Разработка забойной гидромеханической системы компенсации колебаний давления промывочной жидкости тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат наук Миннивалеев, Тимур Наилевич

• Миннивалеев, Тимур Наилевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Миннивалеев, Тимур Наилевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 Колебательные процессы при бурении скважин и их влияние на показатели бурения турбобурами и винтовыми забойными двигателями

1.1 Источники колебательных процессов в процессе бурения скважин и их

частотный состав

1.1.1 Неравномерная подача промывочной жидкости буровыми насосами

1.2 Влияние колебаний давления промывочной жидкости на работу турбобура

1.3 Влияние колебаний промывочной жидкости на работу винтового забойного двигателя

1.4 Компенсаторы

1.4.1 Зависимость объема компенсатора поршневого бурового насоса от глубины бурения

1.5 Анализ колебаний давления промывочной жидкости при бурении

нефтяной скважины №7063 в Азнакаевском ПБР ООО «Бурение»

Выводы по первой главе

2 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО КОМПЕНСАТОРА ДЛЯ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМЫ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ

2.1 Гидравлический расчет циркуляционной системы буровой установки с установленным в компоновку бурильного инструмента гидромеханическим компенсатором

2.2 Конструктивный обзор существующих компенсаторов, их особенности и недостатки

2.3 Разработка гидрокомпенсатора с боковым (наружным) расположением рабочих органов

2.4 Гидромеханический компенсатор с внутренним расположением рабочих органов (конструкция и принцип работы)

2.4.1 Гидродинамический расчет параметров потока жидкости при его воздействии на гидрокомпенсатор

2.4.2 Явление возможного гидроудара и оценка компенсации давления

2.4.3 Определение числа ступеней гидромеханического компенсатора давления

2.5 Гидродинамика пружинного гидромеханического компенсатора при нестационарном потоке несжимаемой жидкости

2.5.1 Вывод уравнения для давления исходящего потока жидкости

2.5.2 Дифференциальное уравнение движения поршня гидромеханического компенсатора

2.5.3 Определение давления нисходящего потока

2.6 Окончательная схема гидромеханического компенсатора

Выводы по второй главе

3 СТЕНДОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО КОМПЕНСАТОРА

3.1 Конструкции лабораторных гидравлических стендов

3.2 Разработка лабораторного стенда

3.3 Оснащение стенда необходимой измерительной аппаратурой

3.4 Подготовка к лабораторным испытаниям

3.5 Порядок проведения эксперимента

3.6 Результаты лабораторного исследования

Выводы по третьей главе

4 ПРОМЫСЛОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО КОМПЕНСАТОРА ДАВЛЕНИЯ ПРОМЫВОЧНОЙ ЖИДКОСТИ

4.1 Назначение и цели промысловых испытаний

4.2 Требования к опытной конструкции гидромеханического компенсатора

4.3 Техническая характеристика гидромеханического компенсатора давления

4.4 Сборка и подготовка компенсатора к промысловым испытаниям

4.5 Проверка работоспособности компенсатора перед бурением скважины

4.6 Бурение скважины

4.6.1 Результаты бурения на скважине № 224

Выводы по четвертой главе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложение А. Акт о внедрении в учебный процесс

Приложение Б. Акт о результатах промыслового испытания

гидромеханического компенсатора давления

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка забойной гидромеханической системы компенсации колебаний давления промывочной жидкости»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

В процессе бурения скважин циркулирующая промывочная жидкость должна не только эффективно выносить шлам на поверхность, но и выполнять множество важных функций, таких как передача гидравлической энергии забойным механизмам, охлаждение и смазка породоразрушающего инструмента, облегчение процесса разрушения горных пород на забое и др.

Циркуляция бурового раствора осуществляется поршневыми буровыми насосами, являющимися источниками неравномерного движения жидкости в бурильной колонне. Колебания расхода и давления промывочной жидкости приводят к повышению динамичности бурильного инструмента, преждевременному износу и нарушению режима работы долота, нарушению герметичности пласта, неустойчивой работе и отказам забойных двигателей, уменьшению срока службы деталей насоса, нагнетательная линия находится под влиянием высокого давления со значительной величиной его колебания, что приводит к непредвиденным негативным последствиям.

Во время бурения глубоких скважин пуск и остановка буровых насосов, обвал стенок скважины и заклинивание бурильного инструмента сопровождается кратковременными, резкими повышениями давления в циркуляционной системе (гидроударами). Об этом свидетельствуют периодические срабатывания предохранительных устройств и разрывы диафрагм компенсаторов буровых насосов.

Таким образом, устанавливаемые на нагнетательной линии бурового насоса компенсаторы не обеспечивают эффективного гашения колебаний давления промывочной жидкости в бурильной колонне, идущих как от насоса, так и от забоя. Поэтому разработка новых средств защиты от колебаний давления промьюочной жидкости, устанавливаемых в компоновку бурильного инструмента, является актуальной задачей.

Цель работы

Уменьшение неравномерности давления промывочной жидкости путем разработки и установки забойного гидромеханического компенсатора колебаний давления промывочной жидкости в компоновку бурильного инструмента.

Реализация поставленной цели осуществляется путем решения следующих задач:

1. Обоснование необходимости установки забойного гидромеханического компенсатора колебаний давления в систему промывки буровой установки.

2. Разработка конструктивной схемы забойного гидромеханического компенсатора колебаний давления промывочной жидкости.

3. Аналитическое исследование работы гидромеханического компенсатора.

4. Разработка и изготовление лабораторного стенда для исследования работы забойного гидромеханического компенсатора давления.

5. Промысловые испытания забойного гидромеханического компенсатора давления промывочной жидкости в процессе бурения скважины.

Научная новизна

1 Получена аналитическая зависимость предельной величины деформации пружины гидромеханического компенсатора от параметров потока жидкости, геометрических параметров поршня и жесткости пружины, при которой обеспечивается режим безударной работы компенсатора.

2 Аналитически получены зависимости, определяющие динамические параметры ступеней гидромеханического компенсатора давления, и установлено, что амплитуда колебаний давления промывочной жидкости, проходящей через ступени компенсатора, изменяется в зависимости от их числа по геометрической прогрессии, в частности, установлено и экспериментально подтверждено, что в трехступенчатом компенсаторе она снижается на 40-45%.

Практическая и теоретическая значимость работы

1. Основные положения и результаты диссертационного исследования могут быть использованы для совершенствования существующих методик расчета и конструирования компенсаторов колебаний давления жидкости.

2. Разработанный гидромеханический компенсатор давления промывочной жидкости, лабораторный стенд для его исследования и методика расчета гидродинамических параметров промывочной жидкости в бурильной колонне используются в учебном процессе при изучении студентами специальности 130602 «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов» филиала ФГБОУ В ПО «УГНТУ» в г. Октябрьском дисциплины «Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин».

3. Гидромеханический компенсатор применен при бурении нефтяной скважины №224 Южно-Измайловского месторождения Кутлумбековского района Оренбургской области. В результате проведенных промысловых испытаний установлено, что установка гидромеханического компенсатора в КНБК позволяет увеличить механическую скорость бурения на 18% за счет более равномерной отработки долота и увеличения времени его контакта с забоем.

4. На разработанные конструкции забойных гидромеханических компенсаторов колебаний давления промывочной жидкости получено 2 патента РФ на изобретение.

Методы решения задач

Для решения поставленных задач использовались основные законы теоретической механики и гидромеханики, теория гидравлического удара, теория колебаний, аналитические и экспериментальные методы.

Основные защищаемые положения

Гидродинамика пружинного забойного гидромеханического компенсатора давления промывочной жидкости, установленного в компоновку бурильного инструмента.

Конструкция забойного гидромеханического компенсатора колебаний давления промывочной жидкости.

Результаты лабораторных и промысловых исследований работы забойного гидромеханического компенсатора колебаний давления промывочной жидкости.

Апробация работы

Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах, конкурсах, конгрессах: 38, 40-ая научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов (Октябрьский, 2011, 2013); международная научно-техническая конференция «Современные технологии в нефтегазовом деле - 2011» (Уфа, 2011); международная научно-техническая конференция «Современные технологии в нефтегазовом деле -2013» (Уфа, 2013); международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы науки» (Тамбов, 2011); международная научно-практическая конференция «Современные вопросы науки - 21 век» (Тамбов, 2011); международная научно-техническая конференция «Современные технологии в нефтегазовом деле - 2014» (Уфа, 2014).

Публикации

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 15 статьях и тезисах докладов, в том числе в 3 статьях в журналах из перечня ВАК, в 2 патентах на изобретение.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 136

страницах машинописного текста, содержит 47 рисунков, 4 таблицы, библиографический список из 160 наименований, 2 приложения.

