RU2769714C1 - Method for determining the stabilizing ability of a drilling tool - Google Patents

Method for determining the stabilizing ability of a drilling tool Download PDF

Info

Publication number
RU2769714C1
RU2769714C1 RU2021116198A RU2021116198A RU2769714C1 RU 2769714 C1 RU2769714 C1 RU 2769714C1 RU 2021116198 A RU2021116198 A RU 2021116198A RU 2021116198 A RU2021116198 A RU 2021116198A RU 2769714 C1 RU2769714 C1 RU 2769714C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
drilling
plate
drilling tool
deviation
stabilizing ability
Prior art date
Application number
RU2021116198A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Васильевич Нескоромных
Марина Сергеевна Попова
Ксения Алексеевна Гостева
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Priority to RU2021116198A priority Critical patent/RU2769714C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2769714C1 publication Critical patent/RU2769714C1/en

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/06—Deflecting the direction of boreholes

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: mining.SUBSTANCE: invention relates to the field of mining and drilling operations and is intended to determine the stabilizing ability of a drilling tool. A method for determining the stabilizing ability of a drilling tool by measuring the deviation of the borehole from a given direction consists in the fact that the angle of deviation is measured at the intersection of the drilling tool with a rock plate of a certain hardness, in the perpendicular plane of the plate and in the plane of the plate in the drilling interval, and the indicator of the stabilizing ability of the drilling tool is determined by the formulawhere Δθ is the angle of deviation in the perpendicular plane of the plate; Δα is the angle of deviation in the plane of the plate strike; L is the drilling interval.EFFECT: effectiveness of the stabilizing ability of the drilling tool is ensured.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области горно-буровых работ и предназначено для определения стабилизирующей способности бурового инструмента.The invention relates to the field of mining and drilling and is intended to determine the stabilizing ability of a drilling tool.

При бурении скважин на производстве предусмотрены технические средства измерения и контроля искривления скважин, с помощью которых определяют стабилизирующую способность бурового инструмента (В.В. Нескоромных. Направленное бурение и основы кернометрии: Учебник. - 2-е изд. - М.:ИНФРА-М; Красноярск: СФУ, 2015, стр. 100-112, рис. 3.6 на стр. 108). В процессе бурения скважины производят измерения зенитного и азимутального углов скважины инклинометрами и по полученным данным определяют степень искривления скважины, что может служить в качестве оценки стабилизирующей способности бурового инструмента.When drilling wells in production, technical means are provided for measuring and controlling the curvature of wells, with the help of which the stabilizing ability of a drilling tool is determined (V.V. Neskoromnykh. Directional drilling and the basics of core logging: Textbook. - 2nd ed. - M .: INFRA-M ; Krasnoyarsk: SFU, 2015, pp. 100-112, Fig. 3.6 on p. 108). In the process of drilling a well, the zenith and azimuthal angles of the well are measured with inclinometers and, according to the data obtained, the degree of well curvature is determined, which can serve as an assessment of the stabilizing ability of the drilling tool.

Недостатками данного способа является низкая эффективность определения стабилизирующей способности бурового инструмента, поскольку в данном случае достигается низкая точность определения данного параметра из-за существенного влияния на работу бурового инструмента бурильной колонны. В то же время данный способ не отличается оперативностью и объективностью из-за изменений режима бурения в процессе проходки скважин и изменчивости самих горных пород.The disadvantages of this method is the low efficiency of determining the stabilizing ability of the drilling tool, since in this case a low accuracy in determining this parameter is achieved due to a significant impact on the operation of the drilling tool of the drill string. At the same time, this method does not differ in efficiency and objectivity due to changes in the drilling mode in the process of drilling wells and the variability of the rocks themselves.

За прототип принят способ определения стабилизирующей способности бурового инструмента, который реализуется при использовании стенда для исследования процесса искривления скважин (Стенд для исследования процесса искривления скважин. Авторское свидетельство №1514894, Е21В 7/08, опубликовано 15.10.1989 г. Б.И. №38).The prototype is a method for determining the stabilizing ability of a drilling tool, which is implemented using a stand for studying the process of curvature of wells (Stand for studying the process of curvature of wells. ).

