Гидравлическая система долота для бурения нефтяных и газовых скважин

Цель – усовершенствовать конструкцию поликристаллического алмазного долота со стальным или матричным корпусом для создания гидромониторного эффекта. Объектом исследований явилась гидравлическая система данного алмазного долота с наддолотным струйным насосом. Исследование работы наддолотной эжекторной системы заключается в теоретическом анализе работы гидравлической системы долота с помощью канонических зависимостей и гипотез. Предложена гидравлическая система поликристаллического алмазного долота, отличающаяся наличием струйного насоса высокого давления, который позволяет усилить гидромониторный эффект на забое скважины. Рассчитаны основные гидравлические характеристики промывочной системы долота со струйным насосом: при подаче буровых насосов 18,4 л/с и плотности бурового раствора 1180 кг/м3 рабочий коэффициент инжекции струйного насоса – 0,34; диаметр рабочей насадки – 10,3 мм, камеры смешения – 11,9 мм, гидромониторных насадок долота – 11,1 мм; число гидромониторных насадок – 3; скорость на выходе из гидромониторных насадок – 85,0 м/с; перепад давления на долоте – 15,7 МПа. Обоснована возможность применения гидромониторного эффекта, усиленного наддолотным струйным насосом, так как скорость на выходе из гидромониторных насадок достаточна для разрушения большинства горных пород (песчаник, известняк, доломиты, каменная соль, гипсовый камень, базальт, мрамор, гранит). Струйный насос в разработанной конструкции поликристаллического алмазного долота создает дополнительный контур циркуляции над забоем скважины, инжектирует шлам из затрубного пространства и подает его на гидромониторные насадки, что позволяет более эффективно разрушать забой скважины. Мощности гидромониторных струй вполне достаточно для повышения показателей бурения.

1. Bogdanov E. Efficient development of the formation system of the oil and gas field using integrated modeling // 82nd EAGE Annual Conference & Exhibition (Amsterdam, 18–21 October 2021). Amsterdam: European Association of Geoscientists & Engineers, 2021. Vol. 4. P. 2637–2641. https://doi.org/10.3997/2214-4609.202012044. EDN: BQOVLY.

2. Myachina K.V., Petrishchev V.P., Chibilev A.A., Krasnov E.V. The features of the formation and the functioning principles of oil and gas field technogeosystems // Geography and Natural Resources. 2021. Vol. 42. No. 1. P. 10–16. https://doi.org/10.1134/S187537282101011X. EDN: IMZGFA.

3. Овчинников В.П., Дружинина И.В., Парфирьев В.А., Бастриков С.Н., Овчинников П.В., Закиров Н.Н. [и др.]. Математическое моделирование показателей свойств бурового раствора для первичного вскрытия продуктивного пласта // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2023. № 8. С. 19–26. https://doi.org/10.33285/0130-3872-2023-8(368)-19-26. EDN: KKCJIC.

4. Guo Ying, Ren Guangying, Yang Fei, Yang Yong, Bokov D.O., Fardeeva I.N. An analytical method to select appropriate linear and non-linear correlations on the effectiveness of penetration rate parameter towards mechanical specific energy // Energy Reports. 2021. Vol. 7. P. 3647–3654. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.06.055. EDN: WWIKGH.

5. Tsouprikov A.A. A mathematical model of mechanical penetration rate with three control parameters to optimize oil and gas well drilling // Control Sciences. 2022. Iss. 4. P. 17–23. https://doi.org/10.25728/cs.2022.4.3. EDN: NQVMBK.

6. Jung T.J., Jeong Ye.H., Shin Y. Simulation of directional drilling by dynamic finite element method // Journal of Mechanical Science and Technology. 2022. Vol. 36. Iss. 7. P. 3239–3250. https://doi.org/10.1007/s12206-0220605-9. EDN: VHOXYU.

7. Лягов И.А., Лягов А.В., Гагарин Е.Ф., Первушин А.С., Исангулов Д.Р., Новосёлов А.А. Гидромониторный переводник с эффектом волнообразного механического колебания частиц распространяющиеся в упругих средах – газообразных и жидких разработанный для работы в технологической системе компании «Перфобур» // Современные проблемы нефтегазового оборудования – 2021: материалы Междунар. науч.-техн. конф. (г. Уфа, 15 декабря 2021 г.). Уфа: Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2021. С. 30–39. EDN: VXZWTO.

