Analysis of efficiency of drilling of large-diameter wells with a profiled wing bit

• Autorzy: Macuda J.

Warianty tytułu

PL

Badania efektywności wiercenia studni wielkośrednicowych świdrem skrawającym z profilowanymi skrzydłami

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In Poland all lignite mines are dewatered with the use of large-diameter wells. Drilling of such wells is inefficient owing to the presence of loose Quaternary and Tertiary material and considerable dewatering of rock mass within the open pit area. Difficult geological conditions significantly elongate the time in which large-diameter dewatering wells are drilled, and various drilling complications and break-downs related to the caving may occur. Obtaining higher drilling rates in large-diameter wells can be achieved only when new cutter bits designs are worked out and rock drillability tests performed for optimum mechanical parameters of drilling technology. Those tests were performed for a bit ø 1.16 m in separated macroscopically homogeneous layers of similar drillability. Depending on the designed thickness of the drilled layer, there were determined measurement sections from 0.2 to 1.0 m long, and each of the sections was drilled at constant rotary speed and weight on bit values. For finding the dependence of the rate of penetration on weight on bit and rotary speed of bit various regression models have been analyzed. The most satisfactory results were obtained for the exponential model illustrating the influence of weight on bit and rotary speed of bit on drilling rate. The regression coefficients and statistical parameters prove the good fit of the model to measurement data, presented in tables 4-6. Industrial tests were performed for assessing the efficiency of drilling of large-diameter wells with a cutter bit having profiled wings ø 1.16 m according to elaborated model of average rate of drilling. The obtained values of average rate of drilling during industrial tests ranged from 8.33×10-4 to 1.94×10-3 m/s and were higher than the ones obtained so far, i.e. from 181.21 to 262.11%.

PL

W Polsce wszystkie odkrywkowe kopalnie węgla brunatnego odwadniane są za pomocą studni wielkośrednicowych. Ich wiercenie jest mało efektywne ze względu na występowanie w profilu luźnych utworów czwarto i trzeciorzędowych oraz znaczne odwodnienie górotworu, które jest jedną z głównych przyczyn obwałów ściany otworów i tym samym powstawania trudnych do usunięcia awarii wiertniczych. W celu uzyskania większych prędkości wiercenia wielkośrednicowych studni odwadniających opracowano nową konstrukcję świdra skrawającego i wykonano w warunkach przemysłowych testy zwiercalności. Testy te wykonano dla świdra o średnicy 1,16 m w wydzielonych warstwach makroskopowo jednorodnych, charakteryzujących się zbliżoną zwieralnością. W zależności od projektowanej miąższości przewiercanej warstwy, wyznaczano odcinki pomiarowe o długości od 0,2 do 1,0 m, a każdy odcinek pomiarowy był wiercony przy stałych wartościach prędkości obrotowej i nacisku osiowego na świder. Dla znalezienia zależności mechanicznej prędkości wiercenia od nacisku osiowego i prędkości obrotowej świdra dla wydzielonych warstw makroskopowo jednorodnych, przeanalizowano różne modele regresyjne. Najbardziej zadawalające wyniki uzyskano dla potęgowego modelu wpływu nacisku osiowego i prędkości obrotowej świdra na prędkość wiercenia. Współczynniki regresji i parametry statystyczne potwierdzające bardzo dobre dopasowanie modelu do danych pomiarowych przedstawiono w tabelach 4-6. Dla dokonania oceny efektywności wiercenia wielkośrednicowych studni odwadniających świdrem skrawającym z profilowanymi skrzydłami o średnicy 1,16 według opracowanego modelu średniej prędkości wiercenia wykonano próby przemysłowe. Uzyskane wartości średniej prędkości wiercenia zawierały się w przedziale od 8,33×10-4 do 1,94×10-3 m/s i były wyższe od dotychczas uzyskiwanych od 181,21 do 262,11%.

