Долота DMI

Компания Drill Master, Inc.

2013

7-1-0941 ООО "Евраз-Пром", www.evraz-prom.com e-mail: [email protected], тел. (342) 294-22-99

• Представление компании Drill master,

Inc.

• Долота с фиксированными резцами

• Долота серии Sta Bit

• Методика выбора типа долота

• Повышение рабочих характеристик долот


ООО "Евраз-Пром", www.evraz-prom.com e-mail: [email protected], тел. (342) 294-22-99

Долота с фиксированными резцами



Расчет резцов Разрушение породы = взаимодействие резцов с породойКомпьютерное моделированиеКомпьютерное моделирование

Гидравлический расчет Движение потока = равновесие между давлением и скоростью

Программное обеспечение для компьютерного моделированияПрограммное обеспечение для компьютерного моделирования

Термомеханическийрасчет Теплораспределение = Внутренняя температура корпуса

долота Сопротивление лопастей = Оптимизация межлопастного

пространства

Теоретический подход к проектированию буровых долот


PDC Резцы PDC (поликристаллические алмазные резцы)

Профиль

Длина калибрующего венца

Высота лопасти

Соединительный ниппель

Межлопастный объем

Насадка

Калибрующий венец

Прорезь для шлама

Пазы для съемникаМатричный корпус

5


Природные алмазыАлмазные вставки

Канавки выхода потока промывочной жидкостиПоперечный или радиальный поток

ТорецФиксированная полная площадь насадок

Калибрующая поверхность

Шейка

Соединительный ниппель

Канавка для выхода шлама

Длина калибрующего венца

Профиль


Плоские профили, короткие калибрующие венцы

Сведенные к центру спиральные лопасти, конического профиля

Устойчивость

Контроль траектории

Промывка

Геометрия долота


ОтношениеОтношение : H/E : H/E

H : Высота лопастиE : Толщина лопасти

H

D

E

ЗависимостьЗависимость : Vs – HSI : Vs – HSI

Vs : Объем породы

HSI : Энергия флюида (гидравлическая мощность в л. с. на кв. дюйм площади долота)

Геометрия долота


ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ БУРОВЫХ

ДОЛОТ


Проектирование буровых долот

ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ БУРОВЫХ ДОЛОТ

Исходные данные

Порода Кинематика Долото

Выходные данныеОбъем породы / резец

Элементарные силы / резец

Масса

Крутящий момент

Дисбаланс сил

Интеграция

Геометрия элементарныхвзаимодействий

Модель сил элементарных взаимодействий


Распределение напряжения на резце и взаимодействие с породойДопущения :

Геометрия режущей поверхности: призматической формы под углом ψ

Критерий отказа: нормальные и тангенциальные напряжения согласно критерию Мора-Кулона

Характеристики горной породы когезия C0 и угол внутреннего трения Φ

МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Теоретический подход: разрушение породы путем резания


Эффективность разрушения горных пород: требования к крутящему моменту и нагрузкам на долото в зависимости от механической скорости проходки

Дисбаланс: коэффициент дисбаланса бурового долота в зависимости от механической скорости проходки

Износ резцов: распределение износа в зависимости от конструкции долота

Критерии проектирования



Проектирование буровых долот


Профиль износаЭнергия, ДжОбъем, мм3

Радиус, мм

Площадь, мм2


ПРОЦЕСС РАЗРУШЕНИЯ ПОРОДЫ – РАССМОТРЕНИЕ РАБОТЫ ОДНОГО РЕЗЦА

Режущие силы: разрушение породы за счет фронтального воздействия

Реактивные силы: воздействие пластической деформации на заднюю часть резца

Реакция скоса кромки: действие скоса кромки



ТРЕХМЕРНОЕ КОМПЬТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ГОТОВИТСЯ К ВЫПУСКУ


ГОТОВИТЬСЯ К ВНЕДРЕНИЮ

ТРЕХМЕРНОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ (2012) :

Осевое и боковое смещение

Дисбаланс сил

Отклонение долота по азимуту и углу (управляемость + отклонение от заданной траектории)



Отклонение долота по азимуту и углу – отклонение от заданной траектории


Боковая силаОсевая сила

Вращение

Тенденция отклонения влево

Тенденция отклонения вправо


Модели долот с различными режущими структурами и профилями:

– С внутренним конусом– Радиус плеча– Калибрующий венец (триммеры)