1 Колебательные процессы при бурении скважин и их влияние на показатели бурения турбобурами и винтовыми забойными двигателями

Бурение нефтегазовых скважин является сложным процессом, сопровождающимся неизбежным возникновением колебательных процессов бурильного инструмента и промывочной жидкости, которые, в свою очередь, оказывают существенное влияние на технико-экономические показатели бурения в целом.

Динамическими процессами в бурении занимались Г.А. Кулябин, М.Р. Мавлютов, М.С. Габдрахимов, В.У. Ямалиев, Э.М. Мухин, A.B. Лягов, З.Г. Керимов, А.Х. Мирзаджанзаде, Р.Х. Санников, Б.З. Султанов, М.Г. Эскин, В.Е. Копылов, П.В. Балицкий, Н.С. Тимофеев, Е.И. Ишемгужин, В.В. Симонов, Л.Б. Хузина, Г.И. Дранкер, A.B., А.Ш. Янтурин, Ю.К. Шлык, Ю.С. Васильев, Ю.Ю. Никитин и др.

В процессе бурения на бурильный инструмент действуют различные по величине, характеру и природе происхождения возмущающие силы, в результате чего бурильный инструмент подвергается различного рода колебаниям [152].

Среди множества причин возникновения колебательных процессов при бурении скважин можно выделить следующие: неравномерная подача промывочной жидкости буровым насосом, неплавная подача бурильного инструмента, трещиноватость, ухабистость и неоднородность забоя, скачкообразный характер разрушения горных пород, перекатывание шарошек по забою и др.

Забойные двигатели сами по себе могут быть источниками колебаний как бурильного инструмента, так и давления промывочной жидкости в циркуляционной системе буровой установки.

Авторами работ [16, 19, 63, 133] были проведены достаточно подробные исследования параметров колебательных процессов, возникающих при бурении скважин с обычной компоновкой и применением торсиографов, забойных и устьевых вибрографов, регистраторов. Результаты проведенных исследований

свидетельствуют о возникновении в процессе бурения в бурильном инструменте продольных и крутильных колебаний с различными амплитудой и частотой. При этом авторы выделяют группы колебаний с низкой, высокой и промежуточной частотой.

Авторы работ [74, 114, 126, 154, 155] утверждают, что в процессе бурения скважин режим вынужденных колебаний бурильного инструмента приводит к непроизводительным затратам мощности, развиваемой забойным двигателем. Причем эти затраты достигают 30% от общей мощности двигателя. В [159] говорится, что даже если не брать в расчет силы трения на вибрацию УБТ расходуется энергия, сопоставимая с энергией, затрачиваемой на разрушение горной породы на забое. Даже частичное использование этой энергии за счет возврата к забою позволит интенсифицировать процесс бурения.

По результатам измерений частоты вращения вала турбобура посредством турботахометров на различных площадях выявлено, что при одних и тех же условиях вал турбобура вращается неравномерно, и эта неравномерность может достигать значительных величин [6]. По данным этих исследований коэффициент неравномерности вращения вала турбобура, под которым понимают отношение:

о _ птах ~пт1п /л 1\

О-—--, (1.1)

"ср

где птах, пт1П, пср - соответствующий максимальный, минимальный и средний частоты вращения, составляет 0,3..0,8.

Подобные результаты были получены и в работе [47], где автор при помощи электрического турботахометра исследовал работу турбобуров с резинометаллической и шаровой опорой типа А7Н4С. Было установлено возрастание коэффициента неравномерности вращения вала турбобура от 0,14 до 0,84 при увеличении осевой нагрузки на вал турбобура соответственно от 12 тс до 20 тс. При работе же с шаровой опорой при изменении осевой нагрузки от 12 тс до 20 тс коэффициент неравномерности вырос от 0,10 до 0,21.

Вопросами изучения колебаний давления бурового раствора и бурильного инструмента на процесс бурения занимались: А.Х. Мирзаджанзаде, П.В. Балицкий, A.JI. Ильский, М.А. Караев, Х.Н. Низамов, М.С. Габдрахимов, М.Г. Эскин, Ю.А. Лысенко, A.B. Лягов, В.У. Ямалиев, А.Ш. Янтурин и др.

Неравномерность частоты вращения вала турбобура, особенно в области низких частот была замечена исследователями еще в середине прошлого века. Это послужило предпосылкой для разработки и испытаний специальных устройств, устанавливаемых в компоновку бурильной колонны и позволяющих гасить колебательные процессы при бурении скважин [37]. При этом также продолжались исследования по изучению и уточнению параметров этих колебательных процессов для определения наиболее оптимальных параметров разрабатываемых демпферов и стабилизаторов [37]. Факты существенного улучшения показателей бурения в результате применения стабилизирующих устройств в виде маховиков, устанавливаемых между валом турбобура и долотом, приведены в работах [6, 76]. В данных работах утверждается, что благодаря использованию стабилизирующих устройств было достигнуто значительное снижение неравномерности вращения вала турбобура и более эффективное использование мощности турбобура. По данным работы [6] при бурении скважины №1553 Альметьевского УБР объединения «Татнефть» вследствие уменьшения коэффициента неравномерности частоты вращения вала турбобура с 0,58 до 0,20 произошло увеличение механической скорости бурения с 15 м/час до 17,2 м/час. При этом было получено увеличение проходки на долото почти в 2 раза.

Улучшение показателей бурения при применении маховиков объясняется не только благодаря стабилизации частоты вращения вала турбобура, но и вследствие интенсификации и упорядочиванию процесса разрушения забоя долотом [37]. Последнее объясняется тем, что колебания бурильного инструмента ведут к отрывам и отскокам долота от забоя, тем самым уменьшая время контакта между ними [37]. При установке же маховика между долотом и турбобуром увеличивается динамическая жесткость вала турбобура и время контакта долота с

забоем [37]. Помимо вышеуказанных положительных эффектов маховики позволяют снижать интенсивность колебаний, идущих от долота вверх по бурильной колонне, повышая тем самым долговечность забойных двигателей, бурильных труб и других элементов бурильного инструмента. То есть маховики, устанавливаемые между турбобуром и долотом, являются одним из способов гашения колебательных процессов в бурении.

Другим методом, в известном смысле противоположном использованию маховиков, является применение различного рода амортизаторов, гасителей, демпферов, устанавливаемых над забойным двигателем либо между забойным двигателем и долотом [37]. Причем если положительный эффект в случае использования маховиков происходит за счет стабилизации частоты вращения вала и более интенсивного разрушения горной породы, то при использовании амортизаторов положительным эффектом является защита забойных двигателей, долота и всей компоновки от чрезмерных нагрузок и вибраций. На сегодняшний день разработано большое число амортизаторов с различными амортизирующими элементами и проведено множество испытаний для определения эффективности их работы. Так в работе [144] указывается, что установка амортизатора в компоновку бурильного инструмента привела практически к трехкратному снижению амплитуды продольных колебаний с 1,3..4,4 мм до 0,7.. 1,5 мм. Еще более эффективный результат применения амортизатора продольных колебаний бурильного инструмента описывается в работе [151], где амплитуда колебаний снизилась с 0,20..0,29 до 0,065..0,090 мм.

В работе [47] описываются результаты измерения турботахометром частоты вращения вала турбобура А7Н4С с применением амортизатора и без него при различных значениях осевой нагрузки на долото, расхода промывочной жидкости и последующего определения степени неравномерности частоты вращения. Исследования показали, что коэффициент неравномерности частоты вращения долота при применении амортизатора уменьшается более чем в 2 раза с 0,21 до 0,10 при осевой нагрузке 20 тс, а при нагрузке 12 тс эти величины составили 0,10 и 0,013 соответственно. При этом с ростом расхода промывочной жидкости

происходит снижение неравномерности вращения вала турбобура. В результате соответствующих расчетов автор отмечает, что до 25% подводимой к забойному двигателю мощности расходуется на колебательные процессы.

Колебательные процессы бурильного инструмента, являясь следствием большого числа различных факторов, сами способны оказывать существенное влияние на процесс бурения и его показатели [37].

На рисунке 1.1 [36] представлены графики изменения механической скорости бурения во времени как с применением демпфера (график I), снижающего колебательные процессы бурильного инструмента, так и без установки демпфирующих элементов в компоновку бурильного инструмента (график II).

Рисунок 1.1- Изменение механической скорости во времени при бурении с амортизатором (I) и без него (И) [36]

Из рисунка видно, что вначале механическая скорость бурения компоновкой без установленного в него демпфера выше, нежели с демпфером. Но после непродолжительного промежутка времени их механическая скорость сравнивается, а затем механическая скорость бурения компоновкой с демпфером становится выше, чем при аналогичном бурении без демпфера.

