РАСЧЕТ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ БУРЕНИЯ СКВАЖИН
Р. М. Эйгелес, Р. В. Стрекалова.
Исследование основных закономерностей процеса бурения — одна из основных задач на пути совершенствования техники и технологии проводки нефтяных и газовых скважин. Постоянный рост потребностей в энергетическом сырье, увеличение добычи нефти и газа и связанный с этим значительный рост объемов бурения придают этой задаче весьма важное народнохозяйственное значение. В настоящее время в добывающей промышленности, как и в других отраслях, основным является интенсивный метод развития. Отсюда следует, что особое значение приобретают научно обоснованные методы создания буровой техники и разработки технологии проводки скважин. Эти методы должны базироваться на исследовании и количественном описании работы породоразрушающего инструмента, других элементов подземного бурового комплекса и самой разбуриваемой породы. При таком подходе требуется проведение большого объема научно-исследовательских работ, охватывающих целый ряд смежных, но весьма различных проблем.
На базе исследования закономерностей разрушения породы и математического моделирования процесса углубления необходимо создать метод прогнозирования показателей эффективности бурения при заданных конструктивных и технологических параметрах бурового комплекса, установить взаимосвязь между прогнозируемыми показателями и исходными параметрами и тем самым получить возможность определить области ■оптимальных режимов бурения, подобрать необходимый породоразрушающий инструмент и задать требуемые характеристики забойного двигателя или роторного привода.
Для решения этой задачи необходимо провести целый ряд различных исследований и разработок, основные из которых перечислены ниже.
Исследование основных закономерностей процесса взаимодействия породоразрушающих элементов с забоем.
Моделирование процесса работы шарошечного долота на забое скважины.
Определение комплекса характеристик для количественного описания процесса разрушения, необходимого для функционирования модели процесса работы долота.
Математическое описание продольных колебаний колонны «бурильных труб.
Моделирование взаимодействия породы, долота и колонны бурильных труб и составление алгоритма для реализации модели на ЭВМ.
Исследование модели на устойчивость и сравнение расчетных показателей с экспериментальными.
Разработка принципов расчета интегральных показателей эффективности бурения на базе результатов моделирования и экспериментальных закономерностей износа элементов конструкции долот..
Разработка научных основ проектирования вооружения буровых долот.
Решение задачи выбора областей оптимальных режимов: бурения для данного типа породы.
Исследование возможностей прогнозирования показателей бурения для интервалов сходной буримости.
Изучение влияния компоновки колонны бурильных труб на продольные колебания долота и процесс взаимодействия его с породой.
Разработка методики использования математической модели и массивов промысловой информации в системе проектирования строительства скважин.
Представленный в настоящей работе метод детерминированного моделирования процесса бурения не является единственно возможным. Существуют и в ряде случаев успешно функционируют различные эмпирические уравнения бурового процесса, используемые для прогнозирования показателей эффективности и оперативного управления буровым процессом. Однако преимуществом детерминированного подхода является то, что он основан на понимании физики происходящих процессов и, следовательно, обладает определенной эвристичностью. Используя уже составленную модель, можно сравнительно просто изменять в широком диапазоне параметры системы, выявляя при этом влияние этих изменений на работу системы в целом. Авторы полагают, что полное решение задачи оптимизации технологического процесса проводки скважин должно быть основано на взаимодействии статистических, эмпирических и детерминированных методов исследования бурового процесса.
Авторы выражают глубокую благодарность сотрудникам’ лаборатории разрушения горных пород и лаборатории оптимизированных проектов строительства скважин ВНИИБТ, принимавшим участие в исследовательских работах, проведении экспериментов и программировании на ЭВМ.