибку а и коэффици­ ент вариации V по формулам

где ta — положительное число, зависящее от надежности Р и числа степеней свободы к — п — 1.

Задавшись надежностью Р при данном числе степеней свободы k по табл. XVIII.7 [71], находим ta. ■■■.

Вопрос о случайности или неслучайности различия средних по^ казателей работы опытных и серийных долот устанавливается по критерию Стыодента

где

п1°? + п2<з:2 Щ+ п2

Л1 + п 2 — 2 П\Щ (213)

Ввыражениях (212) и (213) индекс 1 соответствует одному долоту, индекс 2 — другому. По найденному значению f и по числу

степеней свободы k = n\ + n2— 2 из табл. XVIII.7 [71] находят ве­ роятность Р. Если окажется, что Р ^ 0 ,8 0 , то различие средних показателей работы долот существенно и обусловлено различием их конструктивных особенностей. В противном случае они будут случайными, что указывает либо на недостаточность имеющихся данных, либо на идентичность сравниваемых долот.

В результате обработки данных табл. 23 по описанной мето­ дике установлено, что среднее значение общего приращения ис­ кривления ствола на 10 м проходки в случае работы трехшарошеч­ ными долотами' с завесой шарошек 4,25 и 2,75 мм составляет соответственно ПОЗ' и 0° 32'; коэффициент вариации 16,7 и 25,8%, точность 0° 14' и 0° 08' при вероятности 0,80. Следовательно, с ве­ роятностью 0,80 можно заключить, что общее приращение искрив­ ления ствола на 10 м проходки при работе трехшарошечными до­ лотами с завесами шарошек 4,25 и 2,75 мм составляет соответст­ венно 1° 03'±0° 14' и 0° 32'±0° 08'.

Значение критерия Стьюдента t, характеризующего случай­ ность или неслучайность различия между исследуемыми показате­ лями, составляет 3,77, которому при числе степеней свободы к = = 3 + 4 — 2 = 5 соответствует вероятность Я>0,90. Следовательно,

192

ролики периферийного ряда выпадают из опоры п часто про­ исходит заклинивание шарошек. Выпавшие на забой скважины ролики ухудшают условия работы данного и последующих шаро­ шечных долот. В случае же применения алмазных долот воз­ никает необходимость работы шламо- и металлоуловителем. Все эти явления существенно снижают скорости бурения сква­ жин.

Преждевременный износ и слом козырьков лап наиболее ча­ сто встречаются при бурении наклонных скважин по сравнению с бурением вертикальных скважин и при работе трехшарошеч­ ными долотами уменьшенных диаметров по сравнению с долотами нормальных диаметров. Анализом установлено, что в процессе бу­ рения наклонных скважин, особенно в случае работы с отклоните­ лем, количество трехшарошечных долот с изношенными козырь­ ками лап и обнаженными периферийными роликами достигает 70—80%. Такое явление объясняется тем, что долотные заводы выпускают шарошечные долота для бурения вертикальных и на­ клонных скважин одинакового типа без учета специфики их ра­ боты. Поэтому, если при бурении вертикальных скважин шарошки долота под действием осевой составляющей от нагрузки на долото постоянно прижаты к стенке ствола и тем самым уменьшают ин­ тенсивность трения козырьков лап со стенкой скважины, то при бурении наклонных скважин имеет место обратная картина. Здесь под действием отклоняющей силы шарошки долот в зоне фрезеро­ вания стенки ствола (0—90° и 270—360° относительно действия от­ клоняющей силы) прижимаются к центру долота и увеличивают ин­ тенсивность трения козырьков лап со стенкой скважины, а также возможность преждевременного их износа и слома. Очевидно, что с уменьшением диаметра шарошечных долот возможности из­ носа и слома козырьков лап возрастают вследствие уменьшения величины завеса шарошек.

Из изложенного следует, что износ и слом козырьков лап, об­ нажение, разворот и выпадение периферийных роликов является одной из причин преждевременного выхода из строя опор шаро­ шечных долот. Следовательно, предотвращение этой причины также один из путей увеличения износостойкости опор шарошеч­ ных долот.

Этого можно достичь путем: а) увеличения величины завеса шарошек; б) улучшения качества армировки тыльной части пери­ ферийных зубьев шарошек; в) повышения толщины козырьков лап; г) армировки козырьков лап твердым сплавом; д) использования приспособлений, снижающих вибрацию долота и фрезерование стенки скважины и т. д.

Применение долот с армированным корпусом показало, что при этом степень износа значительно уменьшается. Для проверки эф­ фективности армировки корпуса трехшарошечных долот в случае бурения наклонных скважин по предложению автора, А. А. Кулибекова, М. А. Исмаилова, М. С. Гасанбала были изготовлены и

194

новая схема армирования — сплошная в зоне козырьков лап и по участкам в зоне между замковым пальцем и центровым отвер­ стием на спинке лапы (рис. 65). Наплавку корпуса долот произ­ водили на машиностроительном заводе им. С. М. Кирова. С этой

сом значительно выше, чем у серийных долот. Такое большое снижение показателей работы

последних объясняется тем, что из партии долот, отработанных в рассматриваемых интервалах, некоторые работали непроиз­

долот. А все армированные долота работали на чистом забое, поэтому и показатели их работы получились сравнительно стабиль­ ными и высокими.

