Теоретические и экспериментальные исследования основ механики разрушения горных пород в процессе формирования стволов скважин заданного направления и кривизны

• Автор: Нескоромных, Вячеслав Васильевич
• Шифр специальности: 05.15.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 264 с. : ил.

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСЯПЕРИМШНТМЬШЕ ИССЛЕДОВАНШ ОСНОВ МЕХАНИКИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД В ПРОЦЕССЕ ФОРМИРОВАНИЯ СТВОЛОВ СКВАЖН ЗАДАННОГО НАПРАВЛЕНИЯ И КРИВИЗНЫ
Специальность 05,15,14 - Технология и техника
геологоразведочных работ
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук
На правах рукописи
НЕСКОРОМНЫХ Вячеслав Васильевич
Томск

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
1. Аналитический обзор исследований и технических решений по проблеме механики разрушения анизотропных и перемежающихся по твердости горных пород и искривления стволов екважин
1.1. Обзор и анализ исследований механики разрушения забоя и силовых факторов, вызывающих искривление стволов скважин, при бурении анизотропных горных пород
1.2. Обзор и анализ исследований разрушения забоя и силовых факторов, вызывающих искривление стволов скважин при пересечении контактов горных пород различной твердости
1.3. Современные представления о механизме искривления скважин при вращательном бурении
1.4. Обзор, анализ и классификация технических решений
для управления направлением и кривизной скважин
1.5. Обзор и теоретические предпосылки разработки методов и породоразрушающих инструментов для забуривания дополнительных стволов скважин с искусственного забоя
1.6. Этапы теоретических и экспериментальных исследований механики разрушения горных пород в процессе формирования стволов скважин заданного направления и кривизны
2. Экономическое обоснование эффективности технологических методов управления направлением и кривизной скважин
3. Механика разрушения изотропных и анизотропных горных пород в процессе формирования стволов скважин при вращательном бурении
3.1. Исследование условий формирования ствола скважины
при бурении изотропной горной порода
3.2. Механика упруго-пластического деформирования анизотропных горных пород
3.3. Исследование напряженного состояния анизотропной горной породы под торцом нородоразрушающего инструмента
3.4. Механика формирования стволов екважин в процессе вращательного бурения анизотропных горных пород
3.5. Экспериментальные исследования буримасти и механики упруго-пластического деформирования анизотропных

горных пород
3.5.1. Методика исследований
3.5.2. Результаты экспериментальных работ
3.6. Теоретические модели породоразрушащих инструментов
для снижения искривления скважин в анизотропных
породах
4. Механика формирования стволов скважин жри пересечении буровым инструментом контактов различных по твердости горных пород
4.1. Исследование условий и силовых факторов формирования стволов скважин при пересечении инструментом контактов горных пород различной твердости
4.2. Исследование влияния геометрии торца и конструкции породоразрушающих инструментов на величину и характер силовых факторов, вызывающих искривление на контактах горных пород различной твердости
4.3. Экспериментальные исследования процесса искривления
на контактах горных пород различной твердости
4.3.1. Методика исследований
4.3.2. Результаты экспериментальных работ
5. Теоретические и экспериментальные исследования механизма искривления скважин, методологические основы выбора параметров буровых компоновок для проходки скважин
в анизотропных и перемежающихся по твердости горных породах
5.1. Механизм искривления скважин
5.1.1. Анализ условий, определяющих устойчивость буровых компоновок, и методика изучения работы компоновок
по их износу
5.1.2. Механизм искривления скважин на основе анализа
работы буровых компоновок
5.2. Исследование механизма работы, выбор параметров и разработка конструкций буровых компоновок для бурения анизотропных и перемежающихся по твердости горных пород
5.2.1. Аналитические и экспериментальные исследования механизма работы буровых компоновок со смещенным центром тяжести поперечного сечения
5.2.2. Выбор и обоснование конструктивных параметров

32- осевой момент инерции сечения забоя, м4;
- угол поворота торца коронки относительно плоскости забоя, радиан.
Основными факторами неравномерного разрушения горной породы при бурении, по А.Е.Колесникову [41], являются:
- изменчивость величины контактного воздействия торцевых элементов инструмента на забой за счет перекоса оси инструмента относительно нормали к забою;
- изменчивость величины и направления результирующей отклоняющей силы, вызывающей неравномерное фрезерование стенок скважины;
- характер вращения компоновки, определяющий продолжительность контакта породоразрушающих элементов с горной породой как на забое, так и в стенках скважины;
- анизотропность горных пород и различный угол между породоразрушающими элементами и линией наименьшего сопротивления породы.
В.В.Кривошеев [45-47] определяет интенсивность искривления в анизотропных породах согласно зависимости:
: 19,05( * ~ ЕЗ) (1в9)
1_,г ’
где лРт - отклоняющая сила, даН;
Ь - длина колонкового набора, м.
Усилие д Рт определяется как разность сопротивлений разрушению породы в направлениях по сланцеватости и против сланцеватости.
При наличии экспериментальных данных о величине этой силы зависимость (1.9) позволяет рассчитывать интенсивность естественного искривления скважин для различных буровых наборов.
В работе [15] рассмотрены условия работы буровых компоновок с учетом влияния изгибающего момента, действующего на верхний конец компоновки со стороны изогнутой бурильной колонны. Как следует из данной работы величина изгибающего момента со стороны деформированной колонны определяется типом соединения между компоновкой и колонной. При этом отмечается, что буровой набор всегда упруго деформирован и имеет прогиб, который при равных режимах бурения определяется соотношением жесткостей бурильных труб и самого набора. В работе [15], кривизна ствола скважины, реализуемая компоновкой в режиме Ф2> % жт %> определяется из выражений: