1. 2
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И№5 май • 2009
НОВЕЙШИЕ ТЕХНОЛОГИИ В РОССИИ И СНГ
На сегодняшний день в процессе проектирования
оценка и определение нужного числа долот для бурения
скважины осуществляется на основе анализа фактиче-
ского расхода долот при бурении соседних скважин. При
этом берут те долота, которые при проходке на харак-
терных интервалах бурения под ту или иную колонну,
показали наибольшую проходку или максимальную
механическую скорость (Vмех.
). При подъеме долота из
скважины (когда, по мнению бурильщика, пришло время
для проведения этой операции, что не совсем правильно)
ресурс многих долот, как правило, не вырабатывается
полностью. Учебники по бурению учат, что надо бурить
либо по максимальной Vрейсовой
, либо по минимальной C
(стоимости метра). Однако буровики во всем мире бурят
по максимальной Vмех.
, т.к. за ее изменениями гораздо
легче следить на буровой.
К настоящему времени во ВНИИБТ создан пакет из
трех компьютерных программ под общим названием
ДОПР (Долотная Программа). Эта программа позволяет
планировать время работы долота на забое на научной
основе при полном допустимом расчетном проценте
отработки зуба или опоры в отличие от соседних сква-
жин, где эти оптимальные результаты получаются без
гарантии использования всех резервов долота по их по-
вышению, т.е. они ошибочны.
Кроме того, указанные результаты износа долот
по программе ДОПР впервые даются с гарантией (по
расчету) требуемой точности их прогнозирования по
коду IADC, т.е. с допустимой ошибкой не более 12,5 %.
В то же время опубликованы аналогичные работы [1, 2]
иностранных исследователей, разработавших методи-
ки подобного счета для прогноза итогов бурения в по-
следующем рейсе (после проанализированного). Эти
методики дают гарантию точности предсказаний толь-
ко, если предварительно на начало расчета будут точно
определены процент износа зуба и опоры в предыду-
щем долблении. А как это сделать? Рекомендуется – в
результате инструментальных замеров износа. Однако
требуемой точности не могут добиться десятилетиями
ни в России, ни в США. Особенно с переходом на за-
крытые опоры и твердосплавные зубки (вместо фрезе-
рованного зуба). Казалось бы, задача не решаема.
Но есть три подпрограммы ДОПРа, которые вклю-
чают.
ПРИВОД – правдивый процент износа воору-
жения трехшарошечных долот, т.к. это влияет на про-
ходку, а также за величину средней Vмех.
хотя понятно,
что никто не бурит с контролем за износом зубков, но
ГРАМОТНЫЙ ВЫБОР ДОЛОТ С УЧЕТОМ
ИХ РАЦИОНАЛЬНОЙ ОТРАБОТКИ,
В ТОМ ЧИСЛЕ И ДЛЯ ПЕРВОЙ СКВАЖИНЫ
Белоруссов В.О., проф., д.т.н., ВНИИБТ
С помощью настоящего расчета впервые в мире определяется износ вооружения и износ опоры
(в том числе, закрытой опоры) с гарантированной точностью 12,5 %, как это требуется в соответствии
с международным кодом Ассоциации Буровых Подрядчиков
контроль за кодом износа необходим, т.к. позволяет
установить скол, а это, в свою очередь, говорит о том,
что имели место вибрации.
ЭПИЗОД – экспертная проверка процента износа
закрытой опоры долота. Если в настоящее время износ
зубков оценивается буровиком «на глазок», то износ
закрытой опоры оценивается вообще наугад.
МОРЖ – модель оптимизации режима бурения.
После исполнения двух первых программ МОРЖ дает
возможность заранее до начала рейса, следующего за
проанализированным, прогнозировать возможные
итоги будущего долбления при изменении РД и числа
оборотов в минуту (ради чего и делаются все работы по
определению износа). Если износ определен точно, то
достаточно точным будет и прогноз результата.
ПРИМЕР МЕТОДИКИ РАБОТЫ С ПАКЕТОМ ДОПР
Желая установить, на сколько процентов износи-
лось вооружение долота после очередного рейса (с це-
лью получения действительно обоснованных данных
на уровне международных требований, подходящих
для системного анализа износа трехшарошечных до-
лот) сначала выполняется первый расчет по программе
ПРИВОД. Супервайзер или буровой мастер могут ис-
пользовать программу ПРИВОД или просто просчитать
вручную по таблицам фактические исходные данные по
какому-либо типовому долблению под колонну. Исход-
ные данные, нужные для расчета, включают:
интервал от – до – проходка;
износ долота по коду IADC;
время работы долота на забое;
нагрузку;
об/мин;
диаметр трехшарошечного долота с указанием воо-
ружения (фрезерованный зуб или твердосплавные
зубки) и указанием характеристик долота (новое
или уже использовавшееся, а также сколько раз
спускалось на забой);
характеристика пород (терригенные или карбо-
натные);
вид опоры: открытая или закрытая (вибрации,
влияющие на износ, будут разными);
разгерметизация (да, нет?).
