Метою роботи є розроблення ефективних методів управління процесом буріння і промивання скерованих свердловин з урахуванням енергетичних витрат. Поставлена мета досягається шляхом вирішення таких завдань: 1. Аналіз чинників, які впливають на енергетичні витрати при бурінні скерованих свердловин. 2. Поглиблене дослідження роботи бурильного інструменту в стовбурі свердловини для вдосконалення методів його проектування з урахуванням енергетичних витрат. 3. Розвиток наукових основ вибору конструкцій і режимів експлуатації бурильної колони для якісного буріння скерованих свердловин з урахуванням енергетичних витрат. 4. Розвиток наукових основ і розроблення засад енергоефективного промивання скерованих свердловин. 5. Лабораторна та дослідно-промислова перевірка основних результатів наукових досліджень. 6. Розроблення та впровадження у виробництво ефективних методів управління процесом буріння і промивання скерованих свердловин з урахуванням енерговитрат. ЗМІСТ ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ 6 ВСТУП 7 РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ПРОБЛЕМ ЕНЕРГОЕФЕКТИВНОСТІ І ЯКОСТІ БУРІННЯ СКЕРОВАНИХ СВЕРДЛОВИН ТА ПОСТАНОВКА ЗАВДАНЬ ДОСЛІДЖЕННЯ 16 1.1. Робота бурильного інструменту в стовбурі свердловини як складова енерговитрат процесу буріння 20 1.1.1. Наукові основи і результати досліджень сил притискання БК до стінок свердловини 22 1.1.2. Наукові основи і результати досліджень потужності обертання БК у стовбурі свердловини 31 1.1.3. Наукові основи і результати досліджень потужності під час роботи бурових доліт у стовбурі свердловини 34 1.2. Промивання свердловини як енерговитратний технологічний процес циклу буріння свердловини 36 1.3. Техніко-технологічне забезпечення для управління траєкторією буріння скерованих свердловин 41 1.4. Постановка завдань досліджень і вибір методів їх вирішення 52 РОЗДІЛ 2 ДОСЛІДЖЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ВИТРАТ, ОБУМОВЛЕНИХ РОБОТОЮ НЕОРІЄНТОВАНИХ КНБК І ДОЛОТАМИ В ПРОЦЕСІ БУРІННЯ СКЕРОВАНОЇ СВЕРДЛОВИНИ 55 2.1. Дослідження силових чинників взаємодії доліт і ОЦЕ неорієнтованих КНБК з вибоєм та стінками скерованої свердловини 56 2.1.1 Математична модель неорієнтованої КНБК у похило-прямолінійному стовбурі свердловини 56 2.1.2. Математична модель неорієнтованої КНБК у викривленому стовбурі свердловини 67 2.2. Дослідження енергетичних втрат під час роботи неорієнтованої КНБК у стовбурі скерованої свердловини 71 2.2.1. Механізм та фактори енергетичних втрат 72 2.2.2. Обертання неорієнтованих КНБК у стовбурі скерованої свердловини 74 2.2.3. Осьове переміщення неорієнтованої КНБК вздовж стовбура скерованої свердловини 78 2.3. Дослідження потенціальної енергії деформації неорієнтованої КНБК у стовбурі скерованої свердловини 83 2.4. Дослідження енерговитрат під час роботи бурових доліт у процесі буріння скерованої свердловини 88 2.4.1. Витрати механічної енергії на тришарошковому долоті 88 2.4.2. Витрати механічної енергії на лопатевому долоті 91 2.4.3. Витрати гідравлічної енергії на долоті 94 2.5. Науково-практичні основи вибору конструкцій енергоефективних неорієнтованих КНБК для буріння скерованої свердловини роторним способом 97 Висновки до розділу 101 РОЗДІЛ 3 ДОСЛІДЖЕННЯ ЕНЕРГОВИТРАТ ПІД ЧАС ОБЕРТАННЯ БК У СТОВБУРІ СКЕРОВАНОЇ СВЕРДЛОВИНИ 102 3.1. Дослідження площі контактування БК з ФК на стінці свердловини 102 3.2. Дослідження сил притискання БК до стінок свердловини 111 3.3. Дослідження механізму енерговитрат під час обертання БК у вертикальному стовбурі свердловини 120 3.3.1. Визначення впливу тертя БК до стінок скерованої свердловини на енерговитрати процесу її обертання 120 3.3.2. Визначення впливу БР на умови обертання БК в стовбурі свердловини 124 3.4. Дослідження енергії деформації БК у викривленому стовбурі свердловини 128 3.5. Наукові основи розрахунку енерговитрат при обертанні БК у стовбурі скерованої свердловини 134 3.6. Наукові основи розрахунку енерговитрат на піднімання бурильного інструменту із скерованої свердловини 140 Висновки до розділу 144 РОЗДІЛ 4 ДОСЛІДЖЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ВИТРАТ ПРОЦЕСУ ПРОМИВАННЯ СКЕРОВАНОЇ СВЕРДЛОВИНИ 145 4Л. Дослідження енерговитратності БК під час промивання свердловини... 145 4.2. Наукові основи промивання скерованої свердловини із зменшеною продуктивністю БН 148 4.2.1. Проектування продуктивності БН для гідротранспортування шламу по КП свердловини 148 4.2.2. Проектування продуктивності БН для очищення вибою свердловини від шламу 165 4.2.3. Науково-практичні рекомендації щодо проектування і вибору продуктивності БН для енергоефективного промивання свердловини 170 4.3. Дослідження впливу на енерговитрати процесу промивання скерованої свердловини продуктивності БН 172 Висновки до розділу 179 РОЗДІЛ 5 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ВИТРАТ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ БУРІННЯ СВЕРДЛОВИНИ...180 5.1. Лабораторні експериментальні дослідження процесу обертання БК у стовбурі свердловини 180 5.1.1. Визначення критеріїв подібності для моделювання процесу обертання БК у стовбурі свердловини 180 5.1.2. Конструкція експериментального стенду для дослідження процесу обертання БК 184 5.1.3. Технологія проведення експериментальних досліджень процесу обертання БК 187 5.2. Лабораторні експериментальні дослідження сил притискання БК до стінок свердловини 191 5.2.1 Неорієнтовані КНБК 191 5.2.2. БК у викривленому стовбурі скерованої свердловини 204 5.3. Статистична обробка результатів експериментальних досліджень 207 5.4. Промислова апробація наукових основ розрахунку енерговитрат процесу буріння свердловини 210 Висновки до розділу 221 РОЗДІЛ 6 ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ БУРІННЯ СКЕРОВАНИХ СВЕРДЛОВИН З ВИКОРИСТАННЯМ КНБК НА БАЗІ ВД 222 6.1. Розширення технологічних можливостей неорієнтованих КНБК шляхом використання керованого відхильника 222 6.2. Розширення технологічних можливостей неорієнтованих КНБК використанням центраторів із рухомими опорними вузлами 231 6.3. Розширення технологічних можливостей неорієнтованих КНБК шляхом використання пристрою для вимірювання згинального моменту 240 6.3.1. Конструкція пристрою 240 6.3.2. Встановлення робочих характеристик пристрою і робота з ним... 245 6.4. Розширення технологічних можливостей неорієнтованих КНБК шляхом використання центраторів із поворотними опорними вузлами 261 Висновки до розділу 269 ВИСНОВКИ 270 ДОДАТКИ 273 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 307