Robert Rado*, Jan Lubaœ** PRÓBA WYZNACZENIA MODELU WIERCENIA NARZÊDZIAMI PDC NA PRZYK ADZIE WIERCENIA W WYBRANYCH STRUKTURACH GEOLOGICZNYCH***

Podobne dokumenty
Robert Rado*, Jan Lubaœ** OPTYMALIZACJA PROCESU WIERCENIA NARZÊDZIAMI PDC O ŒREDNICY 8 ½"***

Robert Rado*, Jan Lubaœ** ROZWIERCANIA STRUKTURY GAZONOŒNEJ NA PRZYK ADZIE Z O A KOŒCIAN***

Miros³aw Rzyczniak* EKWIWALENTNE I ZASTÊPCZE ŒREDNICE ZEWNÊTRZNE OBCI NIKÓW SPIRALNYCH**

POMIAR STRUMIENIA PRZEP YWU METOD ZWÊ KOW - KRYZA.

gdy wielomian p(x) jest podzielny bez reszty przez trójmian kwadratowy x rx q. W takim przypadku (5.10)

Tomasz Œliwa*, Andrzej Gonet*, Grzegorz Skowroñski** NAJWIÊKSZA W POLSCE INSTALACJA GRZEWCZO-CH ODNICZA BAZUJ CA NA OTWOROWYCH WYMIENNIKACH CIEP A

Dariusz Knez* DOBÓR DYSZ DO ZABIEGÓW INIEKCJI STRUMIENIOWEJ**

Rys Mo liwe postacie funkcji w metodzie regula falsi

1. Wstêp... 9 Literatura... 13

EGZAMIN POTWIERDZAJ CY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2014 CZ PRAKTYCZNA

(wymiar macierzy trójk¹tnej jest równy liczbie elementów na g³ównej przek¹tnej). Z twierdzen 1 > 0. Zatem dla zale noœci

PADY DIAMENTOWE POLOR

Jan Gustek*, Jacek Krawczyk*, Sebastian Lenart*

3.2 Warunki meteorologiczne

IV. UK ADY RÓWNAÑ LINIOWYCH

Jerzy Stopa*, Stanis³aw Rychlicki*, Pawe³ Wojnarowski*, Piotr Kosowski*

Przedmowa Czêœæ pierwsza. Podstawy frontalnych automatów komórkowych... 11

Wykłady; 20 godz. Ćwiczenia audytoryjne: 15 godz. Ćwiczenia projektowe: 15 godz. Ćwiczenia projektowe: 15 godz.

WYNIKI BADAÑ HYDROGEOLOGICZNYCH

Robert Rado*, Jan Lubaœ** KONCEPCJA WIERCENIA EKSPLOATACYJNYCH OTWORÓW KIERUNKOWYCH I HORYZONTALNYCH Z OKREŒLENIEM KONTURU ROPA-WODA

VRRK. Regulatory przep³ywu CAV

SYMULACJA STOCHASTYCZNA W ZASTOSOWANIU DO IDENTYFIKACJI FUNKCJI GÊSTOŒCI PRAWDOPODOBIEÑSTWA WYDOBYCIA

1. Wstêp Charakterystyka linii napowietrznych... 20

Wytyczne Województwa Wielkopolskiego

Steelmate - System wspomagaj¹cy parkowanie z oœmioma czujnikami

Jan Ziaja*, Krzysztof Baniak** ANALIZA TECHNICZNA TECHNOLOGII WYKONANIA PRZEWIERTU HORYZONTALNEGO POD RZEK USZWIC W BRZESKU OKOCIMIU***

1. Wstêp. 2. Metodyka i zakres badañ WP YW DODATKÓW MODYFIKUJ CYCH NA PODSTAWOWE W AŒCIWOŒCI ZAWIESIN Z POPIO ÓW LOTNYCH Z ELEKTROWNI X

OSTRZA LUTZ DO CIÊCIA FOLII SPECJALISTYCZNE OSTRZA DO SPECJALNEJ FOLII

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: WGG s Punkty ECTS: 5. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

N O W O Œ Æ Obudowa kana³owa do filtrów absolutnych H13

Robert Rado*, Jan Lubaœ**, Petr Bujok*** TECHNICZNE ASPEKTY WIERCENIA KIERUNKOWEGO Z CZÊŒCIOWYM WYKORZYSTANIEM ISTNIEJ CYCH OTWORÓW****

Projektowanie i wiercenie odwiertów głębinowych - opis przedmiotu

Regulator ciœnienia ssania typu KVL

TAP TAPS. T³umiki akustyczne. do prostok¹tnych przewodów wentylacyjnych

Zawory elektromagnetyczne typu PKVD 12 20

Jan Ziaja*, Rafa³ Wiœniowski* PRZEGL D NARZÊDZI WIERC CYCH STOSOWANYCH DO WYKONYWANIA HORYZONTALNYCH PRZEWIERTÓW STEROWANYCH**