Никаких дополнительных сведений для расчета из-
носа долота больше не требуется.
После компьютерных вычислений Вы получаете
данные реального износа вооружения долота после
рейса. Тут же Вы можете получить информацию о том,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

2. 3№5 • май 2009
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И
НОВЕЙШИЕ ТЕХНОЛОГИИ В РОССИИ И СНГ
3-й шаг. Определение коэффициента U из исходных
данных обсуждаемого примера. Заметим, что определив
U, мы автоматически определяем и V [1].
где i = f(Тбур
) определяется по альбому таблиц функций.
Вспомним, что в расчете, разработанном американ-
скими специалистами, учитывается только влияние на
износ времени работы, нагрузки и число оборотов в
минуту, т.е. как при расчете обычного подшипника.
4-й шаг. Проверка 1. Анализируя данные таблицы,
сравним Uрасч
с Uтабл
.
Даже при беглом взгляде на таблицу, не прибегая ни
к каким расчетам, видно, что если Uтабл
= 123, то это из-
нос на 12,5 %, как его определил мастер, а если Uрасч
=66,6
то это прогноз износа где-то на 6 % за 10 ч бурения
(см. в табл. исходные данные). Так или иначе, и первый
и второй прогнозы располагаются в верхней строке та-
бличных данных (12,5 ±12,5 % – допустимые ошибки по
IADC при оценке процента износа вооружения долота
тем или иным способом.) Иными словами, получается,
что с погрешностью 12,5 % и тот и другой способ оценки,
предположительно являются верными. Почему предполо-
жительно? Потому что для такого вывода соблюдено пока
только необходимое условие (а именно Проверка 1 –
на достаточную количественную сходимость двух рас-
четов). Но это еще не достаточное условие.
5-й шаг. Проверка 2. На отсутствие противоречий
формальной логики в этих двух случайно совпавших
по первому допуску расчетов.
Согласно исходным данным задачи, исследуемое до-
лото было с фрезерованными зубьями. С другой сто-
роны, согласно существующей и хорошо известной
статистике, такое долото с фрезерованными зубьями
при роторном бурении в упомянутых породах рабо-
тает до подъема его на поверхность (если ничто не ме-
шает бурению) где-то около двух суток, или поряд-
ка 50 ч. И при этом проходит, как в данном случае
сти. Опоры – открытые (при них вибрации больше, чем
при твердосплавном или PDC-вооружении).
В США путем замера определили, что износ воору-
жения равен якобы 12,5 % после рейса. Требуется найти
правдивый процент износа вооружения долота после
рейса и оценить, можно ли доверять полученному за-
меру.
РЕШЕНИЕ
1-й шаг. Обезразмеривание нагрузки на дюйм диа-
метра долота [1]:
2-й шаг. Изучение таблицы, по которой студенты
вычисляют показатели вручную.
через сколько времени износ вооружения достиг бы
критической величины (например, 50 % если бы бу-
рение осуществлялось непрерывно). Соответственно,
при этом Vмех.
при тех же породах и режиме (т.е. при
бурении под ту же колонну) уменьшается в 2 раза. За-
тем, руководствуясь РД, долото надо поднимать на по-
верхность из экономических соображений (конечно,
если раньше не будет изношена опора по расчету на
75–80 %, что выясняется при последующем расчете
по программе ЭПИЗОД), производящемся после про-
граммы ПРИВОД.
Итак, после определения процента износа зуба вы-
полняют второй расчет – по программе ЭПИЗОД [3].
Этот расчет осуществляется при тех же исходных дан-
ных, что и в предыдущем примере. Этот метод впервые
позволяет застраховаться от аварии закрытой опоры
долота или оставления шарошки на забое. Стоит упо-
мянуть, что ликвидация такой аварии может стоить
миллион рублей или долларов, если авария произошла
на глубокой морской наклонной скважине. Это осо-
бенно актуально в свете того, что в настоящее время
из-за улучшения качества долота спускаются на забой
по нескольку раз, не зная точно, насколько износилась
опора. Если не используется программа ЭПИЗОД, это
связано с большим риском.
