Диссертация (1173027), страница 6
Текст из файла (страница 6)
ротор движется вокруг эксцентрической оси, изменяющейсянесколько раз за оборот.29ИсследовательРичардпредлагаетхарактеризоватьвзаимодействиепорода/долото двумя процессами, долблением и контактом с трением [117]. Внастоящее время нет систем, обеспечивающих мониторинг забойных вибраций вреальном времени. Также не существует активной системы ослабления удара дляуменьшения вредных эффектов вибрации долот.Одним из недостатков существующих систем мониторинг забойныхвибраций в реальном времени является их неспособность различать режимывибрации. Хотя есть возможность регистрировать максимальные уровнивибрации, они не очень хорошо определяют режим вибрации.
Только когдаинструмент поднимают на поверхность и данные анализируются, можноопределить режимы вибрации, но к тому времени использовать их поздно [116,125].Нарушение функциональности БИ с динамической точки зрения доставляетзатруднения при моделировании. Очень сложно обновлять модели с меняющимсясостоянием для различных операций бурения. Гринвуд разработал системуизмерения, смягчающую влияние забойных повреждающих вибраций. В таблице1.3. представлена классификация забойных вибраций.
Разработанная системапомогаетинженеру-буровику мгновеннореагировать изатем оцениватьэффективность своих корректировочных действий, потому, что идентифицируетмеханизм вибрации на основе забойных и поверхностных данных дляопределения соответствующей реакции [143].Спанос представил математическое описание ударов в процессе бурения назабое [139]. На своем стенде провёл испытания КНБК с датчиками ускорения наих поверхности.
Стендовые испытания позволили получить представление ореальных условиях ударов и вибрации.30Таблица 1.3 ─ Классификация забойных вибрацийКлассификация Доминирую- ДиапазонОписаниещий режимчастот1342Заклинки илиКрутиль0.01-5 Гц Неоднородное вращение БИ, где долотоскачкообразноеНыйостанавливается через равные промежуткидвижениевремени. Момент на долоте периодически(прерывистоеповышается и затем свободно вращается.скольжение)Количество оборотов долота может превышать2-15разсреднеезначение.Частотаскачкообразного движения есть функция отдлины и жесткости БИ, веса КНБК иколичества оборотов, при котором высокосопротивление вращению [104, 106]Прыжок долотаОсевой1-10 ГцВихревоедвижение долотаБоковой снемногокрутильным3-50 ГцВихревоедвижение КНБКБоковой5-20 ГцБоковые ударыКрутильныйрезонансОсевые и продольные движения БИ из-завзаимодействия порода/долото, создающегорезонанс по оси [110]Такая вибрация наблюдается когда долоторазбуривает ствол большего диаметра и припроработке ствола, где диаметр ствола большеего геометрического диаметра.
Обработкареактивных сил при частоте в несколько разбольше частоты вращения БИ даже с учетомколичества контактных точек или резцовиногда не получаетсяЭксцентричное вращение КНБК вокруг точки,кроме геометрического центра сопровождаетсяс прокатыванием КНБК по стенке скважины.Вихревое движение КНБК может быть почасовой стрелке Вихревое движение КНБКпротив часовой стрелки создается боковымрезонансом КНБК [103]БоковойНерегуляр- Хаотическое поведение БИот больших боковыхныйударов.
В отличие от вихревого движениябез домини- КНБК, где колебание переходит в устойчивоерующей состояние, БИ может вращаться по часовойчастоты стрелке и потом против часовой стрелкислучайным образом. Это механическая реакцияна состояние стенки скважины, когда КНБКсопротивляется переходу в резонанс [128]Крутильный 20-350 Гц Возникновениенатуральнойилигармонической крутильной частоты в основномпри использовании долота PDC в оченьтвердых породах [143, 144]31Параметрический резонансОсевой ибоковой0.1-10 Гц Несколько боковых вибраций вызваны врезультате взаимодействия порода/долото.Осевая вибрация проявляется колебаниемнагрузки на долоте.
Осевые колебания наопределенной частоте вызывают боковыеотклонения и маленькие изгибы из-зараспространения волны увеличиваются [97]КалибрующиеБоковой ивибрации долота крутильныйСовокупностьрежимов20-250 Гц Резонанс с высокой частотой долота и КНБКиз-за резцов долота и каждой вставки долотаPDC вследствие относительного движения вструктуре долота на породе. Вибрации на забоесмещают долото от его геометрического центра[109]Боковой,0.1-20 Гц Осевые, крутильные и боковые вибрациикрутильный ипроисходят одновременно. Это создает осевыеосевойи крутильные осцилляции и боковые удары иявляетсясамымэкстремальнымвидомвибрации и иногда возникает из-за неудачногоконтроля одного механизма вибрации исоответственно способствует другим видамвибрации[143]Вибрации могут возникать по различным причинам: неравномерноевращение БИ, когда долото останавливается.