Stanis³aw Dubiel*, Jan Ziaja* ANALIZA CZASU TRWANIA AWARII I KOMPLIKACJI W WIERCENIACH NAFTOWYCH**

NSDZ. Nawiewniki wirowe. ze zmienn¹ geometri¹ nawiewu

CZUJNIKI TEMPERATURY Dane techniczne

katalog lineal - Mo liwoœci DRZWI SZKLANE lineal Rozwi¹zania Konstrukcji Szklanych

S³awomir Wysocki*, Danuta Bielewicz*, Marta Wysocka*

REGULAMIN ZADANIA KONKURENCJI CASE STUDY V OGOLNOPOLSKIEGO KONKURSU BEST EGINEERING COMPETITION 2011

Andrzej Janocha*, Teresa Steliga*, Dariusz Bêben* ANALIZA BADAÑ NIEKTÓRYCH W AŒCIWOŒCI ROPY NAFTOWEJ ZE Z O A LMG

Efektywna strategia sprzedaży

DWP. NOWOή: Dysza wentylacji po arowej

L A K M A R. Rega³y DE LAKMAR

D FREZOWANIE NAWIERZCHNI ASFALTOWYCH NA ZIMNO 1. WST P MATERIA Y SPRZ T TRANSPORT WYKONANIE ROBÓT...

Tomasz Œliwa*, Miko³aj Pacewicz** WYKONYWANIE OTWOROWYCH WYMIENNIKÓW CIEP A Z WYKORZYSTANIEM SILNIKA WG ÊBNEGO WIERCENIA URZ DZENIAMI COILED TUBING

Rozdzielacze pneumatyczne i rozdzielacze elektromagnetyczne Seria 800

III. INTERPOLACJA Ogólne zadanie interpolacji. Niech oznacza funkcjê zmiennej x zale n¹ od n + 1 parametrów tj.

SZCZEGÓŁOWE SPECYFIKACJE TECHNICZNE SST RECYKLING

Lekcja 173, 174. Temat: Silniki indukcyjne i pierścieniowe.

PRAWA ZACHOWANIA. Podstawowe terminy. Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc

INSTRUKCJA OBS UGI KARI WY CZNIK P YWAKOWY

Elektryczne ogrzewanie podłogowe fakty i mity

Wprowadzenie nowego pracownika. wydanie 1. ISBN Autor: Justyna Tyborowska. Redakcja: Joanna Tyszkiewicz

ukasz Habera*, Antoni Frodyma* ZABIEG PERFORACJI OTWORU WIERTNICZEGO JAKO CZYNNIK ODDZIA UJ CY NA WIELKOή SKIN-EFEKTU

Monitoring oraz rozliczenie zu ycia. energii i mediów. Systemy pomiarowe, monitorowanie, archiwizacja i wizualizacja

Rafa³ Wiœniowski*, Jan Ziaja* DOBÓR PARAMETRÓW MECHANICZNYCH URZ DZEÑ WIERTNICZYCH STOSOWANYCH W TECHNOLOGIACH HDD**

Wyniki przeszczepiania komórek hematopoetycznych od dawcy niespokrewnionego

Rozdzielnice hermetyczne o stopniu szczelnoœci IP 55

Opis modułu analitycznego do śledzenia rotacji towaru oraz planowania dostaw dla programu WF-Mag dla Windows.

Objaśnienia wartości, przyjętych do Projektu Wieloletniej Prognozy Finansowej Gminy Golina na lata

Kompensacyjna funkcja internatu w procesie socjalizacji dzieci i m³odzie y upoœledzonych umys³owo

Uwarunkowania rozwoju miasta

NS8. Anemostaty wirowe. z ruchomymi kierownicami

Temat: Funkcje. Własności ogólne. A n n a R a j f u r a, M a t e m a t y k a s e m e s t r 1, W S Z i M w S o c h a c z e w i e 1

NTDZ. Nawiewniki wirowe. z si³ownikiem termostatycznym

Innym wnioskiem z twierdzenia 3.10 jest

KOMISJA WSPÓLNOT EUROPEJSKICH. Wniosek DECYZJA RADY

LABORATORIUM TECHNOLOGII NAPRAW WERYFIKACJA TULEJI CYLINDROWYCH SILNIKA SPALINOWEGO

S³awomir Wysocki* MODYFIKACJE BENTONITU NIESPE NIAJ CEGO NORM OCMA ZA POMOC POLIMERU PT-25 DO P UCZEK TYPU HDD**

WYZNACZANIE PRZYSPIESZENIA ZIEMSKIEGO ZA POMOCĄ WAHADŁA REWERSYJNEGO I MATEMATYCZNEGO

POMPA CIEP A SOLANKA - WODA

Endostar E3. Trzy kroki do celu EASY, EFFICIENT, ERGONOMIC

Krótka informacja o instytucjonalnej obs³udze rynku pracy

NAGRZEWNICE ELEKTRYCZNE DO KANA ÓW OKR G YCH, BEZ AUTOMATYKI - TYP ENO...A

NS4. Anemostaty wirowe. SMAY Sp. z o.o. / ul. Ciep³ownicza 29 / Kraków tel / fax /

Karta katalogowa wentylatorów oddymiających

Witold Bednarek. Konkurs matematyczny w gimnazjum Przygotuj siê sam!