Третий расчет выполняется в соответствии с моде-
лью оптимизации режима бурения – МОРЖ. Износ
зубьев долота в любой момент рейса и опоры изобража-
ются на экране монитора графически. Кроме того, про-
грамма показывает изменения результатов при перехо-
де на другие виды бурения (например, с роторного на
турбинный способ бурения или с забойным винтовым
двигателем ВЗД), обороты, нагрузку и время бурения.
Все это позволяет грамотно планировать число до-
лот на скважину на научной основе с учетом возмож-
ной полной их отработки, а не по каким-то случайным
достижениям на соседних скважинах без сведений о
ресурсе долота.
Приведем пример и формулы для расчета процента
износа вооружения долота на ЭВМ (впервые с гарантией
точности оценки износа плюс-минус 12,5 % т.е. по IADC).
Возьмем в качестве анализируемого долбления достаточ-
но достоверные сведения из методического пособия по
оптимизации технологии для студентов университета
г. Талса (Оклахома, США), и одновременно проверим
точность выдаваемых там рекомендаций. Это можно
сделать потому, что нами частично заимствованы и мо-
дернизированы (в наших подпрограммах) некоторые по-
ложения методики счета, изложенные в американской
версии программы МОРЖ [3, 4]. Например, при расчете
износа вооружения учитывается уже и влияние вибра-
ций. Поэтому интересно посмотреть на обе рекоменда-
ции и сравнить их друг с другом т.к. в нашем варианте
впервые дается гарантия нужной по IADC точности при
определении процента износа вооружения долота.
Исходные фактические данные:
Dдол
= 222 мм (8,7");
проходка – 28 м;
время чистого бурения – 9,8 ч;
вооружение долота – фрезерованный зуб;
роторное бурение – 46 об/мин;
нагрузка на долото – 8 т.
Породы: терригенные, перемежающиеся по крепо-
Величина коэффициента износа вооружения U=f (V) т.е. износа
периферийных и внутренних (V) рядов шарошки в зависимости от
исходных данных любого примера
Износ вооружения
долота, %
12,5 25 37,5 50 62,5 75 87,5 100
U 123 316 381 920 1337 1824 2418 3078
V, % 105 236 389 563 767 959 1194 1437
РДусл
=
РД(mn)8
Dдол
"
=
7,88
8,7
= 7,2 у.е. (1)
U =
i=f(Tбур
)
=
49
7,2
= 66,6 у.е.
РДусл
(2)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

3. 4
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т Е Х Н О Л О Г И И№5 май • 2009
НОВЕЙШИЕ ТЕХНОЛОГИИ В РОССИИ И СНГ
(при Vмех (факт)
= примерно 3 м/ч) около 150 м, в отличие
от случая работы такого же долота с зубковым воору-
жением, бурящим в подобных условиях, которое стоит
на забое порядка 100 ч. (т.е. четверо суток) и позволяет
осуществить проходку 300 м.
Здесь по не откорректированному нами стандарт-
ному расчету США наблюдается противоречие фор-
мальной логике, чего в расчетах быть не должно. И про-
сматривается ошибка в прогнозах в 2 раза. Становится
понятным, почему обсуждаемые расчеты США не схо-
дятся с практикой.
На самом деле, если удельный износ вооружения ра-
вен 0,6 % в час, то за 100 ч работы на забое, вооружение
по расчету должно износиться на 60 %, а это – крити-
ческая цифра, при которой начальная Vмех.
падает, как
правило, где-то в 2 раза. В этом случае по существую-
щему РД, долото должно быть поднято на поверхность
из экономических соображений.
Получается, что мы разбирали расчет для долота с
фрезерованным зубом, а получили прогноз износа для
случая бурения с зубковым вооружением! Причина в
одном. В США рассчитывают износ в зависимости от
времени, нагрузки и оборотов, забыв, что в немалой
степени на износ влияют и вибрации при бурении. При
исследованиях, проведенных во ВНИИБТ, установи-
ли, что при проходке долотами с фрезерованным зубом
влияние вибраций на износ вооружения примерно в
2 раза больше, чем при аналогичном бурении долота-
ми с твердосплавными вставками. То же в отношении
открытой и закрытой опоры. Но здесь за критический
принимается износ на 75–80 %.
Поэтому осуществим 5-й шаг расчета по алгоритму
определения реального износа вооружения долота по
программе ПРИВОД – выполним Проверку 2.
Для этого введем в рассмотрение плавающий коэф-
фициент учета влияния вибраций W, который (по ис-
следованиям ВНИИБТ) равен 0,99 для долот зубкового
типа и 0,5 для долот с фрезерованным зубом. Он, как
и коэффициент i,берется из альбома таблиц функций,
если расчет производится вручную.