Стенд содержит прямоугольную оснастку-опалубку, разъемно связные блоки, заполненные штуфами пароды, скрепленные цементом, что позволяет имитировать горные породы различной твердости. В разъемах блоков опалубки перпендикулярно дну и продольным стенкам на равных расстояниях установлены прямоугольные пластины из легко разбуриваемого материала. Пластины закреплены в опалубке и строго привязаны друг к другу совмещением отверстий в трех углах пластин.The stand contains a rectangular rigging-formwork, detachable connected blocks, rocks filled with ores, cemented together, which allows simulating rocks of various hardness. In the slots of the formwork blocks, rectangular plates of easily drilled material are installed perpendicular to the bottom and longitudinal walls at equal distances. The plates are fixed in the formwork and strictly tied to each other by aligning the holes in the three corners of the plates.

Исследование процесса искривления скважин осуществляется после бурения цементного блока с пластинами горных пород на заданную глубину. Поскольку при бурении буровой инструмент пересекает пластины из легко разбуриваемого материала, то можно оценить траекторию скважины и соответственно определить стабилизирующую способность бурового инструмента.The study of the process of curvature of wells is carried out after drilling a cement block with rock plates to a given depth. Since the drilling tool crosses plates of easily drillable material during drilling, it is possible to evaluate the trajectory of the well and, accordingly, determine the stabilizing ability of the drilling tool.

Недостатками прототипа является, низкая эффективность стабилизирующей способности бурового инструмента, т.к. оценивается данный параметр не на интервале пересечения пластины горной породы, где и происходит искривление скважины, а на интервале проходки между пластинами из легко разбуриваемого материала по полученным в пластинах отверстиям.The disadvantages of the prototype is the low efficiency of the stabilizing ability of the drilling tool, tk. this parameter is evaluated not at the interval of crossing the rock plate, where the well is deformed, but at the interval of penetration between the plates of easily drillable material along the holes obtained in the plates.

Изобретение направлено на повышение эффективности определения степени стабилизирующей способности породоразрушающего инструмента при пересечении контактов горных пород различной твердости, которые и являются источниками искривления скважин.The invention is aimed at improving the efficiency of determining the degree of stabilizing ability of a rock cutting tool at the intersection of contacts of rocks of different hardness, which are the sources of well curvature.

Достигается это тем, что в способе определения стабилизирующей способности бурового инструмента, путем измерения отклонения ствола скважины от заданного направления, согласно изобретению, измеряют угол отклонения в месте пересечения бурового инструмента с пластиной горной породы, определенной твердости, в перпендикулярной плоскости пластины и в плоскости простирания пластины в интервале бурения, а показатель стабилизирующей способности бурового инструмента определяют по формуле:This is achieved by the fact that in the method for determining the stabilizing ability of a drilling tool, by measuring the deviation of the wellbore from a given direction, according to the invention, the angle of deviation is measured at the intersection of the drilling tool with a rock plate of a certain hardness, in the perpendicular plane of the plate and in the plane of the strike of the plate in the drilling interval, and the indicator of the stabilizing ability of the drilling tool is determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Δθ - угол отклонения в перпендикулярной плоскости пластины;where Δθ is the deflection angle in the perpendicular plane of the plate;

Δα - угол отклонения в плоскости простирания пластины;Δα - deflection angle in the plate strike plane;

L - интервал бурения.L - drilling interval.

Способ характеризуется составляющими процесса искривления:The method is characterized by the components of the curvature process:

- в плоскости отклонения под прямым углом к плоскости пластины горной породы, имитирующей твердый пласт горной породы, под действием отклоняющей силы Рот;- in the deflection plane at right angles to the plane of the rock plate, simulating a solid rock layer, under the action of a deflecting force P from ;

- в плоскости простирания пластины горной породы, имитирующей твердый пласт горной породы, под действием дестабилизирующей силы, вызванной неравномерным разрушением горных пород под торцом инструмента, который при пересечении пласта опирается на горные породы различной твердости.- in the plane of the strike of a rock plate imitating a solid rock layer, under the action of a destabilizing force caused by uneven destruction of rocks under the end of the tool, which, when crossing the layer, rests on rocks of different hardness.

Таким образом, в процессе исследования определения показателя стабилизирующей способности бурового инструмента оценивается его способность к отклонению под различными силовыми факторами и учитываются особенности вооружения бурового инструмента на боковой калибрующей и на торцевой поверхностях.Thus, in the process of studying the determination of the indicator of the stabilizing ability of a drilling tool, its ability to deviate under various force factors is evaluated and the features of the drilling tool armament on the side gauge and on the end surfaces are taken into account.

