Тому математичні моделі, отримані різними дослідниками, базуються, як правило, на лабораторних і промислових дослідженнях і складові вектор-функції це емпіричні залежності, які справедливі тільки для тих конкретних умов, за яких вони отримані. Цим, не в останню чергу, пояснюється та велика різноманітність математичних формул, які кількісно та якісно описують закономірності процесу буріння свердловин.

1.2 Сучасний стан методів діагностування стану долота в процесі буріння

Технічний стан долота визначає роботоздатність долота і залежить від стану його опор і озброєння. У нашій країні і за рубежем питанням контролю технічного стану доліт приділяється велика увага. В цьому напрямку працюють ІФДТУНГ, НДІТБ, фірми США, Великобританії, Франції, Росії, Канади та інші. Питання контролю технічного стану доліт регулярно обговорюється на науково-технічних конференціях.

Аналіз вітчизняних і зарубіжних літературних джерел з питань контролю технічного стану доліт в процесі буріння свердловин на нафту і газ дозволив окреслити основні етапи розвитку наукової думки за цією проблемою і розробити класифікацію відомих методів контролю.

Методи контролю технічного стану бурових доліт можна поділити на три групи: прямі методи контролю зношення елементів долота, непрямі методи контролю технічного стану долота і розрахункові методи визначення параметрів, що є ознаками закінчення рейсу долота (у відповідності з ДП.АУ. – 33.01.00.000 E1).

Усі методи пов’язані зі стійкості проти технічного стану озброєння та опор долота і служать для визначення моменту закінчення рейсу, при якому досягається найбільша ефективність рівня буріння в плані максимуму (мінімуму) вибраного критерію.

Особливістю контролю технічного стану доліт є складні умови експлуатації, коли фізико-механічні і абразивні властивості гірських порід змінюються в процесі буріння, але їх показники контролювати неможливо.

Одночасно з руйнуванням породи зношується долото, а окремі його елементи зношуються з різною швидкістю. В залежності від конструкції долота, якості його виготовлення, умов експлуатації і режимів буріння спостерігається випереджаюче зношення опор долота або випереджаюче зношення озброєння долота. Іноді швидкість зношення опор і озброєння долота співпадають. Але і в тому і в іншому випадку долото стає нероботоздатним і підлягає заміні. Після підйому долота контролюється зношення його елементів прямими методами [21].

Для визначення моменту закінчення рейсу долота були запропоновані критерії технічного стану доліт, які базуються на побічній інформації [21, 22 та ін.].

В період інтенсивного розвитку турбінного буріння широкого застосування набув спосіб визначення необхідного часу роботи долота за ступенем зменшення кінцевої механічної швидкості по відношенню до початкової. Це дало можливість підвищити ефективність використання доліт, але не зважаючи на це, аварії, викликані перетримкою або недотримкою доліт, продовжувались, особливо при роторному бурінні . Така ситуація була викликана неврахуванням зношення опор долота.

Намагання врахувати вплив зношення долота на час перебування його на вибої свердловини призвело до розробки більш складних критеріїв. Однак більшість з них не дала очікуваного результату. Невідповідність часу роботи доліт без контролю за їх зношенням переконливо показано в роботах [16, 21].

Частково аналіз критеріїв технічного стану доліт приведений в роботах [6, 16], в яких виходили, в основному, з аналізу технічного стану доліт за промисловими даними. Оскільки ці дані були отримані для різних умов буріння, авторам вказаних робіт не вдалося зробити їх повний порівняльний аналіз.

Третя група методів контролю технічного стану доліт — це розрахункові методи, згідно яких для забезпечення оптимальної технічного стану доліт необхідно встановити такі значення осьового навантаження Р на долото і частоти його обертання n, які забезпечують досягнення максимуму або мінімуму вибраного критерію оптимізації процесу поглиблення за розрахунковий час буріння , або за розрахункову проходку на долото .

Недоліком розрахункових методів є неспівпадання розрахункового часу роботи долота з фактичним, тому користуватись такими методами контролю можна тільки в комплексі з іншими, які дають додаткову поточну інформацію про роботоздатність долота і властивості гірських порід. Це можуть бути критерії технічного стану доліт і нечіткі лінгвістичні правила, якими користуються технологи. Задача контролю ускладнюється тим, що під час рейсу долото може перейти межу пластів гірських порід з різними властивостями і тоді ознаки зношення долота можуть співпадати з ознаками переходу долота в інші породи, що вносить певну невизначеність в результат контролю.

Зі всіх проаналізованих методів найбільший інтерес викликають непрямі методи контролю, оскільки вони дозволяють здійснювати контроль за технічним станом доліт в реальному масштабі часу. Розглянемо їх більш детально.

Встановлено, що зменшення висоти зубців внаслідок зношення відбувається за гіперболічною, логарифмічною, експоненціальною і лінійною залежностями, причому, в більшості доліт зменшення висоти відбувається за законом гіперболи і в 25% – за законом експоненти. Перевагу надано залежності , для якої значення дисперсії мінімальне, а похибка апроксимації емпіричних даних цим рівнянням не перевищує 5.3%.

Таким чином, закономірності зміни в часі фізичного зношення висоти зубців носить параболічний характер і зберігаються для різних режимів буріння, типорозмірів доліт і властивостей порід.

Поряд з описаними вище інтерес викликають методи, що дозволяють за непрямими показниками оцінити величину зношення долота в будь-який момент часу. Як показники зношення використовують частоту і амплітуду вібрації бурильної колони, гранулометричний склад шламу, ультразвукові коливання, добуток різних параметрів і показник режиму буріння, характеристику зміни механічної швидкості проходки в часі буріння з постійними параметрами режиму, критерії технічного стану доліт.

В бурінні добре відоме явище вібрації, яке при резонансі може призвести до серйозних аварій. Долото в цьому випадку служить генератором механічних коливань в складній системі, що вмикає бурильну колону, вишку і розбурювану породу. Енергія, що поширюється вверх по колоні, затухає внаслідок різних втрат,