INSTRUKCJA BHP PRZY RECZNYCH PRACACH TRANSPORTOWYCH DLA PRACOWNIKÓW KUCHENKI ODDZIAŁOWEJ.

Ćwiczenie: "Ruch harmoniczny i fale"

Regulatory ciœnienia bezpoœredniego dzia³ania Wyposa enie dodatkowe

na terenie wiertni gazu ³upkowego za pomoc¹ map rozk³adu poziomu

Komplet tabeli cenowych bez instrukcji (do ewentualnego wykorzystania do przygotowania oferty załączony został w załączniku 2)

WYBRANE MODERNIZACJE POMP GŁÓWNEGO OBIEGU PARA-WODA ELEKTROWNI

7. Symulacje komputerowe z wykorzystaniem opracowanych modeli

Janusz Kazimierz Krochmal* MO LIWOŒCI OCENY ZAILENIA OŒRODKÓW PIASZCZYSTO-ILASTYCH NA PODSTAWIE POMIARU K TA FAZOWEGO**

ARKUSZ III KRYTERIA OCENIANIA

Projekt MES. Wykonali: Lidia Orkowska Mateusz Wróbel Adam Wysocki WBMIZ, MIBM, IMe

Akcesoria: OT10070 By-pass ró nicy ciœnieñ do rozdzielaczy modu³owych OT Izolacja do rozdzielaczy modu³owych do 8 obwodów OT Izolacja do r

PRZEKŁADNIKI PRĄDOWE Z OTWOREM OKRĄGŁYM TYPU ASR PRZEKŁADNIKI PRĄDOWE NA SZYNÊ SERII ASK PRZEKŁADNIKI PRĄDOWE Z UZWOJENIEM PIERWOTNYM TYPU WSK

Zagro enia fizyczne. Zagro enia termiczne. wysoka temperatura ogieñ zimno

Andrzej Gonet*, Aleksandra Lewkiewicz-Ma³ysa*, Jan Macuda* ANALIZA MO LIWOŒCI ZAGOSPODAROWANIA WÓD MINERALNYCH REJONU KROSNA**

Komponenty LSA-PLUS NT / LSA-PROFIL NT

Termometry bimetaliczne

W³adys³aw Duliñski*, Czes³awa Ewa Ropa*

Skiaskopia. Metody badania: Refrakcja obiektywna to pomiar wady wzroku za pomoc¹ skiaskopii (retinoskopii) lub refraktometru.

Rodzaje i metody kalkulacji

TECHNIKI POMIAROWEJ. Poradnik

Transkrypt:

WIERTNICTWO NAFTA GAZ TOM 24 ZESZYT 1 2007 Robert Rado*, Jan Lubaœ** PRÓBA WYZNACZENIA MODELU WIERCENIA NARZÊDZIAMI PDC NA PRZYK ADZIE WIERCENIA W WYBRANYCH STRUKTURACH GEOLOGICZNYCH*** 1. WSTÊP Narzêdzia wiertnicze z polikrystalicznymi diamentami produkowane przez znanych producentów daj¹ szerokie mo liwoœci ich doboru do warunków wiercenia. Stosowanie tych narzêdzi jest efektywne i przyczynia siê do zwiêkszania prêdkoœci wiercenia, a co za tym idzie, do obni enia kosztów wiercenia. Aby zapewniæ narzêdziom PDC (Polycrystalline Diamond Compact) wysokie postêpy wiercenia i osi¹ganie znacznych przewiertów, niezbêdne jest optymalizowanie mechanicznych i hydraulicznych parametrów wiercenia tymi narzêdziami. Dokonanie optymalizacji zwi¹zane jest przede wszystkim z identyfikacj¹ procesu wiercenia, czyli jego matematycznym opisem dla danego narzêdzia w danych warunkach geologicznych. Artyku³ podejmuje próbê znalezienia matematycznego modelu wiercenia dla narzêdzi PDC w warunkach wiercenia wystêpuj¹cych na Przedgórzu Sudeckim. 2. WARUNKI WIERTNICZO-GEOLOGICZNE DLA WYZNACZENIA MODELU WIERCENIA NARZÊDZIAMI PDC Wyznaczenie matematycznego modelu wiercenia wi¹ e siê ze spe³nieniem kilku warunków, aby uzyskany wynik by³ w pe³ni wartoœciowy. Przede wszystkim wiercenia powinno odbywaæ siê w warstwie o niezmiennej litologii i makroskopowo jednorodnych, a dobór narzêdzia do przewiercanych ska³ jest prawid³owy. Ponadto literatura [5] opisuj¹ca te zagadnienia wymienia dodatkowo warunek sta³ej wartoœci nacisku osiowego i prêdkoœci obrotowej podczas wiercenia. Oczywiœcie musz¹ siê one wahaæ w zakresie dopuszczalnych * Wydzia³ Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, Kraków ** Poszukiwania Nafty i Gazu Kraków Sp. z o.o. *** Pracê wykonano w ramach badañ w³asnych 425