Для установления точности и надежности средних показателей работы опытных долот с армированным корпусом 65Б-269С и се­ рийных долот Б-269С, а также выявления случайности и неслучай­ ности различия между этими показателями они были обработаны

чему соответствует вероятность Р>0,80. Поэтому можно считать, что средние показатели работы опытных и серийных долот надеж­

ная, а существенная и обусловлена увеличением стойкости долот 65Б-269С вследствие армировки их корпуса твердым сплавом.

Трехшарошечные долота с повышенной боковой фрезерующей способностью

Практика показывает, что потеря калибрующего диаметра трехшарошечных долот при бурении наклонных скважин больше, чем при бурении вертикальных скважин. Это объясняется тем, что в наклонных скважинах долото помимо разрушения забоя и ка­ либровки ствола также фрезерует стенку скважины под действием отклоняющей силы. В результате процесса фрезерования стенки ствола происходит интенсивный износ тыльной части периферий­ ных зубьев, что снижает калибрующий диаметр долота. Отмечен­ ное явление усугубляется еще тем, что условия работы периферий­ ных зубьев по сравнению с зубьями внутренних венцовых рядов характеризуются наибольшей динамичностью. В ряде случаев она приводит к сколу твердого сплава от тела зуба и ин-

196

тенсивной потере диаметра долота. Это явление в значительной степени зависит от качества армировки и количества твердого сплава на тыльной части периферийных зубьев, особенно на их кромке с внешней стороны.

Низкая боковая фрезерующая способность серийных трехшаро­ шечных долот особенно проявляется при бурении в абразивных породах. Наблюдения показывают, что в этих случаях периферий­ ные зубья трехшарошечных долот сильно срабатываются, в то время как зубья внутренних венцовых рядов еще работоспособны.

Недостаточная стойкость калибрующих частей шарошек и срав­ нительно небольшая величина завеса шарошек серийных долот приводят к тому, что в процессе бурения снижается не только стойкость и показатели работы долота, но и его боковая фрезерую­ щая способность. Поэтому приходится увеличивать количество рейсов с отклонителем, что в конечном итоге снижает технико-эко­ номические показатели проходки наклонных скважин.

Снижение показателей бурения и фрезерования стенки сква­ жины серийными долотами вызывает также и то, что в процессе армирования ацетилено-кислородным пламенем и токами высокой частоты происходит искажение формы зубьев.

Р. А. Иоаннесян и Н. Я- Удянский отмечают, что качество на­ плавки независимо от способа производства далеко от совершен­ ства. Во-первых, форма зуба в результате наплавки подвергается значительным изменениям и зуб вместо острого получается округ­ лым. Это безусловно отражается на эффективности работы долота, особенно в начале бурения, когда долото должно обеспечить ма­ ксимальную механическую скорость. Во-вторых, наплавка твердого сплава не гарантирует равномерное распределение карбидов твер­ дого сплава по всей поверхности зуба, и зачастую, что особенно важно, на острой кромке зуба карбид твердого сплава отсутствует. В-третьих, недостаточная связь наплавленного слоя с основным ме­ таллом зуба приводит к тому, что при дроблении породы происхо­ дит скалывание зерен твердого сплава. Только твердый сплав, а не основная масса металла шарошек способен эффективно разрушать твердые породы и противостоять истирающему воздействию пород на зубья шарошек.

Одной из причин потери калибрующего диаметра долота в про­ цессе бурения являются небольшие размеры острой кромки (при­ тупление) периферийных зубьев с внешней стороны. Это обстоя­ тельство ухудшает наплавляемость их твердым сплавом и снижает возможность того, что именно на этой кромке периферийных зубьев будут в достаточном количестве карбиды твердого сплава.

Для проверки некоторых путей повышения боковых фрезерую­ щих способностей трехшарошечных долот по предложению автора, М. С. Гасанбала, Т. И. Туранова и К- И. Керимова на машиност­ роительном заводе им. С. М. Кирова была изготовлена опытная партия трекшарошечных долот Б-269СГ с увеличенным затуплением периферийных зубьев и большим завесой шарошек. Увеличе­

197

Таблица 26

Бурение с отклонителем

Из табл. 25 и 26 следует, что в процессе работы опытными до­ лотами по сравнению с серийными долотами увеличились показа­ тели работы долот и общего приращения искривления ствола.

Ввиду ограниченности количества опытных долот с повышенной боковой фрезерующей способностью, с целью определения средних показателей их работы по углублению ствола и искривлению сква­ жины, их точности и надежности в сравнении с серийными доло­ тами, а также выявления случайности или неслучайности разли­ чия между ними, данные табл. 25 и 26 обработаны по методике, описанной на стр. 191— 192. В результате установлено, что средняя проходка на опытное и серийное долота составляет соответственно 32,1 и 22,8 м, коэффициент вариации — 25,4 и 33,0%, точность — 4,8 и 4,3 м при вероятности Р = 0,80. Значение критерия Стьюдента равно 2,31, чему при числе степеней свободы & = 7 + 1 1 — 2=16 соответствует вероятность Р>0,95.

Среднее значение общего приращения искривления ствола, оп­ ределенного по формуле (10), при работе опытными и серийными долотами составляет соответственно 1°29/ и 1°04/, коэффициент

199