Такая совокупность предлагаемого способа определения стабилизирующей способности бурового инструмента позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию «изобретательский уровень».Such a combination of the proposed method for determining the stabilizing ability of the drilling tool allows us to conclude that the method meets the criterion of "inventive step".

Способ поясняется графически, где:The method is illustrated graphically, where:

- на фиг. 1 схема контакта бурового инструмента с пластиной 2 твердой горной породы.- in Fig. 1 is a diagram of the contact of a drilling tool with a plate 2 of hard rock.

- на фиг. 2 (вид А-А) схема отклонения ствола скважины под углом Δθ на интервале бурения длиной L- in Fig. 2 (view A-A) scheme of wellbore deviation at an angle Δθ at a drilling interval of length L

- на фиг. 3 (вид Б-Б), результирующее отклонение Δγ на интервале бурения длиной L, между Δθ - угол отклонения в перпендикулярной плоскости пластины и Δα - угол отклонения в плоскости простирания пластины;- in Fig. 3 (view B-B), the resulting deviation Δγ at the drilling interval of length L, between Δθ - the angle of deviation in the perpendicular plane of the plate and Δα - the angle of deviation in the plane of strike of the plate;

Стенд для определения стабилизирующей способности бурового инструмента включает блок 1, например, цементной смеси с включением в него плоской пластины 2 твердой горной породы. Твердость горной породы может быть различной, но превышать твердость материала в блоке 1. Это может быть горная порода типа гранит, долерит или другая кристаллическая твердая горная порода.The stand for determining the stabilizing ability of the drilling tool includes a block 1, for example, a cement mixture with the inclusion of a flat plate 2 of hard rock. The hardness of the rock may vary, but exceed the hardness of the material in block 1. It may be a rock such as granite, dolerite, or other crystalline hard rock.

В процессе бурения под действием осевого усилия Рос и крутящего момента Мкр формируется ствол скважины 5. В точке, пересечения бурового инструмента 4 и пластины 2 скважина начнет искривляться. Как показывают эксперименты (В.В. Нескоромных. Направленное бурение и основы кернометрии: Учебник. - 2-е изд. - М.:ИНФРА-М; Красноярск: СФУ, 2015, стр. 81-87, рис. 2.42, рис. 2.44, рис. 2.45, рис. 2.46) ствол скважины 5 будет искривляться в направлении падения пласта 2 (рис. 2.42 и рис. 2.44 приведенной выше книги) и в направлении простирания контакта с пластиной 2 горной породы (рис. 2.45 приведенной выше книги).In the process of drilling, under the action of the axial force P os and torque M kr , the wellbore 5 is formed. At the point where the drilling tool 4 and the plate 2 intersect, the well will begin to curve. As experiments show (V.V. Neskoromnykh. Directional drilling and the basics of core logging: Textbook. - 2nd ed. - M.: INFRA-M; Krasnoyarsk: SFU, 2015, pp. 81-87, fig. 2.42, fig. 2.44, fig. 2.45, fig. 2.46) wellbore 5 will deviate in the dip direction of formation 2 (fig. 2.42 and fig. 2.44 of the book above) and in the direction of strike of contact with rock plate 2 (fig. 2.45 of the book above) .

Для определения показателя стабилизирующей способности бурового инструмента после завершения бурения блока 1 через пластину 2 твердой горной породы осуществляется разборка блока 1 на составляющие его части, а именно элементы блока 1 и пластины 2 твердой горной породы. Измеряют отклонение забоя скважины 5 в двух взаимно перпендикулярных направлениях: под прямым углом к плоскости пластины 2 горной породы Δθ и в плоскости простирания пластины 2 Δα в интервале бурения L. Сумма значений

Figure 00000002
To determine the indicator of the stabilizing ability of the drilling tool after drilling block 1 through the plate 2 of hard rock, the block 1 is disassembled into its constituent parts, namely the elements of block 1 and the plate 2 of hard rock. Measure the deviation of the bottom hole 5 in two mutually perpendicular directions: at right angles to the plane of the rock plate 2 Δθ and in the plane of the strike plate 2 Δα in the drilling interval L. The sum of the values
Figure 00000002

Показатель K равный отношению общего отклонения забоя к интервалу бурения ствола скважины 5 L определяют по формуле:

Figure 00000003
.The indicator K equal to the ratio of the total deviation of the bottomhole to the drilling interval of the wellbore 5 L is determined by the formula:
Figure 00000003
.