wartoœci wynikaj¹cych z zaleceñ producentów narzêdzi wiertniczych oraz wytrzyma³oœci dolnej czêœci przewodu wiertniczego (BHA bottomhole assembly) oraz rur p³uczkowych. Analizuj¹c dane przemys³owe, mo na stwierdziæ e spe³nienie niektórych z tych wymagañ jest k³opotliwe, a w warunkach wiercenia przemys³owego nie zawsze w pe³ni wykonalne. W celu dokonania optymalizacji jakiegokolwiek procesu, niezbêdna jest identyfikacja tego procesu, czyli jego matematyczny opis. Nastêpnie nale y wybraæ odpowiednie kryterium optymalizacji i przeprowadziæ procedurê optymalizacyjn¹ w zakresie decyzji dopuszczalnych, czyli zakresu parametrów steruj¹cych procesem. Wybór kryterium optymalizacji jest teoretycznie prosty, jeœli wiemy, jaki jest cel optymalizacji. Najwiêkszych problemów przysparza opis matematyczny procesu. Bez niego przeprowadzenie optymalizacji z matematycznego punktu widzenia nie jest mo liwe. Proces wiercenia zale y od wielu czynników, czêsto bardzo trudnych do zdefiniowania i matematycznego opisania. Przyjmuje siê zazwyczaj, e sterowalnymi parametrami wejœciowymi wiercenia otworu s¹: nacisk osiowy na narzêdzie wiertnicze, jego prêdkoœæ obrotowa, strumieñ objêtoœci, ciœnienie p³uczki wiertniczej. Powy sze nie wyczerpuj¹ listy parametrów wejœciowych, które maj¹ wp³yw na proces wiercenia, czyli postêp lub prêdkoœæ wiercenia. Przy czym s¹ one najczêœciej poddawane optymalizacji pod k¹tem ró nych kryteriów optymalizacyjnych. Techniczny rozwój wiertnictwa wprowadzi³ do u ytku narzêdzia typu PDC. Rozwój konstrukcji tych narzêdzi umo liwi³ ich stosowanie w ró nych warunkach wiercenia. Czêsto przy u yciu jednego narzêdzia wykonywane s¹ marsze o d³ugoœciach powy ej 1000 m, a w trakcie wiercenia przewiercane warstwy o ró nym sk³adzie litologicznym. Przy opisie procesu wiercenia tymi narzêdziami czêsto korzysta siê z matematycznych modeli stosowanych dla narzêdzi skrawaj¹cych. Proces wiercenia narzêdziami skrawaj¹cymi jest doœæ dobrze rozpoznany i opisany w literaturze [9]. Zazwyczaj stosowanymi opisami procesu wiercenia jest wyznaczenie chwilowej prêdkoœci wiercenia w funkcji czasu. Najczêœciej przyjmuje siê, e ma ona postacie funkcji wyk³adniczej lub hiperbolicznej. Z matematycznego punktu widzenia stosowane postaci funkcji opieraj¹ siê na szeregu wspó³czynników uwzglêdniaj¹cych oddzia³ywanie uk³ad narzêdzie ska³a, wp³yw nacisku osiowego na pocz¹tkow¹ prêdkoœæ wiercenia, wspó³czynniki abrazywnoœci etc. Wyznaczenie tych wspó³czynników jest obwarowane pewnymi wymogami, takimi jak niezmiennoœæ warunków wiercenia, jednorodnoœæ ska³ podczas wiercenia, a identyfikacja odbywa siê po przeprowadzeniu chronometra y oraz testów wiercenia. U ycie matematycznych funkcji opisuj¹cych proces wiercenia w warunkach przemys³owych wymaga oparcia siê na danych przemys³owych i wyznaczenia wspó³czynników, o których wspomniano powy ej, na podstawie rzeczywistych warunków panuj¹cych w otworze. Praca narzêdzi PDC na dnie otworu podlega skomplikowanemu procesowi zwi¹zanemu z oddzia³ywaniem ró nych czynników. Miêdzy innymi wp³yw ma nacisk osiowy na narzêdzie, prêdkoœæ obrotowa, parametry hydrauliczne oraz reologiczne p³uczki wiertniczej, 426