Момент на долоте периодическиповышается и затем долото ускоренно вращается без сопротивления со стороныгорных пород. В определенный момент число оборотов долота на забое можетпревышать в 2-15 раз среднее количество. Частота скачкообразного движениядолота является функцией от длины, жесткости, веса КНБК и количестваоборотов. Отрыв от забоя долота возникает, когда осевые (продольные) движенияКНБК из-за взаимодействия породы с долотом создают осевой резонанс.Вихревое движение долота наблюдается, когда долото формирует ствол бόльшегодиаметра.
Другой тип вибрации возникает в результате хаотиченого движения БИот сильных боковых ударов. В отличие от вихревого движения БИ, где колебанияравномерны, при вибрации с боковыми ударами БИ может вращаться по часовойстрелке и против часовой стрелки. Такой тип вибрации возникает вследствиемеханической реакции стенки скважины, когда КНБК сопротивляется переходу врежим резонанса.Кромеизгибаврезко-искривленныхинтервалах,гдеинструментповреждается от пластичных деформаций, еще необходимо определить типы32нагрузки при различных видах вибрации, так как удары доводят элементы БИ допластичной деформации с возникновением усталостного разрушения.1.5.1.
Измерение вибраций при буренииПри борьбе с вибрацией важно установить механизм вибрации в скважине,чтобы принимать меры по смягчению последствий. Каждый механизм вибрацииимеет свой собственный симптом, который помогает его обнаружить. Тем неменее несколько механизмов вибрации имеют схожие симптомы, что затрудняетправильную идентификацию, особенно при сочетании несколько механизмоввибрации. Для правильного определения механизма вибрации требуетсяобнаружить более одного симптома и соответственно использовать более одногодатчика (на поверхности и забое скважины).
Эффективная программа управлениядинамикой бурения должна использовать поверхностные и забойные датчики сцелью сбора соответствующего количества и типа данных для идентификациитипа вибрации [44, 120].Концепция замкнутого цикла бурения представляет собой буровой процесс,параметры которого непрерывно контролируются и динамические неисправностиидентифицируются и устраняются для повышения эффективности бурения(рисунок 1.1).Рисунок 1.1 - Концепция замкнутого цикла буренияЗамкнутый цикл бурения имеет следующие характеристики:33⎯ все действия записываются забойными и поверхностными датчиками;⎯ все различные операции бурения идентифицируются;⎯ интенсивность каждой операции количественно рассчитывается;⎯ симптомы осложняющие бурение передаются на поверхность;⎯ уровни интенсивности вибраций отображаются на табло бурильщика;⎯ бурильщик вносит изменение в режим бурения;⎯ поведение БИ и долота меняется;⎯ забойный датчик показывает изменения механических параметров;⎯ бурильщик видит эффективность регулирования.1.5.2.
Измерения данных на поверхностиЭкономически эффективным средством сбора данных вибрации при буренииявляется сбор механических данных на поверхности. Большинство сервисныхкомпаний предлагают услуги такого типа с повышением точности измерениявибрации,используятольконаземныедатчики.Однако,сборданныхисключительно на поверхности для идентификации забойных вибраций имеетсущественные ограничения:⎯ забойные колебания затухают на контактных местах БИ со стенкойскважины;⎯ сложно установить датчики вибрации на крюке;⎯ верхний привод, как правило, плохо оснащен датчиками (если вообщеоснащается);⎯ поверхностные датчики нечувствительны к разрушительным скважиннымбоковым ударам / вибрациям;⎯ поверхностные колебания имеют сдвиг фаз по сравнению с забойнымиколебаниями;⎯ затруднена интерпретация забойных условий из-за ограничений и нехваткифизических моделей.34Несмотря на указанные выше ограничения, поверхностные измерениядополняют забойные данные и помогают идентифицировать вибрации.
Для сбораназемных механических данных применяются бесконтактные датчики, датчикикрутящего момента и датчики давления[].1.5.2.1. Бесконтактные датчикиБесконтактные датчики включают электронное устройство, излучающееимпульс при прохождении металлического активатора, закрепленного на объектеисследования (рисунок 1.2). Например, для измерения оборотов вращения БИметаллический активатор крепится на верхнем приводе или столе ротора. Датчикфиксирует скорость активатора, проходящего рядом с ним.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