где Δθ - угол отклонения в перпендикулярной плоскости пластины;where Δθ is the deflection angle in the perpendicular plane of the plate;

Δα - угол отклонения в плоскости простирания пластины;Δα - deflection angle in the plate strike plane;

L - интервал бурения.L - drilling interval.

Пример. Для сравнительного испытания стабилизирующей способности шарошечных долот с двумя (ДДА-59) и тремя шарошками (3Ш-59К-ЦА) произвели бурение вертикально забуренной скважины через блок 1, изготовленный из отвержденного цементного раствора с размещенной внутри блока пластины 2 твердой горной породы, установленной с наклоном на угол 75 градусов (см. фиг. 1).Example. For a comparative test of the stabilizing ability of roller cone bits with two (DDA-59) and three cone bits (3Sh-59K-CA), a vertically drilled well was drilled through block 1 made of hardened cement mortar with a plate 2 of hard rock placed inside the block, installed with tilted at an angle of 75 degrees (see Fig. 1).

Две скважины различными типами долот бурились последовательно в одном блоке на глубину 50 см.Two wells with different types of bits were drilled sequentially in one block to a depth of 50 cm.

После бурения двух скважин цементный блок 1 с пластиной 2 горной породы разобрали и произвели измерения, которые показали:After drilling two wells, the cement block 1 with the rock plate 2 was dismantled and measured, which showed:

при бурении двухшарошечным долотом типа ДДА-59 отклонение Δθ составило 2,0 см, отклонение Δα составило 0,6 см, а интервал бурения с отклонением равен 29 см;when drilling with a double-cone bit of the DDA-59 type, the deviation Δθ was 2.0 cm, the deviation Δα was 0.6 cm, and the drilling interval with a deviation was 29 cm;

при бурении трехшарошечным долотом типа 3Ш-59К-ЦА отклонение Δθ составило 1,5 см, отклонение Δα составило 0,4 см, а интервал бурения с отклонением равен 31 см.when drilling with a 3Sh-59K-TsA tricone bit, the Δθ deviation was 1.5 cm, the Δα deviation was 0.4 cm, and the drilling interval with a deviation was 31 cm.

Расчеты показали, что показатель K для двухшарошечного долота ДДА-59 составил

Figure 00000004
.Calculations showed that the K index for the double-cone bit DDA-59 was
Figure 00000004
.

Расчеты показали, что показатель К для трехшарошечного долота 3Ш-59К-ЦА составил

Figure 00000005
.The calculations showed that the K index for the tricone bit 3Sh-59K-CA was
Figure 00000005
.

Как следует из расчетов показатель K оценивает степень отклонения долота в отношении величины отклонения к интервалу бурения с искривлением.As follows from the calculations, the K index estimates the degree of bit deviation in relation to the amount of deviation to the drilling interval with curvature.

Таким образом, более высокой стабилизирующей способностью обладает трехшарошечное долото 3Ш-59К-ЦА в сравнении с двухшарошечным долотом ДДА-59. При этом отмечено, что на рост показателя K влияет повышенное отклонение как в направлении Δθ, так и в направлении Δα, но можно отметить более высокую склонность долота ДДА отклоняться от пластины под прямым углом, что может потребовать при бурении принятия мер по дополнительной стабилизации буровой компоновки в этом направлении.Thus, the tricone bit 3Sh-59K-CA has a higher stabilizing ability in comparison with the dvukhcone bit DDA-59. At the same time, it was noted that the increase in the K index is affected by an increased deviation both in the direction of Δθ and in the direction of Δα, but it can be noted that the DDA bit has a higher tendency to deviate from the plate at a right angle, which may require additional stabilization of the drilling assembly during drilling. in this direction.