oddzia³ywanie narzêdzia na ska³ê oraz rodzaj przewiercanych warstw. W trakcie wiercenia rzadko siê zdarza, aby wszystkie te parametry utrzymywa³y siê na niezmienionym poziomie. Wystarczy spojrzeæ na zapis podstawowych parametrów wiercenia z danych uzyskanych z aparatury kontrolno-pomiarowej (rys. 1). Przyk³ad pokazuje zapis parametrów wiercenia przy przewiercaniu 15-metrowego odcinka piaskowca. Zmiany: prêdkoœci wiercenia (m/s), nacisku osiowego (kn) (zanotowane w pierwszej kolumnie po lewej) oraz prêdkoœci obrotowej (obr./min) i wydajnoœci pomp p³uczkowych (dm 3 /s) (wykres w drugiej kolumnie po prawej stronie), jak pokazuje przyk³ad, s¹ znaczne. Rys. 1. Zapis parametrów wiercenia z aparatury kontrolno-pomiarowej zainstalowanej na wiertnicy Utrzymanie podstawowych parametrów wiercenia na sta³ym poziomie jest trudne, a czasem niemo liwe, nawet podczas wiercenia w warstwach jednorodnych. Dlatego te wyznaczenie wspó³czynników oraz matematycznego opisu wiercenia dla warstw, gdzie zmiany litologii s¹ znaczne i wystêpuj¹ przewarstwienia ska³ o niewielkich mi¹ szoœciach, w warunkach przemys³owych jest trudne. W takich przypadkach nale y korzystaæ z parametrycznych metod statystycznego wyznaczania wspó³czynników równañ nieliniowych. Ma to szczególne znaczenie podczas wiercenia d³ugimi marszami po kilkaset metrów, w których zmieniaj¹ siê przewiercane utwory i wystêpuj¹ przewarstwienia. 3. WYTYPOWANIE INTERWA ÓW W OTWORACH WIERTNICZYCH PRZEZNACZONYCH DO WYZNACZENIA MODELU WIERCENIA NARZÊDZIAMI PDC Mo liwoœæ wyznaczenia wspó³czynników równañ matematycznych, bazuj¹c na danych przemys³owych, jest krokiem na drodze do ustalenia matematycznego modelu opisuj¹cego proces wiercenia narzêdziami PDC w warunkach przemys³owych. Zebranie danych dotycz¹cych prac wiertniczych z kilku otworów wierconych, w bardzo bliskiej odleg³oœci, na strukturze geologicznej nale ¹cej do Przedgórza Sudeckiego, pozwoli³o na wyznaczenie, za pomoc¹ metod statystycznych, wspó³czynników niezbêdnych do zbudowania modelu wiercenia. Bazuj¹c na danych z piêciu otworów wiertniczych, autorzy przeprowadzili stosown¹ analizê. Przy wyborze danych do analiz, autorzy kierowali siê przede wszystkim ich porównywalnoœci¹, a do obliczeñ wybrano ró ne interwa³y tej samej struktury geologicznej, które 427

by³y zbli one pod wzglêdem przekroju litologicznego. Wszystkie dane niezbêdne do analiz uzyskano z otworów o takiej samej konstrukcji i przy stosowaniu podobnej technologii wiercenia. Wytypowane do analizy otwory wiertnicze wykonywane by³y na p³askim terenie w obrêbie tej samej struktury geologicznej o nastêpuj¹cej budowie geologicznej: czwartorzêd i trzeciorzêd do g³êbokoœci ok. 260 280 m, jura od g³êbokoœci ok. 280 m do 650 m, retyk (trias) w przedziale g³êbokoœci od ok 650 m do 950 m, kajper (trias) od 950 m do 1250 m, piaskowiec pstry (trias) 1250 2150 m, cechsztyn od 2150 m do koñcowej planowanej g³êbokoœci wiercenia, czyli ok. 2800 m. Projekt geologiczno-techniczny otworów zak³ada³ nastêpuj¹c¹ konstrukcjê otworów. Pierwszy etap obejmowa³ przewiercenie czwartorzêdu. Wiercenie pod kolumnê wstêpn¹ rur ok³adzinowych 20 odbywa³o siê œwidrem produkcji polskiej (Glinik BM1) o œrednicy 24. Etap ten koñczono na g³êbokoœci ok. 30 m. Etap drugi to przewiercenie jury do g³êbokoœci przeciêtnie ok. 320 m, œwidrem o œrednicy 17 5 8, nastêpnie otwory rurowano rurami 13 3 8 (kolumna prowadnikowa) i cementowano do wierzchu (cdw). Otwóry w tej czêœci odwiercono œwidrem Glinik BM1X. Nastêpny odcinek otworów, wiercono œwidrem 12 1 4 i orurowano rurami ok³adzinowymi 9 1 2 (kolumna techniczna) (cdw). Do wiercenia u ywano œwidrów Glinik BM1ZXC do g³êbokoœci ok. 930 m, a nastêpnie zapuszczano œwidry PDC: Hughes ATX536HA oraz Security FM2743 do koñcowej g³êbokoœci wiercenia pod tê kolumnê, czyli ok. 2250 m. Nastêpnie otwory wiercono œwidrem o œrednicy 8 1 2 do g³êbokoœci ok. 2600 m i rurowano rurami ok³adzinowymi 7 (cdw). Ten odcinek, poza zwierceniem korka cementowego œwidrem gryzowym, wiercono narzêdziami PDC firm Hughes BX535 (IADC M123) oraz Security FM2845 (IADC M433). Ostatni interwa³ wiercono koronk¹ rdzeniow¹ o œrednicy 6 w przedziale g³êbokoœci od 2600 m do 2800 m i prawie w ca³oœci rdzeniowano. Odcinek ten by³ przewidziany do zarurowania rurami ok³adzinowymi 5. Przewiercane profile nie by³y jednolite pod wzglêdem litologicznym, dlatego wyselekcjonowano te przedzia³y g³êbokoœci, w których wiercenie w ska³ach jednorodnych odbywa³o siê na d³ugoœci przynajmniej 25 30 m. W takich przypadkach pomijano pierwsze i koñcowe 2 3 m wiercenia. Nastêpny zakres badañ przewidziano dla interwa³ów z przewarstwieniami warstw o ró nym sk³adzie litologicznym i w tym przypadku wybrano interwa³y, w których zmiany litologii nastêpowa³y, co ok. 1,0 1,5 m. Dane do analiz rejestrowane by³y co 0,5 m, przeciêtnie dawa³o to od 45 do 150 punktów pomiarowych. Do badañ przyjêto interwa³y wiercone œwidrem o œrednicy 12 1 4. W interwa³ach tych wystêpowa³y: wapienie szare, margle, i³owce szare. Stratygraficznie nale ¹ one do triasu. Drugi zakres badañ obejmowa³ wiercenie narzêdziami o œrednicy 8 1 2. Wiercenie odbywa³o siê w cechsztynie o sk³adzie litologicznym: i³owce przejœciowe w górnej jego czêœci, natomiast anhydryty i sól kamienna w koñcowych g³êbokoœciach wiercenia (ok. 2600 m). 428

