Оцінка затрат механічної енергії бурильної колони в процесі роторного буріння

Abstract

Стаття присвячена дослідженню динамічних явищ у бурильній колоні виходячи з енергетичних позицій. Тертя в механічних передачах привода ротора та викривлених ділянок бурильної колони до стінки свердловини в середовищі бурового розчину, а також зміна моменту опору на долоті є основними причинами затрат механічної енергії на процес буріння. При цьому для обертання бурильної колони із певною нерівномірністю у свердловині та поглиблення вибою використовується необхідна потужність двигуна. Розглянуто рівняння потужнісного балансу механічної системи “силовий привод – бурильна колона – вибій”. Сформульовано задачу щодо визначення кінетичної енергії бурильної колони при роторному бурінні, яка затрачається на подолання тертя в передачах привода та бурильної колони до стінки свердловини в середовищі бурового розчину, а також на руйнування вибою. Використання встановлених математичних залежностей, продемонстровано номограмою для визначення потужності на подолання сил тертя при холостому обертанні бурильної колони у свердловині. Отримані результати теоретичних досліджень можуть бути використані виробничо-технологічними відомствами бурових підприємств для проектної оцінки енергозатрат роторного буріння.

ций. Трение в механических передачах повода ротора, искривленных участков бурильной колонны о стенки буровой скважины в среде бурового раствора и изменение момента сопротивления на долоте являются основными причинами затрат механической энергии процесса бурения. При этом для вращения бурильной колонны с определенной неравномерностью в скважине и углубления забоя используется необходимая мощность двигателя. Рассмотрено уравнение баланса мощности механической системы “силовой привод – бурильная колонна – забой”. Сформулирована задача по определению кинетической энергии бурильной колонны при роторном бурении, которая затрачивается на преодоление трения в передачах привода и бурильной колонны о стенки скважины в среде бурового раствора, а также на разрушение забоя. Использование установленных математических зависимостей продемонстрировано номограммой для определения мощности на преодоление сил трения при холостом вращении бурильной колонны в скважине. Полученные результаты теоретических исследований могут быть использованы производственно-технологическими ведомствами буровых предприятий для проектной оценки затрат энергии при роторном бурении.

The article is devoted to the study of dynamic phenomena in the drill string based on energy positions. The friction of mechanical transmissions in rotor drive, curved sections of the drill string on drill-hole walls in the drilling mud and change in the torque on the bit are the main causes of the mechanical energy consumption in the process of drilling. In this case, the required engine power is used for to provide drill string rotation in the well with some unevenness and bottom-hole deepening.The power balance equation of the mechanical system “power drive–drill string–bottom hole” is analyzed. The authors have developed the problem for defining the kinetic energy of drill string in rotor drilling, which is spent on overcoming the friction in drive transmissions and drill string on drill-hole walls in the drilling mud as well as on drilling the bottom hole. The use of the defined mathematical dependencies is demonstrated by the nomograph for determining the friction power in case of drill string free run in the well. The obtained results of theoretical research can be used by engineering and manufacturing divisions of drilling enterprises for the engineering estimate of energy consumption in rotary drilling.