Радиус плеча

Калибр

Внутренний конус

ТРЕХМЕРНОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ


Области трения

– Активный калибр (триммеры) Sf = f (wc, tip, UCS)

– Пассивный калибр (поверхность калибрующего венца) Sf = f (Lg, Wd)

Fl

Sf Sc

Fc

Fn

Ph

Ph

Wc

h

ТРЕХМЕРНОЕ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ


Боковой передний угол

Fl

SfSc

d Wd

Fc

Fn

Ph

Ph

h

WcFc

Fn

Wc

Ws




Ws (Град.)

h = 1,5 мм

h = 1 мм

h = 1,5 мм

h = 1 мм

Ws (Град.)

Fn

мак

с (N

)

Fn

мак

с (N

)


ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТРАСЧЕТ


Доводка

Нанесениесетки

Расчет

Моделирование гидравлических процессов

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ


Скорость флюида и траектории движения

частиц

Напряжение сдвига

Давление флюида

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

скоростьнапряжение

давление


Конфигурация насадок

Угол наклона струи

Насадка

Зона воздействия

Q1 = Q0 (1 + cos ) / 2

Q2 = Q0 (1 + sin ) / 2

Q0

Q1Q2

Эффективная промывка и удаление твердых частиц

УСТРОЙСТВО НАСАДОК


МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ


Области напряжения лопастей

ТЕПЛОВОЕ И МЕХАНИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

Тензор напряжений

Наиболее серьезные деформации наблюдаются в средней части лопастей бурового долота

Наибольшие напряжения возникают в резцах, вблизи насадок и вокруг областей, расположенной ниже резцов

Тензор напряжений: суммарное напряжениеУсловия нагружения 1Потенц. энергия 10,948

Геометрический масштаб

ЗНАЧЕНИЕ *1.Е6

Числовой масштаб 46.000000

Узловое смещение (Dx, Dy, Dz): Модуль смещенияУсловия нагружения 1Потенц. энергия 10,9468Геометрическая шкала

Числовой масштаб 46.000000

ЗНАЧЕНИЕ *1.Е -6

Шкала деформаций 765,46


ИСПЫТАНИЯ И ПРИЕМКА

ПОЛИКРИСТАЛИЧЕСКИХ АЛМАЗНЫХ РЕЗЦОВ

PDCООО "Евраз-Пром", www.evraz-prom.com e-mail: [email protected], тел. (342) 294-22-99

Размеры резцов

Более агрессивные

Меньше лопастей

Более высокий вращающий

момент19 мм и 16 мм

Более долговечные

Большее количество

лопастейБолее низкий вращающий

момент13 мм и 9 мм

Технология изготовления резцов



Поликристаллические алмазные резцы PDC

Компания DMI проводит серии испытаний поликристаллических алмазных резцов PDC, для обеспечения наивысшей ударной прочности на границе раздела алмаз – углеродная подложка


Технология изготовления резцов Условия проведения ударных испытаний и

испытаний на напряжение

поликристаллических алмазных резцов PDC

Поставщик № 2Поставщик № 1 ООО "Евраз-Пром", www.evraz-prom.com e-mail: [email protected], тел. (342) 294-22-99

Новая технология изготовления

резцов – аналитический подход



Процесс резки

Выделение тепла

Технология изготовления резцовИспытания на абразивный износ в тяжелых

условиях



Путь трения, м

Объ

ем и

звл

ечен

ног

о м

атер

иал

а,

мм3


Продукция серии Sta Bit


Стабилизированный корпус долота

Резцы высокого качества

Улучшенные гидравлические характеристики

Сбалансированная режущая структура

Усовершенствованная посадка резцов

Оптимизированный профиль

Конструктивные особенности


Расчет теоретического износа

Направленный профиль (отношение диаметра профиля к высоте)

Оптимизированное распределение усталости для повышения долговечности

Оптимизированный профиль

Обычный профиль Профиль Sta BitООО "Евраз-Пром", www.evraz-prom.com e-mail: [email protected], тел. (342) 294-22-99

Стабилизация корпуса долота обеспечивает общую стабильность ( постоянный контакт со стенками скважины - 360°)

Плоский профиль и расположение резцов позволяют добиться равномерного нагружения резцов, снижения флуктуаций вращающего момента и повышения долговечности резцов

Двойной ряд резцов повышает плотность режущей поверхности

Усовершенствование контроля проводки ствола с помощью системы управления долотом Point the Bit

Стабилизация корпуса долота = пониженный вращающий момент

Нач

ало

исп

ыта

ни

й

Вибрация

Вращающий момент

Стабилизаторы задействованы

Увеличение нагрузки на долото и вращающего момента Направление движ. через испыт. блок90 об./мин

Нестабильное вращение

Отметка времени


Положение резцов определяется на основе критериев минимизации энергии : минимальные энергозатраты для извлечения максимального объема породы

Для оптимизации режущей структуры учитывались свойства пород, данные электрического каротажа, эксплуатационные параметры. Посадка резцов выбирается в соответствии с конкретной задачей.

