Таблица 14
Шифр долота
■
|
Количество роликов с |
Максимальная температура |
||
|
термоинднкаторамн |
нагрева роликов, °С |
||
долота |
Ш арошка |
|
|
|
|
больших |
малых |
больших |
малых |
|
3497 |
I |
1 |
|
1 * |
310 |
310 |
|
п |
1 |
|
1 |
360 |
||
|
|
ш |
1 * |
|
— |
— |
— |
|
|
I |
1 |
|
1 * |
360 |
__ |
О |
3498 |
п |
1 * |
|
1 * |
— |
— |
СП |
|
h i |
1 * |
|
1 |
— |
340 |
ю |
|
|
|||||
IQ |
3499 |
I |
1 |
|
1 |
340 |
310 |
|
п |
1 |
|
— |
330 |
— |
|
|
|
ш |
1 * |
|
1 |
— |
— |
|
3496 |
I |
1 |
|
1 * |
400 |
__ |
|
п |
1 |
|
1 |
380 |
360 |
|
|
|
ш |
1 * |
|
— |
— |
— |
|
5212 |
I |
1 |
|
1 * |
400 |
__ |
|
н |
1 -1 * |
— |
420 |
— |
||
|
|
h i |
1 |
|
1 |
400 |
340 |
|
5213 |
I |
1 |
|
1 |
470 |
380 |
|
п |
1 |
* |
— |
— |
— |
|
|
|
ш |
1 -1 |
— |
420 |
— |
|
|
|
I |
1 |
|
1 |
380 |
330 |
Ш |
5211 |
п |
1 * |
|
— |
— |
— |
|
|
ш |
1 * |
|
1 |
— |
340 |
|
5214 |
I |
1 -1 |
* |
1 * |
470 |
__ |
|
п |
1 |
|
1 |
470 |
380 |
|
|
|
in |
1 |
|
— |
450 |
— |
* Ролики или разрушены, или термоннднкаторы в них размыты раствором.
определить максимальную температуру нагрева элементов трех шарошечного долота.
Вторую серию аналогичных экспериментов проводили с трех
шарошечными |
долотами |
уменьшенного диаметра — Б-214МГ. |
15 'больших и 7 |
малых роликов с термоиндикаторами поместили |
|
в четырех долотах Б-214МГ, |
которые испытывались в скв. 113 на |
|
площади Карадаг-дамба в интервалах глубин 332743336 и 36594- 4-3685 м (см. табл. 13).
При работе трехшарошечного долота периферийные ролики под вергаются большему нагреву, чем ролики внутреннего ряда. Так, максимальная температура нагрева больших роликов долота Б-269С достигла 3 1 0 4 -4 0 0 ° С, а малых роликов — 300-s-360° С. В случае бурения трехшарошечным долотом Б-214МГ максималь ная температура нагрева больших и малых роликов достигла со ответственно 380ч-470 и 3 3 0 4 -3 8 0 ° С.
8 * |
115 |
Естественно, что температура нагрева на поверхностном слое больших и малых роликов, а также на беговых дорожках цапф будет несколько выше, чем температура, отмеченная термоинди каторами.
Температура нагрева на поверхностях контакта элементов тел качения и беговых дорожек цапфы и шарошки увеличивается, ко гда вместо трения качения в опорах имеет место трение скольже ния роликов. Это подтверждается тем, что большие и малые ро лики долота Б-269С № 3496, у которых температура нагрева наи большая и соответственно достигала 360°С и 380ч-400°С, имели плоскостную сработку, что свидетельствует о наличии трения скольжения в его опорах.
Высокая температура нагрева больших роликов, по сравнению с малыми, может быть объяснена тем, что они более нагружены и подвергаются относительно большей контактной нагрузке. Сви детельством этого для долот Б-214МГ может служить то обстоя тельство, что некоторые периферийные ролики были разрушены, в то время, как малые ролики полностью сохранили свою первона чальную геометрическую формулу.
