«Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море»

Разработка шпиндельной секции высокооборотного турбобура для бурения глубоких скважин в условиях в высшей степени крепких пород

УДК: 622.24
DOI: -

Авторы:

¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия

Ключевые слова: горно-геологические условия бурения, сверхглубокие нефтегазовые скважины, шпиндельная секция, высокооборотный турбобур, шкала крепости М.М. Протодьяконова

Аннотация:

Горно-геологические условия бурения глубоких и сверхглубоких нефтегазовых скважин становятся все сложнее, приближаясь, а то и становясь экстремальными, что характеризуются высоким гидростатическим давлением и высокой температурой на забое. В таких условиях, как правило, встречаются участки очень крепких и в высшей степени крепких горных пород по шкале крепости М.М. Протодьяконова. В данных условиях необходимо обеспечивать высокую скорость вращения долота, что возможно при турбинном способе бурения. В статье рассмотрена шпиндельная секция, способная работать не только при высоких оборотах (до 2500 об/мин), но и в экстремальных геолого-технологических условиях бурения. Приведены расчёты для шпиндельной секции, которая впоследствии будет включена в высокооборотный турбобур для разрушения в высшей степени крепких пород. В настоящее время создание турбинной секции уже возможно, поэтому оптимизация шпиндельной секции актуальна. Она необходима для передачи вращательного момента от турбинной секции, для стабилизации работы двигателя, амортизации радиальных и осевых вибраций, а также стабилизации работы гидравлического двигателя и самого процесса бурения в целом.

Список литературы:

1. Двойников М.В. Проектирование траектории скважин для эффективного бурения роторными управляемыми системами // Зап. Горного ин-та. – 2018. – Т. 231. – С. 254–262. – DOI: 10.25515/PMI.2018.3.254
2. Двойников М.В., Кузнецова Н.Ю., Минаев Я.Д. Обоснование возможности и оценка эффективности применения технологии бурения скважин на депрессии с регулируемым давлением // Стр-во нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2021. – № 9(345). – С. 5–9. – DOI: 10.33285/0130-3872-2021-9(345)-5-9
3. Бурение глубоких и сверхглубоких скважин с целью поиска и разведки новых месторождений полезных ископаемых / М.В. Двойников, Д.И. Сидоркин, С.Л. Юртаев [и др.] // Зап. Горного ин-та. – 2022. – Т. 258. – С. 945–955. – DOI: 10.31897/PMI.2022.55
4. Development of Hydraulic Turbodrills for Deep Well Drilling / M.V. Dvoynikov, D.I. Sidorkin, A.A. Kunshin, D.A. Kovalev // Applied Sciences. – 2021. – Vol. 11, Issue 16. – Article No. 7517. – DOI: 10.3390/app11167517
5. Neyrfor Thru-Tubing Turbodrill 2⅛-in. – URL: https://www.slb.com/-/media/files/bdt/brochure/neyrfor-ttt-br-2.ashx (дата обращения 20.11.2023).
6. Neyrfor Thru-Tubing Turbodrill 2⅞-in. – URL: https://www.slb.com/-/media/files/drilling/product-sheet/neyrfor-ttt-278-ps.ashx (дата обращения 20.11.2023).
7. Пат. на полез. модель 117545 Рос. Федерация, МПК F16C 19/18. Подшипник шариковый радиально-упорный / С.М. Селиванов, В.Г. Воробьёв, Ю.В. Захаров [и др.]; патентообладатель ОАО "Пермнефтемашремонт". – № 2012104863/11; заявл. 10.02.2012; опубл. 27.06.2012, Бюл. № 18.
8. Kadochnikov V.G., Dvoynikov M.V. Development of Technology for Hydromechanical Breakdown of Mud Plugs and Improvement of Well Cleaning by Controlled Buckling of the Drill String // Applied Science. – 2022. – Vol. 12, Issue 13. – Article No. 6460. – DOI: 10.3390/app12136460
9. Матюнин А.Н., Романов Р.А. Определение динамической грузоподъёмности подшипников качения исходя из номинального момента электрической машины // Вестн. Чувашского ун-та. – 2022. – № 1. – С. 88–99. – DOI: 10.47026/1810-1909-2022-1-88-99
10. Петров Н.И., Лаврентьев Ю.Л. Сравнение различных методик расчета тепловыделения в радиально-упорных шарикоподшипниках // Вестн. Самарского ун-та. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. – 2018. – Т. 17, № 2. – С. 154–163. – DOI: 10.18287/2541-7533-2018-17-2-154-163
11. Effect of picosecond laser texturing on the friction behavior of silicon carbide in hybrid ceramic bearings under dry and water lubrication / Chen Xu, Wang Chengyun, Jiang Jiyan [et al.] // Ceramics Int. – 2023. – Vol. 49, Issue 18. – P. 29857–29869. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2023.06.243
12. Fink J. Petroleum Engineer's Guide to Oil Field Chemicals and Fluids. – 2021. – Chapter 1. Drilling muds. – P. 1–122. – DOI: 10.1016/B978-0-323-85438-2.00001-3
13. Сафарян К.А., Гончаров М.М., Трефилов И.А. Особенности конвективного теплообмена в полости между двумя частично нагретыми цилиндрами различной формы // Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии: тез. докл. XIV Всерос. шк.-конф. молодых ученых, Новосибирск – Шерегеш, 28 февр. – 6 марта 2020 г. – Новосибирск: Параллель, 2020. – С. 170–171.
14. Исследование работы комплексного многослойного пластинчатого теплообменника / В.С. Ежов, А.П. Бурцев, Н.Е. Семичева, Н.С. Перепелица // Науч. журн. Инженерные системы и сооружения. – 2021. – № 3-4(45-46). – С. 27–32.
15. Zhao Houjian, Li Xiaowei, Wu Xinxin. New friction factor and Nusselt number equations for turbulent convection of liquids with variable properties in circular tubes // Int. J. Heat Mass Transfer. – 2018. – Vol. 124. – P. 454–462. – DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.03.082
16. Матросов В.М., Сулашкин С.С., Деревянных А.И. Вопросы повышения эффективности бурения разведочно-эксплуатационных скважин большого диаметра в крепких породах // Изв. Томского политехн. ин-та. – 1971. – Т. 177. – С. 170–179.
17. Мерзляков М.Ю., Блинов П.А., Страупник И.А. Гидроаэромеханика и теплообмен в бурении: методические указания к практическим занятиям. – СПб.: С.-Петерб. горный ун-т, 2020. – 63 с.
18. Drilling of alumina and zirconia ceramics using diamond-coated carbide drill / M. Okada, F. Yoshimoto, H. Watanabe, M. Nikawa // J. of Manufacturing Processes. – 2023. – Vol. 89. – P. 410–429. – DOI: 10.1016/j.jmapro.2023.01.055
19. ГОСТ 5632-2014. Легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки. – Введ. 2015–01–01. – М.: Стандартинформ, 2015. – III, 49 с.
20. Determination of microstructure and mechanical properties of ceramics bonded tungsten carbide doped with hybrid graphene/SiCw / Sun Jialin, Li Xiao, Zhao Le [et al.] // J. of Materials Research and Technology. – 2024. – Vol. 29. – P. 1313–1320. – DOI: 10.1016/j.jmrt.2024.01.221