Fl

SmSc

d Wd

Fc

Fn

Ph

Phh

Wc

Усовершенствованная посадка резцов




Конструктивные особенности долота

Амортизирующие вставки

Вставки для уменьшения износа

Буровая коронка

Защита калибрующих поверхностей


Обратная проработка ствола скважины


Амортизирующие вставки

Конфигурация с учетом конкретных условий эксплуатации

Повышение стабильности долота за счет уменьшения боковых и осевых смещений

Снижение вероятности повреждения при ударной нагрузке


Импрегнированные резцы

Конфигурация с учетом конкретных условий эксплуатации

Повышение стабильности долота за счет уменьшения боковых и осевых смещений

Снижение вероятности повреждения при ударной нагрузке

Увеличенное количество алмазов


Защита калибрующих поверхностей

Standard G1 G2

ДЛИНА

ШИРИНА

СХЕМА АРМИРОВАНИЯ СТАНДАРТНОГО КАЛИБРУЮЩЕГО ВЕНЕЦА

СХЕМА АРМИРОВАНИЯ СТАНДАРТНОГО КОРОТКОГО КАЛИБРУЮЩЕГО ВЕНЦА

Армировано карбидом

1/4 x 1/2 x 1/8 дюйм.

Армировать 1 ряд карбидом

вдоль радиуса передней кромки

Тип. радиусы кромки передней и задней - 1/8’

Примечание:

Радиусы передней и задней кромок

1/4’ на калибрующих поверхностях превышают 1 1/2’ ширины.


Расстояние между элементами.

Зазор должен быть не менее 0,050’.

Определение кол-ва карбидных вставок.

Ширина калибрующего венца – 0,25 х 3 (округлить до целого числа) = кол-во рядов.

ДЛИНА х 2 – 1 = макс. кол-во карбидных вставок на колонку

(располагать ряды в шахматном порядке для обеспечения нахлеста карбида).

Стандартные вставки PDC плоского

калибрующего венца

Стандартные вставки PDC плоского

калибрующего венца

Армировать карбидом 1/4’x1/2’x1/8’

Ряд (1) горизонтально под PDC, затем продолжить

нанесение стандартного слоя

ДЛИНА НЕ БОЛЕЕ 1’

Специальное примечание для коротких калибрующих поверхностей

ПРИ НЕХВАТКИ МЕСТА, КАРБИД МОЖНО ЗАМЕНИТЬ НА ЭЛЕМЕНТЫ TSP

СХЕМА АРМИРОВАНИЯ КАЛИБРУЮЩЕГО ВЕНЦА – КОНФИГУРАЦИЯ А

Во втором ряду заменить все вставки из карбида 2 -мя элементами TSP

Во втором ряду заменить вставку из карбида на дополнительную плоскую вставку PDC на каждой поверхности калибрующего венца. Вставки PDC должны быть одинакового размера.


Стандартная схема армирования калибрующего венца

Определение дополнительных вставок PDC 1 на поверхность калибрующего венца

Определение кол-ва вставок TSP на калибрующий венец

Максимально – 2 вставки карбида на колонку

СПЕЦИАЛЬНАЯ СХЕМА АРМИРОВАНИЯ КАЛИБРУЮЩЕГО ВЕНЦА

Конкретные данные представлены в компоновке конструкции

СХЕМА АРМИРОВАНИЯ КАЛИБРУЮЩЕГО ВЕНЦА РАСШИРИТЕЛЯ ОБРАТНОГО ДЕЙСТВИЯ

во втором ряду заменить карбид на 2 элемента TSP

На всех калибрующих венцах заменить одну карбидную вставку на дополнительную плоскую вставку PDC. Конфигурация А.

