Identification of rotational torque and power in HDD

• Autorzy: Niżnik D. , Gonet A.

Warianty tytułu

PL

Identyfikacja momentu obrotowego oraz mocy w procesie wiercenia przewiertów sterowanych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The efficiency and economics of directional drilling is influenced by drilling techniques and technology as well as drilling devices, drill bits - so much different from the ones used for deep drilling. Identification of the torque and power needed for rotating the string and drilling of rocks are of special significance. The present works on drilling techniques and technology (Brouthers & Silverman, 1982; Dvorak, 2006; Finnsson, 2005; Frantzen, 2003; Gęborys, 1999; Iseley & Tanwani, 1992; Lubiński & Miska, 1988) do not provide a complex solution to the problems related to identification of torque and power in the drilling process, encountered during shallow HDD drilling at less than 30 m of depth in various types of rocks. Drilling companies frequently do not make use of appropriate procedures and standards systemizing the HDD processes. The results of field surveys made during peńorming a directional borehole in Rajsk, near the Soła river are presented in the paper. A zone of macroscopically homogeneous rocks was distinguished in the profile. Two very important parameters (especially at large diameter boreholes) were registered at constant values axial stress and rotational speed: torque and power needed for drilling rocks and rotating the string. Additionally, the deflection angle and azimuth ofwell along the string were measured. A pilot hole was drilled with a single-nozzle bit 0.0762 m in diameter and enlarged with a reamer 0.4 m in diameter. The above parameters were statistically analyzed and their influence on rotational torque and power needed for drilling and rotation of the string investigated. The most favorable regression equations are given in the paper. They account for the influence ofthe axial stress, rotational speed, length of the string and accumulated intensity ofaxis deflection on the torque (6 and 7) and power (II and 12).

PL

Istotny wpływ na efektywność i ekonomikę wierceń sterowanych ma technika i technologia ich wykonywania oraz rodzaj urządzeń, osprzętu wiertniczego oraz narzędzi urabiających znacząco różniący się od wiertnic i osprzętu stosowanego do wierceń głębokich. Szczególnie duże znaczenie ma identyfikacja modelu momentu obrotowego oraz mocy potrzebnej do obracania przewodu wiertniczego i zwiercania skały w procesie wiercenia. Dotychczasowe opracowania z zakresu techniki i technologii wiercenia (Brouthers & Silverman, 1982; Dvorak, 2006; Finnsson, 2005; Frantzen, 2003; Gęborys, 1999; Iseley & Tanwani, 1992; Lubiński & Miska, 1988) nie rozwiązują kompleksowo problemów identyfikacji modelu momentu obrotowego oraz mocy w procesie wiercenia otworu, występujących podczas wykonywania płytkich otworów sterowanych na głębokości nie przekraczającej 30 m w różnych skałach. Często firmy prowadzące działalność w tym sektorze przemysłu nie posiadają odpowiednich procedur oraz norm systematyzujących proces wiercenia przewiertów sterowanych. W artykule przedstawiono wyniki badań terenowych wykonanych podczas wiercenia przewiertu sterowanego w Rajsku pod rzeką Sołą. W profilu tego przewiertu wydzielono strefę skał makroskopowo jednorodnych i przy stałych wartościach nacisku osiowego oraz prędkości obrotowej rejestrowano dwa bardzo ważne parametry, zwłaszcza przy większych średnicach otworu, tj. moment obrotowy i moc potrzebną do zwiercania skał i obracania przewodu wiertniczego. Dodatkowo mierzono kąt odchylenia i azymut osi przewiertu na długości przewodu wiertniczego. Badaniami objęto wiercenie otworu pilotowego świdrem jednodyszowym o średnicy 0,0762 m i rozszerzanie otworu poszerzaczem o średnicy 0,4 m. Powyższe wielkości brano do analizy statystycznej badając ich wpływ na moment obrotowy i moc potrzebną do zwiercania i obracania przewodu wiertniczego. Uzyskane najkorzystniejsze równania regresji podano w niniejszym artykule. Ujmują one wpływ nacisku osiowego, prędkości obrotowej, długości przewodu wiertniczego i skumulowanej intensywności skrzywienia osi otworu wiertniczego na moment obrotowy (6 i 7) i moc (II i 12).