4. NARZÊDZIA PDC PRZEZNACZONE DO WYZNACZANIA MODELU WIERCENIA Narzêdzia typu PDC zastosowano po raz pierwszy w 1973 roku, przy czym by³y one konstrukcyjnie podobne kszta³tem do œwidrów utwardzanych diamentami naturalnymi. Kolejnym etapem rozwoju narzêdzi PDC by³o wprowadzenie narzêdzi z ostrzami skrawaj¹cymi wykonanymi z p³ytek z wêglika wolframu z warstwowo wykrystalizowanymi syntetycznymi diamentami. Ostrza te mocowane by³y w gniazdach stalowego kad³uba. Nowoczesna konstrukcja œwidrów PDC sk³ada siê z kad³uba matrycowego, odlanego z wêglika wolframu (rzadziej stalowego), do którego przymocowane s¹ ostrza z polikrystalicznych diamentów. Rozmieszczenie ostrzy o kszta³cie cylindrycznym na matrycy mo e byæ segmentowe, ebrowe lub skrzyd³owe. Wyró nia siê trzy podstawowe kszta³ty geometryczne profili roboczych powierzchni kad³ubów œwidrów: 1) p³aski lub lekko wygiêty, 2) sto kowy lub bardzo wygiêty (charakteryzuje siê bardziej równomiernym roz³o eniem nacisku osiowego na elementy skrawaj¹ce oraz zapewnia lepsz¹ stabilnoœæ pracy), 3) paraboliczny (stosowane g³ównie do wiercenia silnikami wg³êbnymi). Projekty wiercenia otworów przewidywa³y, e wiercenie narzêdziami PDC prowadzone bêdzie w przedziale g³êbokoœci od ok. 1300 m do ok. 2200 m. W tym interwale wiercono œwidrami PDC o œrednicy 12 1 4. Nastêpny przedzia³ g³êbokoœci, w którym u ywano pe³noprzekrojowych narzêdzi PDC to wiercenie pomiêdzy g³êbokoœciami 2200 m a 2600 m. Ten przedzia³ g³êbokoœci wiercono narzêdziami PDC o œrednicy 8 1 2. W analizowanych interwa³ach wiercenia otworów pracowa³y narzêdzia firm Hughes Christensen Co.: serii BX 5xx (rys. 2) i DBS Security (DBS): serii FM 2000 (rys. 3). Rys. 2. Œwider serii BX 5xx firmy Hughes Christensen Co. Rys. 3. Œwider serii FM 2000 firmy Security DBS 5. MATEMATYCZNE MODELE WIERCENIA DLA NARZÊDZI PDC Zadaniem, jakie postawili sobie autorzy artyku³u, by³o wyznaczenie podstawowych wspó³czynników charakteryzuj¹cych spadek chwilowej prêdkoœci wiercenia w ró nych typach narzêdzi. Realizacja tak postawionego zadania odbyw³a siê za pomoc¹ analizy statystycznej, gdy dysponowano znaczn¹ liczb¹ danych. Do przeprowadzenia analiz statystycznych autorzy u yli procedur wbudowanych do pakietów statystycznych Statgraphics i Statisica [6, 7]. 429