Следует отметить, что увеличение механической скорости за долбление в целом при бурении с применением демпфера является результатом меньшего темпа снижения механической скорости по мере отработки долота. Аналогичные результаты были получены и при испытании демпферов крутильных колебаний [139].

Бурение с использованием турбобура, оснащенного шпинделем с демпфирующим элементом, также привело к положительному эффекту: механическая скорость увеличилась на 50%, проходка на долото на 19% [36].

Значительное повышение проходки на долото было достигнуто и при применении одноступенчатого демпфера с встроенным струйным аппаратом. Работы [34, 36, 88, 137] свидетельствуют о том, что применение в условиях Башкортостана и Татарстана усовершенствованного варианта этого демпфера привело к повышению проходки на долото при электробурении на 36%, при бурении турбобуром - на 67% и механической скорости на 22%.

При изучении колебательных процессов бурильного инструмента нужно отметить, что процессы, происходящие в системе «долото-забой» определяют эффективность разрушения породы и бурения в целом. Долото является источником интенсивных колебательных процессов широкого частотного диапазона. В результате взаимодействия долота с забоем происходит как появление сейсмических волн в массиве горных пород, так и вынужденных механических колебаний бурильной колонны [152].

Автор работы [152] отмечает, что колонна бурильных труб и шпиндельный турбобур обладают волновыми свойствами. То есть бурильный инструмент становится не только средством создания осевой статической нагрузки на долото, но и приобретает дополнительные активные функции, в первую очередь за счет динамической составляющей силы долота. Причем если осевая статическая нагрузка на долото направлена вертикально вниз, то динамическая составляющая не имеет строго определенного направления и знакопеременна. Поэтому совокупность множества режимных параметров бурения в сочетании с волновыми характеристиками различных компоновок предполагает значительное изменение

силы воздействия долота на забой и амплитуды ее колебаний, меняющейся в широком диапазоне.

В качестве величины, позволяющей произвести оценку относительного вклада динамической и статической компонентов в общую силу воздействия долота на забой, может быть использован коэффициент динамичности [152]. Результаты экспериментальных исследований выявили такую зависимость - чем тверже порода, тем большее значение будет иметь и коэффициент динамичности [152]. В работе [73] говорится, что статическая сила может быть меньше динамической более чем в 2 раза, а данные работы [86] говорят о том, что отношение динамической силы к статической может достигать значения, равного 4.

С ростом коэффициента динамичности соответственно растут и продольные колебания долота, связанной с ним бурильной колонны. Результатом этого могут стать кратковременные отрывы долота от забоя, причем работы [20, 28] свидетельствуют о том, что долото может в совокупности находиться в состоянии «зависания» над забоем до 60% от всего времени бурения. По существу снижение времени контакта долота с забоем приводит к уменьшению времени разрушения горной породы и, как следствие, к снижению механической скорости бурения. В свою очередь, вибрация и ударные нагрузки ведут к усталостным разрушениям, преждевременному износу долота, бурильного инструмента. Непостоянство силы воздействия долота на забой таюке негативно сказывается и на работе забойных двигателей, приводя к колебаниям частоты их вращения. Этот факт может привести к возможной остановке забойного двигателя, особенно при прохождении упругопластичных пород [152].

Влияние забойных амортизаторов продольных колебаний на изменение механической скорости по мере отработки долота, на показатели бурения, характер изнашивания опор и вооружение долот описывается в работах [89, 90, 91,92, 93].

Автор работы [64] отмечает, что продольные колебания бурильной колонны повышают эффективность процесса бурения, однако обратной стороной является более быстрый износ долот, забойных двигателей и всей бурильной колонны.

Результаты исследований, описанные в [62, 107] показывают, что колебательные процессы бурильного инструмента ухудшают показатели бурения, стойкость долота, уменьшают срок службы забойных двигателей, элементов бурильной колонны, снижают проходку на долото.

1.1 Источники колебаний бурильного инструмента и их частотный состав

Процесс бурения сопровождается появлением различного рода колебательных процессов. Несмотря на многообразие причин природы их происхождения в качестве критерия классификации колебательных процессов можно принять их частотный диапазон. Учитывая результаты множества проведенных исследований [52, 66 и др.] и работу [152] в соответствии с этой классификацией можно условно выделить следующие частотные группы: инфранизкий, низкий, средний и высокий.

К группе инфранизких частот условно отнесем колебательные процессы с частотой менее 1 Гц. Источниками колебаний бурильного инструмента и промывочной жидкости данного диапазона может быть ручная подача бурильного инструмента, биения давления при одновременной работе насосов на один манифольд.

Сюда же можно отнести и колебания, возникающие вследствие действия ветровой нагрузки на буровую установку и упругости грунта [152]. Колебания столь низких частот преимущественно имеют устьевой характер происхождения и не оказывают существенного влияния на динамику бурения.

В группу низких частот включим колебания с частотами 1-70 Гц [66, 145,

Среди причин, вызывающих колебания, относящиеся к данной частотной группе, необходимо отметить работу поршневого бурового насоса, являющегося генератором интенсивных волновых процессов с частотой приблизительно 1 Гц [30, 58, 112]. При этом амплитуда колебаний, идущих от насоса, является значительной величиной.

В условиях, когда среднее давление промывочной жидкости в гидросистеме составляет 10 МПа и более, ее пульсация приводит не только к появлению колебаний давления промывочной жидкости в циркуляционной системе, но и к дополнительной раскачке бурильной колонны с той же частотой [152].

Наличие у поршневых буровых насосов клапанного механизма обусловливает появление колебаний давления промывочной жидкости с частотами 4-5 и 50-65 Гц [152] . Причем амплитуда этих колебаний значительно меньше одногерцовой составляющей работы насоса.

В данную группу также отнесем колебания, появление которых обусловлено упругостью талевой системы буровой установки [152].

Забойные двигатели также являются источниками колебательных процессов промывочной жидкости. Так винтовой забойный двигатель, являющийся двигателем объемного типа, на каждый «чих» долота реагирует импульсами давления. В работах [108, 152] отмечается, что высокоскоростной режим течения промывочной жидкости в окнах статорных и роторных турбинок, моделирующийся с частотой вращения вала, создает условия для возникновения такого явления, как гидравлическая сирена.

Одним из источников колебаний давления промывочной жидкости может быть и буровой шланг, посредством которого осуществляется подача жидкости от насоса к вертлюгу, а далее в колонну бурильных труб. В отличие от стальных бурильных труб буровой шланг, изготавливаемый из прорезиненной ткани, является гибким и обладает явно выраженными упругими свойствами. Это обстоятельство в совокупности с различными режимами бурения позволяет сделать вывод о том, что он может стать резонатором в случае совпадения частоты вынуждающей силы с его собственной частотой.

Далее рассмотрим колебания, источниками которых являются процессы, происходящие на забое.

Во-первых, это колебания, возникающие при вращении долота и его взаимодействия с забоем. Они передаются колонне бурильных труб и промывочной жидкости и могут быть зафиксированы специальной аппаратурой на устье скважины. Амплитудно-частотная характеристика этих колебаний позволяет судить не только об эффективности выбранного режима бурения, но и определить частоту вращения долота, его динамической силы, степени износа его опор, состояние забойных двигателей, моменты «отрыва» долота от забоя [29, 32, 55, 66, 144]. Таким образом, они обладают высокой информативностью, а их правильная интерпретация позволит повысить эффективность бурения.

В настоящее время одним из самых распространенных типов долот, применяемых для бурения скважин, являются шарошечные долота, использование которых охватывает большое многообразие пород различной твердости. В процессе бурения в результате вращения долота происходит перекатывание шарошек по забою, сопровождающееся внедрением зубцов в пробуриваемую породу и ее разрушением. В результате неизбежной обратной реакции забоя на породоразрушающий инструмент бурильная колонна начинает совершать вынужденные механические колебания [152].

Автор работы [158] отмечает, что взаимодействие долота с забоем скважины приводит к появлению осевых вибраций с определенной частотой и амплитудой, которые воспринимаются валом турбобура, а через осевую опору и промывочную жидкость передаются корпусу и всей бурильной колонне. В результате возвратно-поступательного движения вала в корпусе турбобура, в столбе промывочной жидкости возбуждаются продольные волны давления, скорость распространения которых зависит от плотности промывочной жидкости и модуля объемной упругости [158].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Миннивалеев, Тимур Наилевич, 2015 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. A.c. 1263958 СССР, МКИ F16L 55/04. Устройство для гашения пульсаций давления / Е.А. Жамов (СССР). - № 3834851/25-06; заявл. 02.01.1985; опубл. 15.10.1986, бюл. №38.