8. Пат. № 2034126, Российская Федерация, C1, E21B 10/18. Разборное буровое долото / Г.К. Ешимов; заявитель Сургутское отделение Западно-Сибирского научно-исследовательского и проектно-конструкторского института технологии глубокого разведочного бурения. № 5031678/03. Заявл. 10.03.1992; опубл. 30.04.1995. EDN: YFKQRX.

9. Suleimanov R.I., Khabibullin M.Yа. Enhancement of efficiency of the hydraulic distributor of the hydraulic drive of the bottom-hole pump // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2021. Vol. 1064. P. 012071. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1064/1/012071. EDN: CJAEUR.

10. Pei Ju. Cutter load distribution analysis and crown shape optimal design of complex curved PDC bit // Journal of Engineering and Technological Sciences. 2019. Vol. 51. No. 1. P. 14–27. https://doi.org/10.5614/j.eng.technol.sci.2019.51.1.2. EDN XAJIXJ.

11. Mazen A.Z., Rahmanian N., Mujtaba I.M., Hassanpour A. Effective mechanical specific energy: а new approach for evaluating PDC bit performance and cutters wear // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021. Vol. 196. P. 108030. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.108030. EDN: ROKLSX.

12. Cai Zhen, Lai Xuzhi, Wu Min, Lu Chengda, Chen Luefeng. Trajectory azimuth control based on equivalent input disturbance approach for directional drilling process // Journal of Advanced Computational Intelligence and Intelligent Informatics. 2021. Vol. 25. No. 1. P. 31–39. https://doi.org/10.20965/JACIII.2021.P0031. EDN: RVVGWE.

13. Liagova A.A., Liagov I.A. The technology of completion reservoir by drilling a network of branched channels under controlled trajectory // Youth Technical Sessions Proceedings: 6th Youth Forum of the World Petroleum Council-Future Leaders Forum (St. Petersburg, 23–28 June 2019). St. Petersburg, 2019. P. 345–351. https://doi.org/10.1201/9780429327070-47. EDN: NTBQDD.

14. Пат. № 2244797, Российская Федерация, C1, E21B 10/18. Буровое долото / В.С. Новиков; заявитель ООО «ЛУКОЙЛ-ВолгоградНИПИморнефть». № 2003119852/03. Заявл. 30.06.2003; опубл. 20.01.2005. EDN: SDDSJS.

15. Chorshanbiev U., Ibadullaev A., Babaev A., Kurbanov S. Theoretical analysis of reduction of pressure and energy loss due to pipe friction through modification of dispers systems // Universum: технические науки. 2022. No. 8. P. 28–32. https://doi.org/10.32743/UniTech.2022.101.8.14187. EDN: QWKVZJ.

16. Шайдаков В.В., Мельников А.П., Чернова К.В., Коробков Г.Е. Эффективное вскрытие продуктивного пласта при бурении нефтяных и газовых скважин // НИПИ «Нефтегаз». 2018. № 4. С. 26–34. https://doi.org/10.5510/OGP20180400368. EDN: YURILZ.

17. Мельников А.П., Буглов Н.А. Применение методики исследования характеристик наддолотного струйного насоса для временной изоляции продуктивного пласта // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334. № 6. С. 176–184. https://doi.org/10.18799/24131830/2023/6/3920. EDN: WNTTQO.

18. Паневник А.В., Концур И.Ф., Паневник Д.А. Определение эксплуатационных параметров наддолотной эжекторной компоновки // Нефтяное хозяйство. 2018. № 3. С. 70–73. https://doi.org/10.24887/0028-2448-20183-70-73. EDN: YSWARI.

19. Ivanova A.S., Leontiev D.N. The origin of engineering education in late 19th early 20th centuries in prerevolutionary Russia // Глобальный научный потенциал. 2019. № 10. С. 21–24. EDN: PGKKTT.

20. Литвинский Г.Г. Основы теории резания и разрушения горных пород // Сборник научных трудов Донбасского государственного технического университета. 2017. № 8. С. 5–15. EDN: YPWFEL.