Вставки PDC для замены карбида. Вставки PDC устанавливаются в конечной части калибрующего венца (выделено синим)

ПРИМЕЧАНИЕ

СМОТРИ СТАНДАРТ И СХЕМУ АРМИРОВАНИЯ КАЛИБРУЮЩЕГО ВЕНЦА, КОНФИГУРАЦИИ G


Расположение и размеры насадок с учетом конкретных условий эксплуатации

Возможность увеличения суммарной площади поперечного сечения насадок (количество портов) долота

Возможность исполнения в любой конфигурации по специальному заказу

Гидравлика долота


Возможность исполнения в любой конфигурации по специальному заказу

Обратная проработка ствола скважины


Обозначение долот

Количество лопастей Буквенное обозначение M 316 Размер резца в мм

8 мм = 809 мм = 9011 мм = 1113 мм = 1316 мм = 1619 мм = 19

Система идентификации буровых долот компании DMI построена по принципу классификации конструкций на основе физических свойств. Заводской номер сборки долота соответствует модели и модификации, или же специальному, нестандартному назначению. В некоторых случаях для обозначения специальных характеристик добавляется суффикс (+ = двойной ряд резцов на одной лопасти). Долото, приведенное на рисунке выше, обозначается как M316+.

M = (стандартное матричное)MBC = бицентричноеMC = керновоеMD = алмазноеMI = импрегнированное



Выбор долот


Исходные данные

Система анализа данных

База данных и система формирования отчетов

ДАННЫЕБуровой журналГлавный журнал буровых работДанные кавернометрииДанные электрокаротажаДанные по поведению КНБК при ННБ

Инженер по механике горных

пород

Анализ породы

Анализ применения

Интерпретация буровых

характеристик, Поведение КНБК

Анализ данных

Проектировщик Проектировщик долотдолот

САПРСАПР / / КМКМ

Проектировщик Проектировщик долотдолот

NX 7

Гидравлика Гидравлика долотадолота

FLUENT

B.0.M.

Решение

Программа выбора долот

План буренияПлан бурения Гидравлика Гидравлика долотадолота


ПРЕДЛОЖЕНИЕ ДОЛОТ КОМПАНИИ ПРЕДЛОЖЕНИЕ ДОЛОТ КОМПАНИИ DMI DMI НА ОСНОВАНИИ АНАЛИЗА ДАННЫХ НА ОСНОВАНИИ АНАЛИЗА ДАННЫХ

КАРОТАЖАКАРОТАЖА

Период Группа Пласт Интервал

^ ^ ^ ^ ^ ^

I I

I I

I I

/ / /^ ^ ^ ^ ^ ^ Начало зарезки в 16"

I I

I I

I I

I I

I I

I I

RUS ^ ^ ^ ^ ^ ^^ ^ ^ ^ ^ ^^ ^ ^ ^ ^ ^

UMM ER RADHUMA / / /Доломит/доломитовый известняк / / /

/ / // / /

/ / // / /

Известняк/вакстон/доломит. глинозем/ / /

SIMSIMAИзвестняк/пэкстон / / /

Вакстон/долом. извест.FIQA ~ ~ ~ Обс. кол. 13 3/8"

Marl/аргелит. известняк в FIQAсланец ~ ~ ~ От FIQAHALUL до THAM

Известняк/меловый вакстон

LAFFAN I I

I I

I I

Сланец коричнево серый Интервал 12 1/4"MISHRIF Прямой участок

Известняк/пэкстон/вакстонSALABIKH

Известняк/аргелит.-извест.NAHR UMR I I

I I

I I

Сланец/серый/зеленый I I

I I

I I

THAMAMA IИзвестняк Обсадная

THAMAMA II колонна 9 5/8"Известняк Интервал 8 1/2"

THAMAMA III Отход от вертикали Известняк и горизонтальн. уч.