Из сопоставления полученных экспериментальных данных для долот Б-214МГ с данными для долот Б-269С следует, что с умень шением диаметра трехшарошечных долот и увеличением глубины скважин максимальная температура нагрева элементов тел каче ния шарошек долота возрастает. Такое положение может быть объяснено совокупностью влияния следующих обстоятельств: а) уве личением забойной температуры, связанным с ростом глубины бу рения; б) снижением теплоотводящей способности промывочной жидкости в результате роста ее температуры на забое скважины и уменьшения расхода; в) увеличением контактной нагрузки между элементами тел качения и беговыми дорожками цапфы и шарошки, вызванным, с одной стороны, повышением удельной осевой на грузки на долото при бурении долотами уменьшенного диаметра и, с другой стороны, уменьшением геометрических размеров эле ментов тел качения; г) увеличением скорости вращения долота уменьшенного диаметра по сравнению с долотом нормального диа метра. Ввиду этого температура нагретых элементов тел качения в зоне отсутствия контактных нагрузок (в верхней части беговых дорожек цапфы) будет снижаться в сравнительно меньшей сте пени, вследствие чего имеет место более прогрессирующий рост температуры нагрева элементов тел качения.
По разработанной методике во ВНИИПТнефтемаш в стендовых условиях определяли максимальную температуру нагрева в роли ках при различном их количестве. Установили, что с увеличением количества роликов в опорах трехшарошечного долота вследствие уменьшения их диаметров максимальная температура нагрева уменьшается (от 320 до 200° С) в результате снижения удельных контактных нагрузок.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ СТЕНКИ СТВОЛА ПОД ДЕЙСТВИЕМ
| ОТКЛОНЯЮЩЕЙ СИЛЫ
Процессы бурения вертикальных скважин при переходе от мяг ких пород к крутопадающим твердым пропласткам и наклонных скважин при работе на прямой трубе и с отклонителем, помимо разрушения забоя, всегда сопровождаются фрезерованием стенки скважины боковой поверхностью долота. Последнее происходит в результате наличия отклоняющей силы, которая возникает в пер вом случае от реакции крутопадающего твердого пропластка; во втором случае — от нормальной составляющей веса системы до лото—забойный двигатель и в третьем случае — от момента упру гих сил, возникающего в сечении изгиба отклонителя.
Процесс разрушения горных пород боковой поверхностью до лота под действием отклоняющей силы является почти не изучен ным явлением. В период освоения 'больших глубин, широкого при менения наклонного бурения и бурения многозабойных скважин такое положение не может считаться нормальным. Практика на стоятельно выдвигает необходимость проведения исследований для выявления факторов, оказывающих влияние на величину отклоня ющей силы на долоте и искривления ствола скважины, установле ния основных закономерностей процесса фрезерования стенки сква жины боковой поверхностью долота в зависимости от режимных параметров бурения и искривления.
Экспериментальная установка для исследования процесса фрезерования стенки скважины под действием отклоняющей силы
Для исследования процессов фрезерования стенки и искривле ния ствола скважины под действием отклоняющей силы автором совместно с группой инженеров [47] была разработана и собрана специальная экспериментальная установка (рис. 35), оборудован ная на базе вертикально-сверлильного станка марки 2135.
На приводе станка установлен электродвигатель, вращение от которого через клиноременную передачу передается контрприводу
и далее — коробке передач, |
установленной на корпусе станка |
1. |
Вал коробки передач при |
помощи реверсивного механизма |
2 |
(с коническими зубчатыми передачами) приводит во вращение шпиндель станка 3, на конце которого навернуты переводник 4 и долото 5.