2. A.C. 1281805 СССР, МКИ F16L 55/02. Устройство для гашения гидравлических ударов / В.М. Оверко, Л.Л. Поляков, A.C. Королев, В.В. Кирик, Ю.А. Артамонов (СССР). - № 3914364/25-06; заявл. 21.06.1985; опубл. 07.01.1987, бюл. №1.

3. A.c. 1645735 СССР, МКИ F16L 55/04. Устройство для гашения пульсаций давления / В.П. Шорин, А.Е. Жуковский, А.Г. Гимадиев, Е.В. Шахматов, Л.М. Лапчук (СССР). - № 4686786/29; заявл. 03.05.1989; опубл. 30.04.1991, бюл. №16

4. A.c. 1717898 СССР, МКИ F16L 55/04. Устройство для гашения колебаний давления в магистральном трубопроводе / Н.Х. Низамов, А.И. Чучеров, А.Г. Чукаев, A.A. Афонин, Н.И. Гречихин, Г.Е. Фомин, В.Н. Зименко. - № 4767024/29; заявл. 07.12.89; опубл. 07.03.92, бюл. №9.

5. Абубакиров В. Ф. Буровое оборудование: справочник: в 2-х т. Т. 2. Буровой инструмент / В.Ф. Абубакиров, Ю.Г. Буримов, А.Н. Гноевых и др.- М.: Недра, 2003. —494 с.

6. Адамов А.Н. Влияние степени неравномерности вращения вала турбобура на показатели работы долота / А.Н. Адамов // Нефтяное хозяйство.-1957.-№5.-с. 11-15.

7. Адоевский A.B. Защита нефтепроводов от гидроударных явлений системами сглаживания волн давления / A.B. Адоевский, Н.С. Арбузов, Е.Л. Левченко, М.В. Лурье // Нефтяное хозяйство. - 2011. - № 9. - с. 119-121.

8. Алышев В.М. Методика определения скорости распространения волны гидравлического удара в многофазных потоках / В.М. Алышев // Гидравлика, использование водной энергии: Труды МГМИ. - 1979. - т.61. - с. 5257.

9. Алышев В.М. Неустановившееся напорное движение реальной жидкости в трубопроводных системах : Автореф. дис. ... докт. техн. наук. — М.: МГМИ, 1987. - 44 с.

10. Андреев И.И. Стабилизация колебаний давления в трубопроводных системах насосных установок систем ППД / И.И. Андреев, Р.Б. Фаттахов, В.Ф. Степанов // Нефтепромысловое дело. - 2007. - № 1.-е. 41-44.

11. Андреева JI.E. Упругие элементы приборов. 2-е изд., перераб. и доп. / П.Е. Андреева. - М.: Машиностроение, 1981. - 392 с.

12. Аронович Г.В. Гидравлический удар и уравнительные резервуары / Г.В. Аронович, H.A. Картвелишвили, Я.К. Любимцев; под ред. H.A. Картвелишвили. - М.: Наука, 1968. - 247 с.

13. Баграмов P.A. Буровые машины и комплексы / P.A. Баграмов. - М.: Недра, 1988.-501 с.

14. Бакиев Ф.Н. Гидравлические характеристики переходных процессов в напорных трубопроводах с воздушно-гидравлическими колпаками и уравнительными резервуарами: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. — М.: МГМИ, 1993.-23 с.

15. Балденко Д.Ф. Винтовые забойные двигатели / Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко, А.Н. Гноевых. - М.: Недра, 1999. - 375 с.

16. Балицкий В.П. Исследование продольных колебаний бурильной колонны и осевых динамических сил при турбинном бурении вертикальных скважин и анализ возможности использования продольных колебаний — как источник информации о частоте вращения вала турбобура: дис. ... канд. техн. наук. - М., 1978- 156 с.

17. Балицкий В.П. Разброс значений частоты вращения вала турбобура. / В.П. Балицкий. РНТС ВНИИОЭНГа. Сер. Машины и нефтяное оборудование, 1976. - №9.-с. 23-26.

18. Балицкий П.В. Взаимодействие бурильной колонны с забоем скважины / П.В. Балицкий. - М.: Недра, 1975. - 294 с.

19. Балицкий П.В. К вопросу информативности низкочастотных продольных колебаний бурильной колонны / П.В. Балицкий // Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности. — 1977. - №8. — с. 3-6.

20. Балицкий П.В. Осевые динамические силы, действующие на турбобур при бурении вертикальных скважин / П.В. Балицкий // Машины и нефтяное оборудование. - 1976. - № 10. - с. 35-39.

21. Балицкин В.П. К вопросу о контроле забойных параметров при турбинном бурении / В.П. Балицкий // Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности. — 1976. - №8. - с.7-11.

22. Басниев К.С. Подземная гидромеханика / К.С. Басниев, И.Н. Кочина, В.М. Максимов. - М.: Недра, 1993. - 416 с.

23. Бержерон JI. От гидравлического удара в трубах до разряда в электрической цепи. (Общий графический метод исследования) / JT. Бержерон; перевод с фр. С.Г.Батюшковой; под редакцией д.т.н. В.А.Архангельского. - М.: Машгиз, 1962. - 348 с.

24. Блохин В.И. К вопросу о расчете гидравлического удара, сопровождающимся разрывом сплошности потока / В.И. Блохин // Труды НИМИ. - 1975. - Т. 16. - № 5. - с. 181-207.

25. Блохин В.И. Экспериментальные исследования гидравлического удара, сопровождающиеся разрывом сплошности потока / В.И. Блохин // Водоснабжение и санитарная техника. - 1970. - №11. - с. 11-20.

26. Богомолов А.И. Гидравлика: учебник для вузов. 2-е изд, перераб. и доп. / А.И. Богомолов, К.А. Михайлов. - М.: Стройиздат, 1972. - 648 с.

27. Валитов М.З. Расчет и проектирование буровых и нефтепромысловых насосов / М.З. Валитов. - Волгоград, 2003. - 252 с.

28. Васильев Ю.С. Регулирование динамической нагрузки на долото / Ю.С. Васильев, Ю.Ю. Никитин // Бурение. - 1974. - №9. - С. 12-14.

29. Векерик В.И. Исследование закономерностей динамической нагрузки на опорные элементы шпинделя турбобура при бурении вертикальных скважин /

В.И. Векерик, Р.И. Чигур. - Иваново-Франк, ин-т нефти и газа. - Иваново-Франковск, 1986. - 11с. - Деп. в УкрНИИНТИ 06.11.86, №2519.

30. Верзилин О.И. Современные буровые насосы / И.О. Верзилин. - М.: Машиностроение, 1971. -256 с.

31. Вишневский К.П. Моделирование переходных процессов в сложных напорных системах с насосными станциями: Автореф. дис. ... докт. техн. наук. -JL: ЛПИ, 1988.-38 с.

32. Ворожбитов М.И. Анализ взаимодействия долота с забоем скважины по данным записи вибрации / М.И. Воробжитов // Нефтяное хозяйство. - 1972. -№4. -С29-33.

33. Габдрахимов М.С. Анализ бурения нефтяных скважин в Азнакаевском ПБР ООО «Бурение» / М.С. Габдрахимов, Т.Н. Миннивалеев, P.M. Галимов // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. — 2013. - №5. — С. 8-11.

34. Габдрахимов М.С. Влияние демпфера крутильных колебаний на показатели бурения / М.С. Габдрахимов // Современные проблемы буровой и нефтепромысловой механики. - Уфа: УНИ, 1986. - с. 90-96.

35. Габдрахимов М.С. Гидродинамика одноступенчатого пружинного гидромеханического компенсатора / М.С. Габдрахимов, Ф.И. Ермоленко, Т.Н. Миннивалеев // Современные технологии в нефтегазовом деле - 2014: сб. тр. международной научно-технической конференции: в 2 Т. - Уфа: Аркаим, 2014. -Т.1.-С. 312-318.

36. Габдрахимов М.С. Динамические гасители колебаний бурильного инструмента / М.С. Габдрахимов, Б.З. Султанов. - М.: ВНИИОЭНГ, 1991. - 60 с.

37. Габдрахимов М.С. Исследование влияния крутильных колебаний на работу бурильного инструмента при турбинном бурении.: дисс. ... канд. техн. наук - УНИ. Уфа: 1979.-151 с.

38. Габдрахимов М.С. Исследование и оценка влияния неравномерности давления промывочной жидкости на работу бурового инструмента / М.С.

Габдрахимов, Т.Н. Миннивалеев, P.M. Галимов // Экспозиция Нефть Газ. - 2013. -№2 (27). - С. 65-67.

