АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Конструкция долота, его испытание и выбор

Моделирование сделало возможным добиться большинства усовершенствований, полученных в области проектирования долот и их оптимизации. Программы расчетной динамики промывочной жидкости (CFD) используются для исследований конструкций и для оптимизации потока промывочной жидкости в различных условиях. Методики CFD дополняют лабораторные испытания или служат в качестве альтернативы экспериментальным данным. Моделирование гидравлики долота с помощью методики CFD позволяет получить результаты быстро и с экономией средств, и оно особенно полезно, когда сложные формы и условия потоков трудно воспроизвести экспериментально.

Анализ с помощью методики CFD помог проектированию фиксированных резцов и, например, отработке гидравлики Switchblade, и его все чаще используют для проектирования гидравлики шарошечных долот (рис. 14). Результаты моделирования следует оценивать количественно и поэтому методика CFD не может заменить экспериментальное испытание потоков, особенно для существенно других форм и конструкций. Однако, моделирование будет важным инструментом для ускорения процесса проектирования.

Ключевыми факторами для моделирования долот с синтетическими поликристаллическими алмазами являются уравнения для сил и взаимодействий между резцами и породой. В течение последних трех лет разрабатывается программа HYDI, которая является усовершенствованным инструментом проектирования для прогнозирования сил, которые возникают в результате взаимодействия между резцами с синтетическими поликристаллическими алмазами и породой. В течение этого времени были оптимизированы алгоритмы с помощью испытаний на одном резце и исследований в лаборатории бурения в условиях высокого давления. В настоящее время программу HYDI используют главным образом для расчета неуравновешенных сил, но с ее помощью возможно определить наличие присущих характеристик стабильности долота. Моделирование работы долота можно выполнять в кинематических (движение) или динамических (сила) режимах. Имеются также другие решения, включая исследование характера движения долота, наклона долота и плотности синтетических поликристаллических алмазов. В настоящее время разрабатывается и проходит испытания модель крутильных нагрузок.

Усовершенствованное программное обеспечение для системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяет инженерам выполнять трехмерное проектирование инструментов и долот и создавать математические модели для программирования станков с ЧПУ, которые точно воспроизводят конструкции в стали или в карбиде вольфрама. Такие возможности способствуют процессу оптимизации и усовершенствования путем сокращения времени разработки, что позволяет доводить долота от процесса конструирования до изготовления в течение недель, а не месяцев.

В прошлом буровые долота оценивали, главным образом, путем испытания отдельных компонентов и ограниченного маломасштабного испытания непосредственно самих долот, после чего следовало промысловое испытание прототипа. Такой подход чреват большими расходами времени и средств. Конструкторские решения часто основывались на неполных или непоследовательных эксплуатационных характеристиках, и окончательный продукт не всегда был оптимизированным. Полномасштабное испытание долот в пробах пород в условиях давления были начаты в TerraTek в Солт-Лейк-Сити, штат Юта, США, в 1977 году. В 1982 году компания Reed построила свою собственную лабораторию бурения в условиях высокого давления (PDL) для заполнения промежутка между испытанием компонентов и эксплуатационным испытанием (рис. 15). Эта установка позволяет операторам принимать высокоэкономичные решения и снижать время разработки рентабельных долот новой конструкции, предоставляя возможности выполнения расширенной оценки подшипников, систем герметизации и смазок.

Отдельные компоненты, такие как втулки, герметизирующие устройства и режущие элементы все еще проходят испытания на специальном оборудовании. Имеется установка испытания на выносливость, которую используют для инструментированных долот полного размера в буровом растворе высокого давления при высокой температуре в течение длительных периодов времени. Затем долота разбирают для определения характеристик износа. Система способна создавать нагрузку на долото и обеспечивать частоту вращения, равные эксплуатационным параметрам. При этом регистрируют параметры температуры, давления и нагрузок. Поскольку с помощью таких испытаний создаются условия для подшипников, подобные эксплуатационным условиям, с помощью результатов испытаний можно вскрыть направления для усовершенствования конструкции. В камере визуализации потока через прозрачное пластмассовое стекло можно видеть характер циркуляции в торцевой зоне долота. Можно выявить области недостаточного или чрезмерного потока и внести поправки в конструкцию до выполнения забойных испытаний прототипа долота.

Традиционно долота выбирают на основе данных и диаграмм, полученных по пробуренным скважинам, но этот подход не учитывает прочность пород. Поскольку акустическая скорость зависит от твердости пород, для определения твердости пород используют диаграммы акустического каротажа. В последнее время были созданы программы, которые используют данные акустических диаграмм для расчета прочности на сжатие в условиях отсутствия давления, т. е. твердости породы при атмосферном давлении. Это является усовершенствованием по отношению к прямому использованию акустических скоростей, но при этом часто не учитывается прочность породы на месте ее залегания. Анализ прочности породы на сжатие является новым количественным методом оценки твердости породы, которую можно использовать для определения необходимых параметров долота.

Программа анализа прочности породы (RSA) была разработана в 1993 году для выбора долот PDC, и недавно ее модернизировали для выбора шарошечных долот. С помощью системы RSA можно определить твердость пород с учетом прочности породы на сжатие в условиях давления, что позволяет получить значение, близкое к значению, характерному для пород на месте залегания. Программа использует диаграммы акустического каротажа и гамма-каротажа, а также данные газового каротажа. Для литологических разностей, для которых предназначена эта программа. Возможно точное определение значении твердости породы. Обычно программа позволяет получить результат в виде каротажной диаграммы, которая отображает кривые первичных данных от скважинных диаграмм, данные рассчитанной компьютером литологии, рассчитанной прочности на сжатие в условиях давления и различных дополнительных механических параметров пород (рис. 16).

Результаты работы с программой RSA используют при проектировании новых конструкций долот и для усовершенствования имеющихся конструкций. Программа наиболее эффективна, когда породы однородны, изотропны и пластичны, что типично для большинства пород, содержащих нефть и газ. Она не дает точных результатов для конгломератов, неуплотненных отложений или очень хрупких и непластичных пород, таких как изверженные и метаморфические, и один анализ прочности на сжатие не может служить показателем наличия абразивных пород или минералов-раз- рушителей, таких как пирит.

Дата добавления: 2015-09-18 | Просмотры: 831 | Нарушение авторских прав