117
Вследствие четырехступенчатых шкивов на контрприводе п на коробке передач с перебором шпиндель станка имеет восемь ско ростей вращения. При скорости вращения вала электродвигателя
1340 об/мин н |
диаметре шкива 100 |
мм |
кинематическая схема |
||||||||||
|
|
станка |
обеспечивает |
восемь |
|||||||||
|
|
скоростей |
|
вращения |
долота |
||||||||
|
|
25, |
35, |
50, |
80, |
190, |
280, |
400 |
п |
||||
|
|
600 об/мин. |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Вынос частиц выбуренной |
|||||||||
|
|
породы и циркуляция про |
|||||||||||
|
|
мывочной |
|
жидкости |
|
произ |
|||||||
|
|
водятся |
|
наносом |
|
ЗИФ- |
|||||||
|
|
200/40, |
на |
приводе которого |
|||||||||
|
|
установлен |
|
электродвига |
|||||||||
|
|
тель. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Промывочная |
жидкость |
||||||||
|
|
к долоту подается по манн- |
|||||||||||
|
|
фольдной линии 6 из гибких |
|||||||||||
|
|
шлангов |
через приемник |
7. |
|||||||||
|
|
Из порододержателя 8 про |
|||||||||||
|
|
мывочная жидкость вместе с |
|||||||||||
|
|
частицами выбуренной поро |
|||||||||||
|
|
ды по гибкому шлангу 9 по |
|||||||||||
|
|
падает |
в |
|
шламоуловнтель, |
||||||||
|
|
где |
происходит |
осаждение |
|||||||||
|
|
частиц |
выбуренной |
породы, |
|||||||||
|
|
а |
|
очищенная |
промывочная |
||||||||
|
|
жидкость поступает в при |
|||||||||||
|
|
ем наноса. Таким образом |
|||||||||||
|
|
продолжается круговая цир |
|||||||||||
|
|
куляция промывочной |
жид |
||||||||||
|
|
кости. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
Для создания осевой на |
|||||||||
|
|
грузки |
на |
долото |
сжатый |
||||||||
Рнс. 35. Схема экспериментальной установки для |
воздух |
от |
компрессора или |
||||||||||
исследования фрезерования стенки скважины под |
баллона через регулятор да |
||||||||||||
действием отклоняющей силы: |
|||||||||||||
а — сжатый воздух; |
б — промывочная жидкость; |
вления 10 по линии 11 пода |
|||||||||||
в — в прием насоса |
ется |
в |
вертикальный |
пнев |
|||||||||
|
|
матический |
пресс |
12, |
кото |
||||||||
рый при помощи четырех тяг 13 прикреплен к корпусу станка 1. Давление сжатого воздуха через шток вертикального пресса 14 и упорного подшипника 15, находящегося в масляной ванне, пере дается шпинделю станка 3, который приводится во вращение ре версивным механизмом 2. Величина осевой нагрузки на долото контролируется и определяется образцовым манометром 16. Вер тикальное перемещение шпинделя определяется при помощи ли нейки 17. Рукоятка 18 служит для вертикального перемещения шпинделя станка.
118
Испытуемый образец 19 устанавливается в порододержателе 8 и закрепляется зажимными болтами 20.
Для обеспечения фрезерования пород боковой кромкой долота под действием отклоняющего усилия порододержатель 8 болтами 21 укрепляется к передвижному столу 22. Передвижной стол уста новлен на четырех роликах 23 (с подшипниками) и имеет возмож ность под действием бокового усилия горизонтально перемещаться по двум дорожкам 24 (из углового железа), укрепленным к фунда менту 25. Четыре иоги передвижного стола 26 имеют ленточную резьбу. Поэтому станина передвижного стола при помощи четырех упорных гаек 27 может ‘быть вертикально перемещена.
Для создания отклоняющей силы на долоте и фрезерования по род боковой кромкой долота сжатый воздух из компрессора или баллона через регулятор давления 28 по линии 29 подается к го ризонтальному пневматическому прессу 30, шток 31 которого при креплен к упору передвижного штока 32. Величина отклоняющего усилия на долоте контролируется и определяется при помощи об разцового манометра 33. Величина фрезерования породы боковой кромкой долота определяется линейкой 34 и указателем 35.
Анкерный болт 36 служит для закрепления передвижного стола при разбуривании породы только под действием осевой нагрузки.
Установка позволяет разрушать породу при различных скоро стях вращения или только торцевой поверхностью долота под дей ствием осевой нагрузки, или только боковой кромкой долота под действием отклоняющей силы, или одновременно торцевой поверх ностью и боковой кромкой долота при совместном действии осевой нагрузки и отклоняющей силы.
В комплект контрольно-измерительных приборов, включенных в электрическую систему стендовой установки входили: записыва ющий ваттметр, записывающий амперметр, вольтметр, электриче ский регулятор давления с магнитопускателем.
Время на единицу внедрения долота в осевом и боковом на правлении засекалось двухстрелочным секундомером марки 51-СД. Кроме того, время проведения одного цикла опыта можно было определить по записям ваттметра и амперметра, ленть! которых в зависимости от схемы включения приборов вращались со ско ростью 1 и 3 см/мин. При проведении опытов промывку осущест вляли водой.
Зависимость механической скорости бокового фрезерования от отклоняющей силы
Первую серию экспериментальных исследований с целью уста новления закономерностей изменения механической скорости боко вого фрезерования от величины отклоняющей силы проводили при отсутствии осевой нагрузки на долото (РОс= 0; Рот^О ). Такой про цесс имеет место в случае зарезки второго ствола, а также, когда во время бурения после разрушения забоя долото поддерживается
119