39. Габдрахимов М.С. Расчет ступени компенсатора бурильного инструмента / М.С. Габдрахимов, Ф.И. Ермоленко, Т.Н. Миннивалеев // Современные технологии в нефтегазовом деле - 2013: сб. науч. тр.: в 3 Т.- Уфа: УГНТУ, 2013. - Т.2. - С. 103-106.

40. Ганиев Р.Ф. Волновая стабилизация и предупреждение аварий в трубопроводах / Р.Ф. Ганиев, Х.Н. Низамов, Е.И. Дербуков. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996. - 260 с.

41. Гладких П.А. Вибрации в трубопроводах и методы их устранения / П.А. Гладких, С.А. Хачатурян. - М.: Машгиз, 1959. - 243 с.

42. Гладких П.А. Устранение пульсаций давления в газопроводах / П.А. Гладких. - М.: Гостоптехиздат, 1962. - 110 с.

43. Гладкова Е.В. Влияние различных факторов на скорость распространения волны гидравлического удара в газожидкостном напорном потоке: Автореф. дис. канд. техн. наук. М.: МГМИ, 1996. - 22 с.

44. Дарков A.B. Сопротивление материалов / A.B. Дарков, Г.С. Шпиро. -М.: Высшая школа, 1975. - 654 с.

45. Демихов В.И. Средства измерения параметров бурения скважин: справочное пособие / В.И. Демихов. - М.: Недра, 1990. - 270 с.

46. Дикаревский B.C. Гидравлический удар и противоударная защита напорных водоводов: Автореф. дис. ... докт. техн. наук. Л.: ЛИИЖТ, 1972. — 31 с.

47. Дранкер Г.И. Экспериментальные исследования динамики системы шарошечное долото-турбобур при бурении в твердых породах: дис. ... канд. техн. наук. - М., 1974.

48. Жидовцев H.A. О расчете осевой нагрузки на долото при бурении скважин / H.A. Жидовцев, Н.В. Щукин. - Тр. Укр. НИИПНД, 1968, вып. 4. - с. 1119.

49. Жуковский Н.Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах / Н.Е. Жуковский. - М. - Л.:ГИТТЛ, 1949. - 104 с.

50. Забойные винтовые двигатели для бурения скважин / М.Т. Гусман, Д.Ф. Балденко, A.M. Кочнев и др. - М.: Недра, 1981.- 232 с.

51. Зубкова Н.Г. Расчет скорости распространения волны гидравлического удара в многофазном потоке / Н.Г. Зубкова // Гидравлика, использование водной энергии: Труды МГМИ. - 1979. - Т.61. - с.58-63.

52. Из опыта исследования вибраций бурильного инструмента в бурящихся скважинах Татарии / Чупров В.П., Сираев А.Х., Бикчурин Т.Н. и др. //Автоматизация и телемеханизация нефтяной промышленности. - 1978. - №2. - С. 24-25.

53. Ильин В.Г. Расчет совместной работы насосов, водопроводных сетей и резервуаров / В.Г. Ильин. - Киев: Стройиздат, 1963. - 134 с.

54. Ильский А.Л. Буровые машины, механизмы и сооружения /А.Л. Ильский, В.М.Касьянов, В.Г. Порошин. - М.: Недра, 1967. - 472с.

55. Ишемгужин Е.И. Использование спектра колебаний давления промывочной жидкости для оценки технического состояния долота при турбинном бурении / Е.И. Ишемгужин, В.У. Ямалиев, Б.З. Султанов // Изв. вузов. Нефть и газ. - 1989.-№5.-С.31-34.

56. Калицун В.И. Водоотводящие системы и сооружения: учеб. для вузов / В.И. Калицун. - М.: Стройиздат, 1987. - 336 с.

57. Капинос О.Г. Методика расчета гидравлического удара в магистральных трубопроводах с учетом профиля прокладки: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПб: ПГУПС, 2001. - 23 с.

58. Караев М.А. Гидравлика буровых насосов. 2-е изд., перераб. и доп. / М.А. Караев. - М.: Недра, 1983. - 208 с.

59. Картвелшвили H.A. Динамика напорных трубопроводов / H.A. Картвелшвили. - М.: Энергия, 1979. - 224 с.

60. Кеннеди Р. Компенсация гидравлических ударов в трубопроводах с помощью предохранительных клапанов со скользящим затвором / Р. Кеннеди //

Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. - 1992. - № 6. - с.47-50.

61. Керимов З.Г. Динамические расчеты бурильной колонны / З.Г. Керимов. -М.: Недра, 1970. - 155с.

62. Керимов З.Г. Исследование продольных колебаний колонны бурильных труб при бурении / З.Г. Керимов, М.А. Садыков // Изв. Вузов. Сер Нефть и газ. - 1971. - №9. - с.33-36.

63. Кирия Т.А. Совершенствование проходки глубоких скважин / Т.А. Кирия. -М: Недра, 1971. - 168 с.

64. Кичигин A.B. Ударно-вращательное бурение скважин / A.B. Кичигин, В.И. Назаров, Э.И. Тагиев. - М.: Недра, 1965. - 166 с.

65. Коваль П.В. Гидравлика и гидропривод горных машин / П.В. Коваль. - М.: Машиностроение, 1979. - 319 с.

66. Копылов В.Е. Акустическая система связи с забоем скважины при бурении / В.Е. Копылов, И.Л. Гуреев. - М.: Недра, 1979. - 184с.

67. Копылов В.Е. Вибрации при алмазном бурении / В.Е. Копылов, Ю.А. Чистяков, Э.П. Мухин. -М.: Недра, 1967. - 128 с.

68. Копылов В.Е. Опыт измерения продольных вибраций долота и бурильных труб при бурении скважин в Тюменской области / В.Е. Копылов, В.Г. Бойко // Текущая информация ВНИИОЭНГ. - сер бурение. - 1967. - №24.

69. Копылов В.Е. Оценка скорости вращения вала турбобура автономными вибрографами и торсиографами / В.Е. Копылов, Г.А. Кулябин //Изв. Вузов сер. Нефть газ. - 1971. - №12. - с.22-24.

70. Копылов В.Е. Получение информации о внедрении зуба долота на забое скважины по измерениям толщины плоских частиц шлама / В.Е. Копылов, И.Л. Гуреев // Новые пути получения технологической информации с забоя скважины при бурении: Сб. науч. тр. - Тюмень, 1974. - Вьш.39. - С.50-55.

71. Копылов В.Е. Проблемы гашения вибраций бурильных труб / В.Е. Копылов // Технология бурения нефтяных и газовых скважин: сб. науч. тр. -Тюмень, 1972. - вып. 13. - с. 9-15.

72. Куликов В.Г. Решение проблемы аварийности в нефтегазовой

отрасли: снижение экономических затрат и экологических рисков / В.Г. Куликов, В.Н. Применко, М.В. Затамаев // Территория Нефтегаз. - 2006. - № 12.-е. 62-67.

73. Кулябин Г.А. К определению динамической нагрузки на долото в упруго-пластичных породах / Г.А. Кулябин // Технология бурения нефтяных и газовых скважин: Сб. науч. тр. Тюмень, 1972. - Вып. 13.-е. 33-37.

74. Лебедев Н.Ф. Динамика гидравлических забойных двигателей / Н.Ф. Лебедев. - М.: Недра, 1981. - 251 с.

75. Левченко Е.Л. Инженерные методы прогнозирования и профилактики гидроудара / Е.Л. Левченко, Н.С. Арбузов, В.А. Ходяков, А.Г. Цараков // Трубопроводный транспорт нефти. - 1995. - № 11.-е. 24-29.

76. Ледяшов O.A. О влиянии величины момента инерции вращающихся масс на степень неравномерности хода вала турбобура / O.A. Ледяшов. - изв. Вузов сер. Нефть и газ. - 1960. - №9. - с.21-28.

77. Леонов Е.Г. Гидромеханика в бурении / Е.Г. Леонов, В.И. Исаков. -М.: Недра, 1987.-304 с.

78. Лисецкий В.А. Буровые машины и механизмы / В.А. Лисецкий, А.Л. Ильский. - М.: Недра, 1980. - 391 с.

79. Ловчев C.B. Буровые насосы с регулируемой подачей / C.B. Ловчев, В.И. Рощупкин, С.Л. Залкин и др. - М.: Недра, 1977. - 270 с.

80. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: учебник для вузов. 6-е изд., перераб. и доп. / Л.Г. Лойцянский - М.: Наука, 1987. - 840 с.

81. Лукьянов Э.Е. Исследование скважин в процессе бурения / Э.Е. Лукьянов. - М.: Недра, 1979. - 248 с.