THAMAMA IVИзвестняк

THAMAMA VИзвестняк/кремн. сланцы

THAMAMA VIДоломитовый известняк / / /

Схема выбораI I

Пал

еоце

нМ

елов

ый

AR

UM

AW

AS

IAT

HA

MA

MA

Вакстон/доломитовый известняк

DAMMAM

Эоц

ен

Сводные данные по выбору долот

Литолог. колонка Обсадная колонна

ГЕОЛОГИЯ БУРЕНИЕ ПРЕДЛАГАЕМОЕ ДОЛОТО

Тип долота

Ми

оц

ен

I I I

I I

I I I

MISHAN

Известняк/гипс/глинистый ангидрит

I

Ангидритный массив с доломитом

Доломит/крист. известняк/пэкстон

Об

сад

ная

ко

ло

нн

а 9

5/8"

Хвостовик 7"

12 1/4"M719

7 лопастей9 насадок19 мм PDC

36" L3A Коническая

шарошкаIADC 111

Обсадная колонна 20"

Об

сад

ная

ко

ло

нн

а 13

3/8

"

16" ETD Коническая

шарошкаIADC 445

8 1/2" M713+

7 лопастей2-ой ряд резцов

7 насадокКороткий

калибрующий венец

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПО ВЫБОРУ ДОЛОТПРЕДЛОЖЕНИЕ ПО ВЫБОРУ ДОЛОТПрограмма оптимизации долот Программа оптимизации долот

Анализ эксплуатационных характеристикАнализ эксплуатационных характеристикна основе данных акустического каротажана основе данных акустического каротажа

Анализ эксплуатационых характеристикДанные акустического каротажа - скважина xx

1010

1110

1210

1310

1410

1510

1610

1710

40 60 80 100 120 140

12"1/4 M719552 м - 20,8 м/час18 т - 100 об/мин - 3301 л/мин2-4-WT-A-E-I-NO-TQ

12"1/4 M71990 м - 12 м/час16 т - 100 об/мин - 3301 п/мин2-2-WT-A-E-I-NO-TQ

12"1/4 M719329 м - 8,9 м/час14 т - 100 об/мин - 2968 л/мин

Акустические данные (мсек/фут)Сред. 90,6Расхожд 12,.0Макс. 152,8Мин 41,8

Акустические данныеs (мсек/фут)Средн. 84,0Расхожд. 7,3Макс.135,2Мин. 56,1

Акустические данные (мсек/фут)Сред. 74,5Расхожд.2,5Макс. 85,3Мин 62,6



Повышение эксплуатационных характеристик долот


• Компания Gulf Oilfield Supplies and Services - Оман

• Компания NDPR 1 - SPS – Нигерия- NDPR: долота PDC- NDPR (OTARY): долота PDC компании DMI 12 1/4”, 8

½” и 6”.

• Компания Titanic Tools – Южная Америка- Компания Titanic Tools с постоянным успехом

использует долота в течение последних 4-х лет- Низкий процент отказов при постоянно возрастающей

интенсивности эксплуатации долот за счет внедрения эффективных технических решений

- Новая конструкция - в процессе разработки

• Компания Petro Hawk – Северная Америка- Превосходит эффективность оборудования компании

SDBS на горизонтальном участке скважины на 35%

Применение долот компании DMI


Petro-Hawk Well: Wiggins 27H1 Field: Haynesville Shale State: Louisiana, USA Size: 6.75 Type: M 413 First Run: Footage Drilled: 3415 feet Depth In: 11,079 Depth Out: 14,494 Hours: 149 Rop: 22.9 feet per hour The M413 is designed for vertical, directional or horizontal applications with rotary or positive displacement motors in soft to medium soft moderate formation changes. It drills well in long shale or limestone with occasional sandstone or lignite strin gers. IADC M133

Компания Petro Hawk

Скважина:

Месторождение:

Штат:

Размер:

Тип:

Луизиана, США

Первый рейс

Проходка: 3415 футов

Время, час.:

Глубина забоя перед спуском: 11079

Глубина забоя после подъема: 14494

Скорость проходки: 22,9 фут./час

Долото М413 разработано для вертикального, горизонтально-наклонного или горизонтального бурения с роторными или винтовыми забойными двигателями в интервалах пород от мягких до умеренно мягких. Наблюдается стабильное бурение в длинных интервалах сланцев или известняков с редкими жилами песчаника или лигнита


Second Run: Attached are pictures of the 413 bit. It was rerun back in the hole after a motor failure. It drilled 1553’ in 46.5 hrs; 33.4 fph avg. overall. Rotate/slide ratio – 70/30%. Average ROP while rotating; 65 fph.

Второй рейсПрилагаются фотографии долота 413. Долото было повторно спущено в скважину после отказа забойного двигателя.Проходка долота составила 1553 фута за 46,5 часов. В целом, средняя скорость проходки составила 33,4 фут./час Соотношение вращение/скольжение 70/30%. Средняя скорость проходки при вращении составила 65 фут./час


Долота DMI

Documents