Słowa kluczowe

EN

drilling wells; cutter bit; dewatering of rock mass; drilling technology

PL

wiercenie studni; świder skrawający; odwodnienie górotworu; technologia wiercenia

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 57, no. 2
• Strony: 363--373
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Macuda J.

• AGH University of Science and Technology, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• Bates D.M, Watts D.G., 1984. Nonlinear Regression Analysis and its Applications. Wiley, New York.
• Bernt S., AAdnoy., 1996. Modern wells and design. A.A. Balkema, Rotterdam, Netherlands.
• Besson A., Toutain P., Meany N., 1993. Improved BHAs, bits optimize drilling performance. Drilling Contractors, vol. 49, nr 1.
• Bourgoyone A.T., Millheim K.K., Chenevert M.E., Yong F.S., 1991. Applied Drilling Engineering. 2-nd Ed. SPE, Richardson, TX., USA.
• Chatfield C., Collins A.J., 1980. Introduction tu Multivariete Analysis, Chapman and Hall, London.
• Cobb G.W., 1998. Introduction to Design and Analysis of Experiments. Springer, New York.
• Dobosz M., 2001. Wspomagana komputerowo statystyczna analiza wyników badań. EXIT, Warszawa.
• Gonet A, 1992. Calculation of optimum time of drilling the hole with cutter bit. Archiwum Górnictwa, vol. 37, z. 3.
• Gonet A, 1995. Optymalizacja mechanicznych parametrów technologii wiercenia otworów świdrami skrawającymi. Przegl. Gór. nr 5.
• Gonet A., Macuda J., Stryczek S., Czekaj L., 1996. Environmental Applications of Large Diameter Wells. 5th International Symposium on the Reclamation, Treatment and Utilization of Coal Mining Wastes & 3th Conference on Environment and Mineral Processing. 10-13 September 1996, VŚB -TU Technical University Ostrawa, Czech Republic.
• Kidybiński A., 1982. Podstawy geotechniki kopalnianej. Wyd. Śląsk, Katowice.
• Macuda J., 1995. Analiza technicznych wskaźników wiercenia wielkośrednicowych otworów odwadniających na złożu KWB Bełchatów. Zeszyty Naukowe AGH, Górnictwo, R. 19, z. 2, s. 121-129.
• Macuda J., 1996. Reverse Circulation Air Lift Methods for Big Hole Drilling in Brown - Coal Mines. 9th International Scientific and Technical Conference „New Knowledges in Sphere of Drilling, Production and Gas Storages” Technical University Kosice. Kosice 8-10 October 1996, Slowak Republic.
• Mikaeil R., Yousefi R., Ataei M., Farani R.A., 2011. Development of a New Classification System for Assessing of CarbonateRock Sawability. Ach. Min. Sci., Vol. 56, No 1, p. 59-70.
• Miska S., 1975. Identyfikacja procesu wiercenia narzędziami skrawającymi. Archiwum Górnictwa, vol. 2, z. 3.
• Niżnik D., Gonet A., 2007. Identification of Rotational Torque and Power in HDD. Ach. Min. Sci., Vol. 52, No 1, p. 49-60.
• Stanisz A., 2007. Przystępny kurs statystyki z zastosowaniem STATISTICA PL na przykładach z medycyny. Wyd. StatSoft Polska, Kraków.
• Szostak L., 1989. Wiertnictwo. Wyd. Geologiczne, Warszawa.
• Uysal Ö., 2011. The Effect of Mechanical Properties of Rock on the Performance of Down-the-Hole Drills. Ach. Min. Sci., Vol. 56, No 2, p. 239-248.
• Williams D.E., 1985. Modern techniques in well design. Journal of the American Water Works Association, September, s. 68-74.
• Wiłun Z., 2003. Zarys geotechniki. Wyd. WKiŁ, Warszawa.
• Wiśniowski R., Stryczek S., Skrzypaszek K., 2007. Kierunki rozwoju badań nad reologią płynów wiertniczych. Zeszyty Naukowe AGH Wiertnictwo, Nafta, Gaz; t. 24, z. 1, s. 595-607.