82. Лурье М.В. Защита магистральных нефтепродуктопроводов от волн повышения давления встречными волнами разрежения / М.В. Лурье, Е.В. Фериченкова // Транспорт и хранение нефтепродуктов. -2007. - № 6. - с. 4-7.

83. Лурье М.В. Об опасном источнике волн гидравлического удара в рельефных нефте- и нефтепродуктопроводах / М.В. Лурье, Л.В. Полянская // Нефтяное хозяйство. - 2000. - № 8. - с. 66-68.

84. Лурье М.В. Распространение гидравлического удара в системе соосных труб / М.В. Лурье, Л.В. Полянская // Нефть и газ. - 1975. - № 1. - с. 1722.

85. Лурье М.В. Структура разрывного фронта волны гидравлического удара в трубопроводе / М.В. Лурье // Известия вузов. Нефть и газ. - 2007. - № 5. -с.61-66.

86. Любарский А.П. Исследования динамических усилий, возникающих при вращении шарошечного долота / А.П. Любарский, В.Д. Ефимов // Машины и нефтяное оборудование. - 1977. - №10. - С.29-31.

87. Людвиницкая А.Р. Совершенствование дозировочной системы подачи химических реагентов в скважину с использованием металлополимерных трубопроводов: дисс. канд. техн. наук. - Уфа: УГНТУ, 2000.

88. Лягов А.В. Разработка гидродинамических виброгасителей с центраторами для совершенствования технологии турбинного бурения наклонных скважин: дис.... канд. техн. наук. - Уфа: УНИ, 1985.

89. Мавлютов М.Р. Влияние забойных амортизаторов на износ опоры и вооружения трехшарошечных долот // М.Р. Мавлютов, В.П. Макшанцев, Ю.Ф. Потапов, Р.Х. Санников // Научные труды ТатНИПИнефть. Бурение скважин в осложненных условиях. - 1975. - вып.31. - с. 204-212.

90. Мавлютов М.Р. Эффективность применения наддолотных виброгасителей при бурении шарошечными долотами / М.Р. Мавлютов, Р.Х. Санников, Н.М. Филимонов и др // Материалы Республиканской научно-технической конференции по проблемам нефтяной, газовой промышленности, Уфа. - 1973.

91. Макшанцев В.П. Исследование влияния забойных амортизаторов на показатели работы трехшарошечных долот / В.П. Макшанцев // Научн. Тр. ТатНИПИнефть. - 1975. - вып.31. Бурение скважин в осложненных условиях.

92. Макшанцев В.П. О работе забойного амортизатора / В.П. Макшанцев, Ю.Ф. Потапов // Труды ТатНИИ. - 1971. - вып. 15. - с.31-37.

93. Макшанцев В.П. Эффективность применения забойных амортизаторов // Труды ТатНИИ. - 1969. - вып 13. - с.33-37.

94. Маркеев А.П. Теоретическая механйка / А.П. Маркеев. - М.: ЧеРо, 1999.-572 с.

95. Масс Е.И. Рекомендации по расчету неустановившегося напорного и безнапорного движения жидкости / Е.И. Масс, В.М. Алышев. - М.: ЦНИИС МТС СССР, 1986. - 75 с.

96. Махарадзе Л.И. Нестационарные процессы в напорных гидротранспортных системах и защита от гидравлических ударов / Л.И. Махарадзе, Г.И. Кирмелашвили. - Тбилиси: Мецниереба, 1986. - 152 с.

97. Миннивалеев Т.Н. Обоснование необходимости установки компенсатора давления в компоновку бурильного инструмента/ Т.Н. Миннивалеев // Материалы всероссийской 40-й научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов: в 3 т. - Уфа: УГНТУ, 2013. - Т.2. - с. 89-92.

98. Миннивалеев Т.Н. Влияние колебаний давления промывочной жидкости на работу турбобура / Т.Н. Миннивалеев, М.С. Габдрахимов // Материалы 38-й научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов: в 3 т. - Уфа: УГНТУ, 2011. - Т.З. - С.-211 -213.

99. Миннивалеев Т.Н. Влияние неравномерности подачи промывочной жидкости на низ бурильной колонны / Т.Н. Миннивалеев, М.С. Габдрахимов, Ш.Г. Шаисламов // Актуальные проблемы науки: сб. науч. тр. по материалам междунар. науч.-практ. конф. В 4 ч. - Тамбов, 2011 - 4.1. С. 72-73.

100. Миннивалеев Т.Н. Разработка компенсатора для защиты трубопроводов и оборудования от колебаний давления и гидроударов / Т.Н. Миннивалеев // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. -2012. - №4 (90). - С. 164-168.

101. Миннивалеев Т.Н. Рациональное расположение компенсаторов жидкости при бурении глубоких скважин / Т.Н. Миннивалеев, М.С. Габдрахимов, Ф.С. Габдрахимов // Современные вопросы науки - 21 век: сб. научн. тр. по

материалам VII междунар. науч.-техн. конф. — Тамбов, 2011. — вып. 7. — 4.1. — С. 99-100.

102. Миннивалеев Т.Н. Результаты промысловых испытаний гидромеханического компенсатора давления промывочной жидкости / Т.Н. Миннивалеев, Р.И. Сулейманов // Современные технологии в нефтегазовом деле — 2014: сб. тр. международной научно-технической конференции: в 2 Т. - Уфа: Аркаим, 2014. - Т.1. - С. 370-375.

103. Миннивалеев Т.Н. Современное состояние оборудования, применяемого для выравнивания неравномерности давления и защиты оборудования от гидравлических ударов / Т.Н. Миннивалеев // Современные технологии в нефтегазовом деле - 2011: сб. науч. тр. - Уфа: УГНТУ, 2011. - С. 5154.

104. Миннивалеев Т.Н. Стенд для гидравлических испытаний компенсаторов / Т.Н. Миннивалеев, М.С. Габдрахимов // Материалы 38-й научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов: в 3 т. - Уфа: УГНТУ, 2011. - Т.З. - С.-214-216.

105. Миннивалеев Т.Н. Стендовые испытания оборудования, применяемого для выравнивания неравномерности давления и защиты оборудования от гидравлических ударов / Т.Н. Миннивалеев // Современные технологии в нефтегазовом деле -2011: сборник научных трудов. - Уфа: УГНТУ, 2011.-С. 54-57.

106. Мирзаджанзаде А.Х. Гидродинамика в бурении / А.Х. Мирзаджанзаде, В.М. Ентов. - М: Недра, 1985. - 196 с.

107. Мирзаджанзаде А.Х. Теория колебаний в нефтепромысловом деле / А.Х. Мирзаджанзаде А.Х., З.Г. Керимов, М.Г. Копейкис. - Баку.:Маариф, 1976. -363 с.

108. Мительман Б.И. К теории гидравлической сирены (турботахометр) / Б.И. Мительман, Г.Д. Розенберг, H.A. Чарный // Изв. АН СССР, ОТН. - 1957. -№9. - С.148-151.

109. Мительман Б.И. Справочник по гидравлическим расчетам в бурении / Б.И. Мительман. - М.: Гостоптехиздат, 1963. - 253 с.

110. Низамов Х.Н. Волновые процессы в гидросистеме закачки бурового раствора в пласт и способы их устранения / Х.Н. Низамов, Е.И. Дербуков, В.Н. Применко // Нефтепромысловое дело. - 1996. - №11. - с. 20-24.

111. Низамов Х.Н. Средства защиты трубопроводов теплоснабжения от гидравлических ударов при включений и выключении насосных станций / Х.Н.Низамов, Р.З. Тумашев, В.Н. Применко // Нефтепромысловое дело. - 1996. -№ 12. - с. 24-27.

112. Николич A.C. Поршневые буровые насосы / A.C. Николич. - М.: Недра, 1973. - 224 с.

113. Ольховский Н.Е. Предохранительные мембраны. 2-е изд., перераб. и доп. / Н.Е. Ольховский. - М.: Химия, 1976. - 149 с.

114. Оценка энергетических затрат на динамическое взаимодействие бурильного инструмента с околоскважинной средой при турбинном бурении / Ю.С. Васильев, Э.П. Кайданов, Ю.Ю. Никитин и др. - Науч. труды ВНИИ буровой техники. - 1978. — Вып. 41.-е. 162-167.

115. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Изд. 3-е, доп. и переб. / Я.Г. Пановко. - JL: Машиностроение, 1976. - 320 с.

116. Пат. 2047808 Российская Федерация, МПК F16L 55/045. Демпфер гидравлического удара / А.Б.Голованчиков, А.В.Ильин, Д.Н.Постнов; заявитель и патентообладатель Волгоградский политехнический институт. - заявл.07.07.92; опубл. 10.11.95.