Słowa kluczowe

EN

HDD; torque; power; intensity of spatial deflection of borehole's axis

PL

horyzontalny przewiert sterowany; moment obrotowy; moc; intensywność przestrzennego skrzywienia osi otworu

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 52, no 1
• Strony: 49--60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., tab.

Twórcy

autor

Niżnik D.

autor

Gonet A.

• FH-U ,,ALDAR", Crakow, Poland

Bibliografia

• Brouthers S., Silverman R., 1982. Directional Drilling Manual, Smith I. I. Servco, Technical Services/ Instrumentation, July 22, 1st Revision August.
• Dvorak M., 2006. Understanding Bend Radius, www.directionaldrilling.com.
• Eric E., Wojtanowicz K., 1988. A field method for assessing borehole friction for directional well casing, Journal of Petroleum Science and Engineering nr 1.
• Finnsson S., 2005. HDD Locating - Knowing the Basics, www.directionaldrilling.com.
• Frantzen S., 2003. Metody kierowania trajektorią otworu wiertniczego (Methods of directing the well's trajectory), Inżynieria Bezwykopowa (in polish).
• Gęborys L., 1999. Przekroczenie rzeki Wisły sanitarnym rurociągiem tłocznym (A sanitary pipeline across the Vistula river), Nowoczesne Techniki i Technologie Bezwykopowe nr 2 (in polish).
• Gonet A., 1992. Identyfikacja i optymalizacja procesu wiercenia świdrami skrawającymi otworów wielkośrednicowych (Identification and optimization of drilling with large-diameter cutter bits), Archives of Mining Sciences, vol. 37.
• Gonet A., 1987. Technologia stołowego wiercenia otworów kierunkowych w świetle badań modelowych i warunków geologicznych (Technology of drilling directional holes in the light of model investigations and geological conditions), Wiertnictwo Nafta Gaz, z. 3, Zeszyty Naukowe AGH, nr 1102 (in polish).
• Iseley T., Tanwani R., 1992. Trenchless Excavation Construction, Equipment and Methods Manual, Second Edition, National Utility Contractors Association, Arlington.
• Kögler R., 1996. Optymalizacja programów kierowanego wiercenia poziomego w piaszczystych gruntach w celu układania rur pod przeszkodami (Optimization of programs of HDD drilling in sandy ground in view of pipeline disposal under obstacles), Politechnika Nadreńsko - Westfalska w Aachen, Wydział Górnictwa, Hutnictwa i Geodezji. Praca doktorska, Aachen.
• Lines & Pipes, 1998. Przewierty sterowane w Anglii (HDD in England), Technologie Bezwykopowe nr 2 (in polish).
• Lubiński A., Miska S., 1988. Developments in Petroleum Engineering, Offshore Drilling, Strength of Tubulars, Drilling Practices, Reservoir Characterization, Gulf Pub Co.
• Lubinski A., 1961. Maximum permissible dog-legs in rotary boreholes, SPE .
• Makuch M., 1999. 16 powodów, dla których warto wybrać magnetyczny system sterowania TENSOR (16 reasons for the magnetic control system TENSOR), Nowoczesne Techniki i Technologie Bezwykopowe nr 2 (in polish).
• Niżnik D., 2004. Technika i technologia wiercenia poziomych przewiertów sterowanych w aspekcie minimalizacji kosztu ich wiercenia (HDD techniques and technology in view of drilling cost minimization), Praca doktorska, AGH, Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu (in polish).
• Stanisz A., 1998. Przystępny kurs statystyki (A basic course in statistics), StatSoft Polska Sp. z o.o. (in polish).
• Werner A., 1993. Flachbohrtechnik, Deutscher Verlag fur Grundstoff industrie, Leipzig, Stuttgart.
• Willoughby D.A., 2005. Horizontal Directional Drilling, McGraw-Hill, New York.
• Xiushan L., Zaihong S., 2002. Technique yields exact solution for planning bit-walk paths, Oil & Gas Journal, no. 4.