Влияние параметров режима бурения на показатели работы долота

Выбор способа бурения. Роторный способ бурения рекомендуется при использовании шарошечных долот типа АН с оптимальной частотой вращения 35 - 150 об/мин с целью увеличения углубления за рейс, при разбуривании пластических пород (глины, глинистые сланцы и др.) лопастными гидромониторными долотами; при промывке утяжеленными (r > 1700 - 1800 кг/м³) и аэрированными промывочными жидкостями, при продувке воздухом, в условиях высоких забойных температур (140 -150 °С).

Турбинный способ бурения рационален при использовании высокооборотных типа АВ шарошечных, алмазных долот и долот типа ИСМ, промывочных жидкостей плотностью не более 1700 - 1800 кг/м³; при забойных температурах до 140—150 °С (для двигателей с обрезиненными деталями), при бурении наклонно направленных и многоствольных скважин, а также скважин большого диаметра агрегатами реактивно-турбинного бурения (РТБ).

Применение электробуров целесообразно при бурении утяжеленными промывочными жидкостями (r < 2300 кг/м³), температуре не выше 130—140 °С, бурении направленных скважин в сочетании с телеметрическими системами, промывке аэрированными жидкостями и продувкой воздухом, бурения алмазными долотами и долотами типа ИСМ.

Выбор типа долота.

Лопастные долота рекомендуется применять для бурения мягких пород и пород средней твердости. Трехлопастные долота по сравнению с двухлопастными обеспечивают снижение динамических усилий и большие проходки за рейс. Использование гидромониторных долот повышает скорость бурения на 200 — 400 % и проходки на долото до 50 %, но при этом скорость истечения промывочной жидкости из насадок должна составлять от 60 - 80 до 120 м/с.

Шарошечные долота используют для бурения пород с различными показателями твердости, абразивности и пластичности. В мягких, средней твердости, твердых, крепких и очень крепких однородных породах применяют долота соответственно типа М, С, Т, К и ОК; при наличии пропластков более твердых пород — МС, СТ, ТК, ОК; для абразивных пород соответствующей твердости — долото с индексом З.

Алмазные долота целесообразно использовать в глубоких скважинах для бурения известняков, доломитов, аргиллитов, слабосцементированных песчаников и других малоабразивных пород. Они малоэффективны в часто перемежающихся кавернозных и трещиноватых породах, сложенных окремненными и другими абразивными разностями. С алмазными долотами успешно конкурируют долота типа ИСМ, армированные сверхтвердым материалом «Славутич».

В шарошечных долотах наиболее подвержены износу вооружение и тыльные калибрующие поверхности шарошек, их опоры, а также козырьки лап. При износе вооружения шарошек уменьшается высота зубцов, изменяется их геометрическая форма, несколько увеличивается площадь контакта зубцов с породой; следствием последнего является уменьшение контактного давления зубцов на породу.

При неизменных параметрах режима бурения в однородной породе механическая скорость проходки по мере износа зубцов по высоте уменьшается соответственно уменьшается во времени и прирост проходки.

Поскольку с увеличением G и n_д вращения долота возрастает не только скорость разрушения породы, но и скорость износа зубцов шарошек, это не может не отразиться на характере зависимостей механической скорости проходки и проходки за рейс от указанных параметров режима даже при удовлетворительной очистке забоя. Так, зависимости механической скорости проходки от осевой нагрузки при n_д = const и от частоты вращения при удельной осевой нагрузке g_yд = const имеют максимумы при определенных значениях g_уд и n_д соответственно. Для описания этих зависимостей предложено несколько, эмпирических уравнений. Одно из них, полученное по данным отработки долот на месторождениях Урало-Поволжья, имеет вид

, (7.12)

где u_ом - начальная механическая скорость проходки неизношенным долотом; t - продолжительность работы долота на забое; а и b - эмпирические коэффициенты, зависящие от параметров режима бурения и конструкции долота; для названного района 1,8 £ а £ 2,9 и 0,2 £ b £<0,6.

Для описания зависимости срока службы вооружения от параметров режима предложено несколько эмпирических уравнений. Одно из них имеет вид

, (7.13)

где А₁ - постоянная, зависящая от конструкции вооружения и типа долота; b₁ и b₂ - экспоненты, зависящие от абразивности породы и промывочной жидкости, степени очистки забоя и некоторых других факторов; они изменяются в диапазоне от 1 до 1,5.

При неизменных осевой нагрузке и частоте вращения долота с увеличением секундного расхода промывочной жидкости улучшается очистка забоя и возрастает механическая скорость проходки. Однако увеличение секундного расхода эффективно, лишь пока он не достигнет некоторой величины Q_Kp; при Q > Q_Kp механическая скорость проходки стабилизируется. Величина Q_Kp зависит, видимо, от конструкции долота, схемы очистки забоя, удельной осевой нагрузки, частоты вращения, твердости породы и свойств промывочной жидкости. С увеличением удельной нагрузки и частоты вращения Q_Kp несколько возрастает.

Дальнейшее улучшение очистки забоя возможно путем более совершенной организации транспортировки частиц разбуренной породы в поддолотной зоне, увеличения скорости движения частиц в восходящем поддолотном потоке. Возможно несколько способов решения этой задачи: замена симметричной схемы подвода струй жидкости от долотных насадок к забою на асимметричную; размещение осей долотных насадок под значительным наклоном к поверхности забоя; создание эффекта эжекции (когда, например, одну из трех долотных насадок гидромониторного типа выходным отверстием направляют в сторону, противоположную забою); увеличение гидравлической мощности струй, подводимых к забою через гидромониторные насадки; использование при бурении в твердых породах долот с одной центральной гидромониторной насадкой и др.

Рейсовая скорость и эксплуатационные затраты на 1 м проходки связаны с механической скоростью проходки и, следовательно, также зависят от параметров режима бурения.

Если партию однотипных долот одинакового диаметра отрабатывать в однородной породе при одной и той же частоте вращения, но при разных осевых нагрузках (постоянных для каждого долота), то при каждой из нагрузок будет получено свое значение минимума эксплуатационных затрат (и максимума рейсовой скорости). Ту осевую нагрузку, при которой величина минимума эксплуатационных затрат будет наименьшей по сравнению с минимумами при других нагрузках, называют оптимальной при данной частоте вращения.

Аналогично, ту частоту вращения, при которой величина минимума эксплуатационных затрат является наименьшей по сравнению с минимумами затрат при других частотах вращения, называют оптимальной при данной осевой нагрузке. То сочетание частоты вращения и осевой нагрузки, при котором величина минимума эксплуатационных затрат является наименьшей по сравнению с минимумами при других сочетаниях тех же параметров, называют оптимальным режимом бурения. Эксплуатировать долота всегда желательно при оптимальном режиме или хотя бы при оптимальной нагрузке для выбранной частоты вращения. Продолжать отработку долота после достижения минимума эксплуатационных затрат на 1 м проходки в однородной породе нецелесообразно, так как это ведет к увеличению себестоимости бурения скважины в целом.

Однако конечная цель – не увеличение продолжительности пребывания долота на забое, а получение большей проходки на долото за возможно более короткое время. Поэтому если изменение какого – то параметра обуславливает сокращение продолжительности работы долота на забое, но одновременно увеличивается механическая скорость и повышается проходка на долото, то оно целесообразно.

Дата добавления: 2014-01-03