Обратимся к модернизированному ур. (2):
Из таблицы видно, что 133 для U и 123 для случая
износа зубьев различаются почти на 12,5 %, т.е. все ста-
новится на свое место. Прогноз износа фрезерованного
зуба равен 12,5 %, если учитывается влияние вибраций.
Буровик визуально определил процент износа воору-
жения правильно.
Пусть Вас не смущает несколько вольное обраще-
ние с терминами точности прогнозов. Дело в том, что
в прогнозных расчетах по бурению, когда нагрузки не
полностью доходят до забоя, обороты при забойных
двигателях являются плавающими и известен только
лишь их порядок по характеристикам забойных двига-
телей, геология описывается приблизительно и т.д. не-
серьезно говорить об абсолютной точности задаваемых
и получаемых величин.
В этих условиях критерием приемлемости предла-
гаемых расчетов является обязательное отсутствие в
прогнозах противоречий формальной логике. Подоб-
ные расчеты позволяют надежно устанавливать тен-
денции развития процесса и прогнозировать порядок
получающихся величин, достаточно приближенных к
известной практике бурения скважин.
ВЫВОДЫ
1. Проверочный расчет американской методики вы-
числения процента износа вооружения долота без не-
обходимых поправок на прогресс, достигнутый за годы,
прошедшие с момента создания этих расчетов [1, 2],
показал наличие в результатах упомянутых расчетов
прямого не соответствия формальной логике, что недо-
пустимо для расчетов международного класса.
2. Причиной такой явной не сходимости расчетов с
практикой является то, что в своих расчетах (по разо-
бранной первой [1] или по модернизированной второй
[2] американской методике) зарубежные исследовате-
ли не учитывали влияние вибраций на износ вооруже-
ния долота, в то время, как это сказывается на итогах
расчетов не в меньшей степени, чем влияние времени
работы, нагрузки и оборотов, что обычно учитывается
при расчетах зубчатых механизмов в обычном маши-
ностроении.
3. Следуя упомянутым умозаключениям, получает-
ся, что для получения адекватных результатов по об-
суждаемым расчетам надо вводить предлагаемый нами
коэффициент W для учета влияния вибраций на износ
вооружения долота.
4. Во ВНИИБТ автором были проведены соответ-
ствующие исследования и определен коэффициент
влияния вибраций на износ вооружения долота (в та-
бличной форме), варьирующийся примерно от 0,5 до
величины, близкой к 1.
5. Приведение обсуждаемых расчетов к виду, удоб-
ному для использования на практике, в России и в дру-
гих странах, снимает вопрос необходимости получать
нужную точность 12,5 % при инструментальных замерах
износа на производстве, т.к. это сделать не удается.
6. Появляется возможность улучшить и проектиро-
вание определения нужного числа долот на скважину
из-за отсутствия необходимости определения
лучших примеров бурения на соседних скважинах.
И возможность грамотной обработки долотной про-
граммы для первой скважины на месторождении. Для
этого надо иметь от заказчика только сведения по гео-
логии и конструкции сквкажины.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Galle E.V., Woods H.B., «Best Constant Bit Weight and Rotary Speed», Mines
& Quarry Eng. 1961 N1 p. 29–34, N2 p. 74–81.
2. A.T. Bourgoin, K.K. Milhelm, M.E. Chenever «Applied Drilling Engineering»,
U.S.A. 1986.
3. Белоруссов В.О., Способ точного определения процента износа закры-
той опоры долота расчетным путем («EPIZOD» by BellO’Russov, MOW,
Russia) Magazine: «Нефтегазовые технологии» №10, октябрь, 2007 (All
Union Sc Research Inst. of Drilling Techniques), VNIIBT, 495–235-2067.
4. Белоруссов В.О., Выбор долот с помощью компьютера (How It could be
Possible to choose the bit you need as the best by means of computer).Ж-л
«Бурение и нефть», 12.2002, стр. 22–23. (VNIIBT’s library).
U =
i Tбур
=
49
0,5 7,2
= 133,3.
WРд(усл)
Белорусов Владимир Олегович, главный научный со-
трудник – консультант ВНИИБТ, профессор, доктор
технических наук в области бурения скважин. Автор
около 100 научных работ и изобретений. Работал и пре-
подавал в России, США, Польше, на Кубе. Связаться
с проф. Белоруссовым можно по тел. (495) 959–67–
09, доб. 1–21; моб. тел. 8–917–505–94–02 или по
e-mail: vniibt@vniibt.ru (for the att of Mr. Belorussov),
v.khabetskaya@vniibt.ru для Белоруссова.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»