Matematyczny model procesu wiercenia otworu narzêdziami skrawaj¹cymi jest najczêœciej opisywany chwilow¹ prêdkoœci¹ wiercenia w jednej z trzech postaci [3, 11]: V V 0 bt [m/s] (1) ( V V e at) 0 [m/s] (2) V0 V 1 mt [m/s] (3) gdzie: V chwilowa prêdkoœæ wiercenia [m/s], V 0 pocz¹tkowa prêdkoœæ wiercenia [m/s], b, a, m wspó³czynniki spadku prêdkoœci wiercenia, t czas wiercenia [s]. Najczêœciej do opisu przyjmuje siê równania (2) oraz (3). Jak wynika z przytoczonych wzorów, podstaw¹ wyznaczenia modelu jest wyznaczenie pocz¹tkowej prêdkoœci wiercenia V 0 oraz wspó³czynników a oraz m. Na pocz¹tkow¹ prêdkoœæ wiercenia wp³yw maj¹ mechaniczne parametry wiercenia, czyli nacisk osiowy na narzêdzie i jego prêdkoœæ obrotowa oraz fizyczno-mechaniczne w³asnoœci zwiercanych ska³ i oddzia³ywanie uk³adu narzêdzie przewiercana warstwa. Pocz¹tkowa prêdkoœæ wiercenia V 0 opisywana jest najczêœciej wzorami [5]: k r V0 Z P n [m/s] (4) V0 Z P n V0 Z P n [m/s] (5) [m/s] (6) gdzie: Z wspó³czynnik zwiercalnoœci, P nacisk osiowy na œwider, n prêdkoœæ obrotowa œwidra, k, wspó³czynniki wp³ywu nacisku osiowego na pocz¹tkow¹ prêdkoœæ wiercenia, r, wspó³czynniki wp³ywu prêdkoœci obrotowej na pocz¹tkow¹ prêdkoœæ wiercenia. Modele matematyczne pracy narzêdzi skrawaj¹cych opisuj¹ dwa efekty ich pracy, tj.: 1) efekt urabiania, ska³y, 2) efekt zu ycia œwidra. 430

Dlatego w badaniach przemys³owych przyjmuje siê dwa modele wiercenia: 1) z malej¹c¹ prêdkoœci¹ wiercenia uwzglêdniaj¹c¹ zu ycie narzêdzia; 2) ze sta³¹ prêdkoœci¹ wiercenia, dla których model nie uwzglêdnia zu ycia, wówczas V = V 0. W przypadku narzêdzi PDC, których trwa³oœæ oparta jest wy³¹cznie na trwa³oœci elementów roboczych, ostrzy (brak czêœci ruchomych) i odznaczaj¹cych siê ponadkilkusetmetrowymi przewiertami, mo na przyj¹æ, e na krótkich odcinkach wiercenia praktycznie nie dochodzi do zu ycia. Dlatego wyznaczenie modelu wiercenia dla tych narzêdzi w warunkach przemys³owych na podstawie jednorodnej warstwy bywa trudne, poniewa uzyskanie danych z d³ugich marszy, podczas których dochodzi do zu ycia narzêdzia maj¹cego wp³yw na zmniejszenie prêdkoœci wiercenia, jest nieczêste. Równie w przypadku omawianych badañ, dla modelu o wyk³adniczej postaci chwilowej prêdkoœci wiercenia (2), autorzy nie zaobserwowali statystycznie istotnych ró nic dla parametru a podczas wiercenia w ró nych warstwach ró nymi narzêdziami PDC. Dla kilkunastu przypadków testowano hipotezê H 0, e wspó³czynnik spadku prêdkoœci wiercenia jest ró ny od zera (a 0), wobec alternatywnej H 1, e wspó³czynnik ten jest równy zero (a = 0). Na przyjêtym poziomie istotnoœci = 0,05 nale a³o odrzuciæ hipotezê zerow¹ H 0 na rzecz hipotezy alternatywnej H 1 [6]. Dlatego dysponuj¹c danymi z otworów, w których utwory ilaste, sól kamienna i anhydryt by³y podstaw¹ przewiercanych interwa³ów, mo na stwierdziæ, e wp³yw zu ycia narzêdzi PDC na prêdkoœæ wiercenia w wytypowanych do badañ interwa³ach wiercenia mia³ statystycznie niezauwa alny wp³yw. Nale y jednak zaznaczyæ, e choæ nie uda³o siê odrzuciæ za³o onych hipotez, to z punktu widzenia statystyki nie jest to przyjêciem hipotez alternatywnych, czyli nie mo na daæ jednoznacznej odpowiedzi, e nie istnia³ wp³yw zu ycia œwidrów w krótkich marszach. W rozwa aniach nie uwzglêdniono te wstêpnego zu ycia u ywanych œwidrów zapuszczanych do otworu, z powodu trudnoœci z odtworzeniem historii ich pracy. Autorzy skupili siê wiêc na wyznaczeniu wartoœci wspó³czynników dla okreœlenia pocz¹tkowej prêdkoœci wiercenia i tam, gdzie to by³o mo liwe, próbowali wyznaczyæ model wiercenia na podsatwie wyminienionych powy ej postaci chwilowej prêdkoœci wiercenia dane wzorami (1) i (2). Niniejszy artyku³ jest wskazaniem i wstêpem do opracowania metodyki statystycznej analizy danych przemys³owych w konfrontacji z badaniami laboratoryjnymi. Metodyka ta bêdzie rozwijana i pozwoli na precyzyjne wyznaczenie modeli matematycznych wiercenia dla ró nych typów litologicznych ska³ oraz narzêdzi PDC. Ze wzglêdów na ograniczon¹ mo liwoœæ prezentacji rozwa añ statystycznych, tylko niektóre wyniki analiz zestawiono w formie tabelarycznej (tab. 1), a pozosta³e skomentowano we wnioskach koñcowych. 431