117. Пат. 2059918 Российская Федерация, МПК F16L 55/05. Демпфер гидравлического удара / А.Б.Голованчиков, А.В.Ильин, А.А.Липатов, П.В.Калинин; заявитель и патентообладатель Волгоградский политехнический институт. - заявл. 31.03.93; опубл. 10.05.96.

118. Пат. 2133903 Российская Федерация, МПК F16L 55/04. Стабилизатор давления / Х.Н. Низамов, К.С. Колесников, Е.И. Дербуков, Р.З. Тумашев; заявитель и патентообладатель научно-исследовательский технологический

институт им.А.П.Александрова. - заявл. 15.10.1997; опубл. 27.07.1999.

119. Пат. 2133904 Российская Федерация, МПК F16L 55/04. Стабилизатор давления / Х.Н. Низамов, К.С. Колесников, Е.И. Дербуков, Р.З. Тумашев, A.B. Липин; заявитель и патентообладатель научно-исследовательский технологический институт им.А.П.Александрова. - заявл. 15.10.1997; опубл. 27.07.1999.

120. Пат. 2241169 Российская Федерация, МПК F16L 55/04. Стабилизатор давления / Х.Н. Низамов, В.Н. Применко; заявитель и патентообладатель автономная некоммерческая организация "Секция "Инженерные проблемы стабильности и конверсии" Российской инженерной академии". - заявл. 07.04.2003.; опубл. 27.11.2004.

121. Пат. 2464404 Российская Федерация, МПК F16L 21/00. Компенсатор промывочной жидкости / М.С. Габдрахимов, Р.И. Сулейманов, В.Ш. Шаисламов, Т.Н. Миннивалеев. - Заявл. 23.12.2010; опубл. 20.10.2012, Бюл. № 29.

122. Пат. 2516734 Российская Федерация, МПК F16L 55/04. Компенсатор промывочной жидкости / М.С. Габдрахимов, Т.Н. Миннивалеев, Р.И. Сулейманов, Л.М. Зарипова; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет». - заявл. 28.01.2013; опубл. 20.05.2014.

123. Погарский A.A. Оптимизация процессов глубокого бурения / A.A. Погарский, К.А. Чефранов, О.П. Шишкин. - М.: Недра, 1981. - 296 с.

124. Пульсации давления в трубопроводах и способы их устранения / А.И. Чучеров, В.Х. Галюк, Х.Н. Низамов и др. - М.: ВНИИОЭНГ, 1991. - 88 с.

125. Рациональная технология и техника бурения скважин и нефтедобычи: Сборник научных трудов. - Куйбышев: КПтИ, 1982. - 131 с.

126. Рогоцкий Г.В. Исследование динамики взаимодействия в системе горная порода - бурильный инструмент / Г.В. Рогоцкий // Науч. труды ВНИИ буровой техники. - 1981. - Вып. 52. - с. 55-64.

127. Садыков М.А. Исследование вибрации низа бурильной колонны и определение основных параметров забойных виброгасителей.: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - 1974. - 20с.

128. Салехи Ф. Решение проблем гидравлического удара / Ф. Салехи // Нефтегазовые технологии. - 2010. - № 8. - с. 90-92.

129. Самарин A.A. Вибрации трубопроводов энергетических установок и методы их устранения / A.A. Самарин. - М.: Энергия, 1979. - 288 с.

130. Санников Р.Х. Вынужденные продольные колебания бурильного инструмента / Р.Х Санников, М.Р. Мавлютов //РНТС ВНИИОЭНГа, сер. Бурение. -1970,-№7.

131. Санников Р.Х. Вынужденные продольные колебания бурильного инструмента и динамическая нагрузка на долото / Р.Х. Санников, М.Р. Мавлютов // изв. Вузов сер. Нефть и газ. - 1972. - №3. - с.25-30.

132. Сахарный Н.Ф. Курс теоретической механики / Н.Ф. Сахарный. - М.: Высшая школа, 1964. - 844 с.

133. Симонов В.В. Влияние колебательных процессов на работу бурильного инструмента / В.В. Симонов, Е.К. Юнин. - М.: Недра, 1977. - 217с.

134. Смирнов Д.Н. Гидравлический удар в напорных водоводах / Д.Н. Смирнов, Л.Б. Зубов. - М.: Стройиздат, 1975. - 128 с.

135. Сорокин В.Н. Краткий курс теоретической механики: в теории, задачах и плакатах: в 3 ч. / В.Н. Сорокин. - М.: Интер, 2005. - 600 с.

136. Стабилизация колебаний в трубопроводах систем энергетических установок / Р.Ф. Ганиев, Х.Н. Низамов, А.И. Чучеров и др. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1993.- 184 С.

137. Султанов Б.З. Влияние наддолотного виброгасителя на ресурс электробура / Б.З. Султанов, М.С. Габдрахимов, A.C. Галеев // Современные проблемы буровой и нефтепромысловой механики. - Уфа: УНИ, 1986. - с. 186190.

138. Султанов Б.З. Работа бурильной колонны в скважине /Б.З. Султанов, Е.И. Ишемгужин, М.Х. Шаммасов и др. - М.: Недра, 1973. - 215 с.

139. Султанов Б.З. Результаты бурения скважин с применением амортизатора крутильных колебаний / Б.З. Султанов, М.С. Габдрахимов // РНТС сер. «Бурение». - М.: ВНИИОЭНГ, 1980. - Выи.6. - с. 7-9.

140. Тарг С. М. Краткий курс теоретической механики / С.М. Тарг. - М.: Высшая школа, 1986. - 416 с.

141. Тарко JI.M. Волновые процессы в трубопроводах гидромеханизмов / JI.M. Тарко. - М.: Машгиз, 1963.- 162 с.

142. Твардовская Н.В. Защита напорных систем водоотведения от резких повышений давления / Н.В. Твардовская // Материалы научно-технической конференции ПГУПС "Шаг в будущее" (Неделя науки-2004). СПб., 2004. - с. 113114.

143. Техника управление динамикой бурильного инструмента при проводке глубоких скважин / Б.З. Султанов, М.С. Габдрахимов, P.P. Сафиуллин и др. - М.: Недра, 1997. - 165 с.

144. Тимофеев Н.С. Забойный прибор для записи вибраций низа бурильной колонны / Н.С. Тимофеев, М.И. Воробжитов, О.Ю. Бергштейн и др. // Нефтяной хозяйство. - 1970. -№1. - с.11-14.

145. Управление динамикой бурильной колонны: Учебное пособие / В.Е. Копылов, А.Г. Черемных, Ю.К. Шлык и др. - Тюмень: ТГУ, 1985.- 119с.

146. Фокс Д.А. Гидравлический анализ неустановившегося течения в трубах: перевод с англ. / Д.А. Фокс. - М.: Энергоиздат, 1981. - 247 с.

147. Хамо Мухамед Амин. Влияние устройств для впуска воды и воздуха и обратных клапанов на гидравлические характеристики переходных процессов в трубопроводах: автореф. дис. ... канд. техн. наук. — М.: МГУП, 1999. — 26 с.

148. Хасанов И.Р. Методы снижения гидравлического удара / И.Р.Хасанов, А.Р. Людвиницкая // 60-я научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: материалы конф. - кн.1: УГНТУ. -2009.-с.113.

149. Хузина JI.Б. Повышение эффективности бурения наклонных и горизонтальных скважин с использованием комплекса виброусилителей: дис. ... докт. техн. наук. - Уфа: УГНТУ, 2006. - 266 с.

150. Чарный И.А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах / И.А.Чарный. - М.: Недра, 1975.- 296 с.

151. Чепелев В.Г. Телеметрическая система для исследования вибраций бурильной колонны и осевой нагрузки на долото при электробурении / В.Г. Чепелев, Н.П. Фетисенко, В.И. Абакумов и др. //Нефтяное хозяйство. - 1970. -№1. -с.14-19.

152. Шлык Ю.К. Повышение эффективности турбинного бурения путем улучшения характеристик турбобура и передачи забойной информации по механико-гидравлическому каналу связи: дис. ... докт. техн. наук. - Уфа: УГНТУ, 2000.

153. Шлык Ю.К. Буровые насосы, как источник гидравлических помех / Ю.К. Шлык, М.Р. Мавлютов // Изв. вузов. Нефть и газ. - 1998. - №2. - С.26-31.

154. Экспериментальная оценка энергетических затрат на вибрацию низа бурильной колонны при турбинном бурении / Н.С. Тимофеев, И.И. Воробжитов, В.П. Шумилов и др. // Машины и нефтяное оборудование. - 1971. - №2. - с. 13-17.

155. Эскин М.Г. Определение мощности, расходуемой забойным двигателем на вибрацию бурильной колонны / М.Г. Эскин, Л.Е. Исаченко // Нефтяное хозяйство. - 1972. - №4. - с. 35-38.