Claims (5)

Способ определения стабилизирующей способности бурового инструмента путем измерения отклонения ствола скважины от заданного направления, отличающийся тем, что измеряют угол отклонения в месте пересечения бурового инструмента с пластиной горной породы, определенной твердости, в перпендикулярной плоскости пластины и в плоскости простирания пластины в интервале бурения, а показатель стабилизирующей способности бурового инструмента определяют по формулеA method for determining the stabilizing ability of a drilling tool by measuring the deviation of the wellbore from a given direction, characterized in that the angle of deviation is measured at the intersection of the drilling tool with a rock plate of a certain hardness, in the perpendicular plane of the plate and in the plane of the strike of the plate in the drilling interval, and the indicator stabilizing ability of the drilling tool is determined by the formula
Figure 00000006
Figure 00000006
 где Δθ - угол отклонения в перпендикулярной плоскости пластины;where Δθ is the deflection angle in the perpendicular plane of the plate; Δα - угол отклонения в плоскости простирания пластины;Δα - deflection angle in the plate strike plane; L - интервал бурения.L - drilling interval.
RU2021116198A 2021-06-02 2021-06-02 Method for determining the stabilizing ability of a drilling tool RU2769714C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021116198A RU2769714C1 (en) 2021-06-02 2021-06-02 Method for determining the stabilizing ability of a drilling tool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021116198A RU2769714C1 (en) 2021-06-02 2021-06-02 Method for determining the stabilizing ability of a drilling tool

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2769714C1 true RU2769714C1 (en) 2022-04-05

Family

ID=81076238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021116198A RU2769714C1 (en) 2021-06-02 2021-06-02 Method for determining the stabilizing ability of a drilling tool

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2769714C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1514894A1 (en) * 1987-03-27 1989-10-15 Иркутский политехнический институт Bed for investigating borehole crooking process
RU2733359C1 (en) * 2017-01-05 2020-10-01 Дженерал Электрик Компани System and method for directional drilling by rotary method with unbalanced force control

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1514894A1 (en) * 1987-03-27 1989-10-15 Иркутский политехнический институт Bed for investigating borehole crooking process
RU2733359C1 (en) * 2017-01-05 2020-10-01 Дженерал Электрик Компани System and method for directional drilling by rotary method with unbalanced force control

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БУГЛОВ Н.А. и др. Определение стабилизирующей способности центрированных колонковых наборов, Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН. N2(37) 2010. *
БУГЛОВ Н.А. и др. Определение стабилизирующей способности центрированных колонковых наборов, Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН. N2(37) 2010. НЕСКОРОМНЫХ В.В. Направленное бурение и основы кернометрии. Москва: "ИНФРА-М", Красноярск: Сиб. федер. ун-т. 2015, стр.100-112. *
НЕСКОРОМНЫХ В.В. Направленное бурение и основы кернометрии. Москва: "ИНФРА-М", Красноярск: Сиб. федер. ун-т. 2015, стр.100-112. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AyalaCarcedo Drilling and blasting of rocks
Han et al. Pressure relief and structure stability mechanism of hard roof for gob-side entry retaining
RU2769714C1 (en) Method for determining the stabilizing ability of a drilling tool
RU2392434C1 (en) Method to provide for stability of high ledges
JP2009122010A (en) Method of exploration for groundwater in tunnel ahead ground
CN110043262A (en) A kind of coal mine tight roof fractured horizontal well crack well combines monitoring method up and down
RU2695726C1 (en) Stabilizing two-story cutting-shearing drilling bit
Akisanmi Automatic management of rate of penetration in heterogeneous formation rocks
RU2244252C1 (en) Method for rock-blasting at open-pit mining
Karekal Modeling Rock chipping process in linear drag cutting mode
CN116104474B (en) Roof cutting pressure relief method based on roof cutting drilling hole edge concentrated stress fracturing principle
Noynaert Aimr (azimuth and inclination modeling in realtime): a method for prediction of dog-leg severity based on mechanical specific energy
RU2478912C1 (en) Method to explode rock massifs of various strength
RU2498211C2 (en) Method to perform blast-hole drilling
Azarov et al. GROWTH OF A HYDRAULIC FRACTURE IN THE SIDETRACKED BOREHOLE
RU2464425C1 (en) Method for determining value of undermining of consolidating stowing mass
RU2349754C1 (en) Method of development of blind ore bodies under guarded objects
RU2283418C2 (en) Method for primary productive bed penetration for oil and gas drilling
CN107503756B (en) A kind of drilling construction method for photoface exploision
RU2646887C1 (en) Method of drilling and blasting works in fractured rocks
SU829929A1 (en) Method of breaking-off a rock block
RU2005180C1 (en) Process of driving rock working
Arias et al. Geomechanical Behaviour of Loro-Acaé Block in Putumayo Basin
Topolski et al. Analysis of inaccuracy of determining a directional borehole axis
Setiawan et al. Drilling risk identification through anisotropic geomechanical modelling