Tabela 1 Zestawienie statystycznych analiz dla wyznaczonych chwilowych prêdkoœci wiercenia œwidrami PDC Postaæ funkcji Przewiercana warstwa G³êbokoœæ zalegania [m] Typ œwidra Estymowana wartoœæ wspó³czynników Odchylenie standardowe PDC Z a lub b Z a lub b R V Z P n I³owce, mu³owce margliste 2070 2145 BX535 2,19 10 8 0,945 0,562 0 0,081 10 9 0,0940 0,042 0,9837 V Z P n bt Wapieñ mikrytowy 1380 1405 ATX536 7,85 10 9 1,737 0,332 2,156 10 6 0,15 10 10 0,0670 0,0103 1,58 10 9 0,964 V Z P n bt Piaskowiec 1820 1845 FM22743 5,63 10 10 1,990 0,877 8,195 10 7 0,353 10 10 0,0030 0,0034 7,51 10 9 0,9545 V V0 Z P n Sól 2185 2270 BX535 8,98 10 7 0,632 0,971 0 1,85 10 9 0,0043 0,2110 0,967 V V0 Z P n Anhydryt 2415 2480 BX535 4,56 10 7 0,773 0,663 0 0,019 10 8 0,1030 0,0670 0,898 ( at) V Z P n e I³owce, margle, wapienie dolomityczne, piaskowiec drobnoziarnisty 1725 1800 FM2845 4,18 10 8 1,131 0,745 0,1519 10 5 0,18 10 9 0,1210 0,1003 0,11 10 6 0,991 432

6. WNIOSKI 1) Dla niektórych badanych narzêdzi wiertniczych typu PDC chwilowa prêdkoœæ wiercenia mala³a wyk³adniczo wraz z przewiertem dla d³ugich marszy. Dotyczy³o to wiercenia w przewarstwieniach o zmiannej twardoœci. 2) W czêœci przypadków liniowa zale noœæ chwilowej prêdkoœci wiercenia dawa³a lepszy wynik korelacji, wszêdzie tam, gdzie wiercono d³ugimi marszami w twardych i jednorodnych warstwach. 3) W przypadku krótkich marszy statystycznie nie zaobserwowano zmniejszania chwilowej prêdkoœci wiercenia wraz z przewiertem. W takich przypadkach mo na zastosowaæ model wiercenia ze sta³¹ chwilow¹ prêdkoœci¹ wiercenia. 4) Z punktu widzenia statystyki nie mo na daæ jednoznacznej odpowiedzi, e nie istnia³ wp³yw zu ycia narzêdzi na chwilow¹ prêdkoœæ wiercenia w krótkich marszach. LITERATURA [1] Company Drill Bit Catalog. Katalog narzêdzi firmy Hughes Christensen [2] Katalog narzêdzi firmy Security DBS [3] Gonet A., Ziêba A., Pawlikowska J., Wójcik M.: Technika i technologia rdzeniowania otworów. Kraków, Wyd. AGH 1996 [4] Gonet A., Rzyczniak M., Stryczek S.: Zadania do æwiczeñ z wiertnictwa. Kraków, Wyd. AGH 1997 [5] Gonet A.: Optymalizacja mechanicznych parametrów technologii wiercenia otworów œwidrami skrawaj¹cymi. Przegl¹d Górniczy, nr 5, 1995 [6] Podrêcznik u ytkowania pakietu statystycznego Statystyka. Kraków, StatSoft 2005 [7] Greñ J.: Statystyka matematyczna. Modele i zadania. Warszawa, Wydawnictwo Naukowe PWN 1999 [8] Lubaœ J., Rado R.: Porównanie efektywnoœci pracy ró nych typów narzêdzi wiertniczych. Materia³y IX Miêdzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej Nowe Metody i Technologie w Geologii Naftowej, Wiertnictwie, In ynierii Z³o owej i Gazownictwie, Kraków, Wydawnictwo AGH, 2 3 lipca 1998 [9] Miska S.: Identyfikacja procesu wiercenia narzêdziami skrawaj¹cymi. Archiwum Górnictwa, vol. 2, 1975 [10] Szostak L., Chrz¹szcz W., Wiœniowski R.: Narzêdzia wierc¹ce. Kraków, Wyd. AGH 1996