156. Юнин Е.К. Низкочастотные колебания бурильного инструмента / Е.К. Юнин. - М.: Недра, 1983.- 132 с.

157. Яблонский A.A. Курс теоретической механики. Часть 2. Динамика. 3-е изд., испр. и доп. / A.A. Яблонский. - М.: Высшая школа, 1966. - 411 с.

158. Ямалиев В.У. Спектральное представление колебаний давления промывочной жидкости при оценке технического состояния турбобура и долота : дисс. канд. техн. наук. - Уфа: УНИ, 1989.

159. Янтурин А.Ш. Выбор длины УБТ с учетом условий проводки скважины / А.Ш. Янтурин // Нефтяное хозяйство. - 1988. - №9. - с. 18-21.

160. Ясов В.Г. Теория и расчёт рабочих процессов гидроударных буровых машин/В.ГЯсов. -М.: Недра, 1977.- 153с.

Приложение А. С правка с ьпетрении в учебный процесс

Мшшсгсрсшс OOpi'OlWHIW HcAI.'I V г Т> ФИЛИАЛ

Федерального ioc\ яарсгвепною 'моджеыою оораяова i ельtu>t о \ ч p'j/ < доч ил высшето крофсес к кь > vt о .»!} л^спаачi «УФИМСКИЙ Г ОСУДАРСГВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» в I. ОКТЯБРЬСКОМ Ре~.:>С- i.i-j-., l,„и .: 1 '

г Октябрьсч^л,'.. Дсгонская 54а /с.' ; .кс с.-'.л-', 1

Г...С.Л -х- , ^.Л.И:..

(инн кп:: U'. • /1 .с! ■

м .У; oi-ij'o"- и ,/т .х ю -1-на .\2 <1

СПРАВКА О ВНЕДРЕНИИ

Настоятмч полтрорждлом. что разработанные Миннивалеевым Тимуром Наилевичем забойный гидромеханически компенсатор давления промывочной жидкости, лаСсрагсрпьм длл eso v^с;_к;лсьаний и методика расчета

гидродкн^мичгсяих лара».С7роь промывочной жидкости в бурильной колонне используютсл з учебном г.роцессе при изучении студентами специальности 130602 «Мат:.''! л V пборулование нгсЬтяных и газовых промыслов» филиала ФГБОУ ВПО vpHTV V г. Октябрьском дисщтчттиньг «Техника и технология бурения неф-7«'пых и ггрор'-'х екг.ажин».

F? 'И. Чухаметшин

Приложение Б. Акт о результатах промыслового испытания гидромеханического

компенсатора давления.

о результатах промыслового испытания гидромеханического компенсатора давления

Комиссия в составе и.о. главного технолога Ардуванова И.Р., бурового мастера Бенько В.В., д.т.н., профессора кафедры НПМО филиала ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Октябрьском Габдрахимова М.С., к.т.н., доцента кафедры НПМО филиала ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Октябрьском Сулейманова Р.И., аспиранта Миннивалеева Т.Н. составили настоящий акт по результатам опытного бурения с применением гидромеханического компенсатора давления промывочной жидкости.

Гидромеханический компенсатор давления служит для гашения колебаний давления промывочной жидкости в бурильной колонне. Компенсатор состоит из корпуса, внутри которого установлены перегородки, образующие с поршнями замкнутые камеры, которые в свою очередь соединяются каналами с затрубным пространством. Для ограничения хода поршней и фиксации перегородок установлены втулки. Между поршнями и перегородками установлены пружины и шайбы из эластомера. Детали в корпусе устанавливаются с переводником. Для установки в компоновку бурильного инструмента корпус снабжен присоединительными замковыми резьбами. Для предотвращения перетоков между поршнями и перегородками и между перегородками и корпусом предусмотрены уплотнения. Поршни устройства установлены с возможностью гашения колебаний в обоих направлениях. Устройство работает следующим образом. При действии колебания жидкости на поршни за счет наличия гасителей (эластомера, пружины, дросселирования жидкости из замкнутых камер) происходит гашение колебаний давления промывочной жидкости. На изобретение получено положительное решение о выдаче патента (заявка на изобретение № 2013103702/06).

АКТ

промывочной жидкости

1 ПРЕДМЕТ ИСПЫТАНИЯ

2 ЦЕЛЬ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ

1. Определение работоспособности гидромеханического компенсатора давления.

2. Определение влияния гидромеханического компенсатора на неравномерность давления промывочной жидкости в процессе бурения.

3 УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТНОГО БУРЕНИЯ

Опытное бурение проводилось на скважине №224 Южно-Измайловского месторождения Кутлумбековского района Оренбургской области. Бурение велось буровой установкой АРБ-100, буровой насос БРН-1, диаметр втулок 160 мм. Компоновка бурильного инструмента:

- в интервале 28-165 м - долото 295,3 СЗ-ГВ, КС 293, Д5-172, ЦС 292, УБТ 178 - 18 м, гидромеханический компенсатор давления, УБТ 178-80 м, СБТ-114*9,19;

- в интервале 165-741 м - долото 215,9 TD44, КС-214, Д5-172, ЦС 213, УБТ 178 - 18 м, гидромеханический компенсатор давления, УБТ 178-80 м, СБТ-114*9,19.

Нагрузка на долото - вес инструмента в интервале бурения с 28 до 741 м. Геологический разрез разбуренного интервала: бурение велось в Татарском ярусе (28-115 м, неравномерное переслаивание глин, алевролитов, песчаников, мергелей, с прослоями доломитов и известняков), Сокской свите (115-193 м, алевролиты и глины серые, темно и зеленовато-серые), Сосновской свите (119-263 м, известняки, ангидриты, глины и доломиты серые с гнездами и с желваками гипса), Гидрохимической свите (263-304 м, в подошве и кровле ангидриты серые и голубовато-серые, плотные кристаллические, в средней части каменная соль белого цвета с розоватым оттенком, кристаллическая с включениями и прослойками ангидритов и доломитов), Калиновской свите (304-340 м, глины темно-серые, плотные, слабо песчанистые с прослоями мергелей, доломитов и реже известняков), Уфимском ярусе (340-447 м, переслаивание песчаников, алевролитов и глин с редкими прослоями доломитов и мергелей), Иреньском горизонте (447-596 м, ангидриты голубовато-серые, доломиты с прослоями каменной соли белого цвета с розоватым оттенком), Филипповском горизонте (596-677 м, ангидриты голубовато-серые с прослоями доломитов серых, в подошве выделяются «плойчатые доломиты»), Артинском ярусе (677-733 м, ангидриты, доломиты и известняки серые), Сакмарском ярусе (733-741 м, известняки серые, доломиты серые с прослоями и включениями ангидритов).

В процессе бурения скважины производился периодический замер колебаний давления промывочной жидкости преобразователем давления измерительным ПДИ-01-02, установленным на манифольде высокого давления.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ БУРЕНИЯ

С применением гидромеханического компенсатора давления пробурено 713 м в интервале 28...295 м, механическая скорость составила 17 м/ч. Параметры промывочной жидкости: раствор БПСР, расход - 32л/с, плотность - 1120 кг/м3, условная вязкость - 30 с, водоотдача - 10 см3/30 мин, рН-8. Периодический замер пульсаций давления преобразователем давления измерительным ПДИ-01-02 показал снижение неравномерности давления промывочной жидкости при бурении с компенсатором, и при этом увеличилась механическая скорость бурения.

5 ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

/

1. Гидромеханический компенсатор давления работоспособен: в процессе бурения скважины не было отказов (поломок деталей). /

2. Неравномерность давления промывочной жидкости с применением гидромеханического компенсатора составила 0,30. При бурении же без гидромеханического компенсатора неравномерность давления составляла 0,55.

3. За счет равномерной отработки долота получено увеличение механической скорости бурения на 18% в отличие от аналогичного бурения без применения гидромеханического компенсатора давления.

4. За время испытания гидромеханического компенсатора давления не произошло разрыва диафрагмы компенсатора бурового насоса и срабатывания предохранительного устройства.

/

И.о. главного технолога ООО «МУН-ТЕХНОЛОГИЯ»

Буровой мастер

ООО «МУН-ТЕХНОЛОГИЯ»

И.Р. Ардуванов

В.В. Бенько

Д.т.н., профессор кафедры НПМО филиала ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Октябрьском

/

У М.С. Габдрахимов

К.т.н., доцент кафедры НПМО филиала ФГБОУ ВПО УГНТУ в г. Октябрьском

Р.И. Сулейманов

Аспирант ФГБОУ ВПО УГНТУ

Т.Н. Миннивалеев