Взаимосвязь параметров режима бурения и технко-экономических показателей

                      

  При роторном способе бурения при фиксированной частоте вра-щения долота n = const, но постоянном росте величины осевого усилия F

- наблюдается увеличение механической скорости;

- происходит резкое снижение долговечности долота;

-   проходка на долота возрастает, при достижении осевым усилием критического значения F_кр происходит снижение величины проходки на долота: имеется оптимальное значение  осевой нагрузки, при которой про-ходка на долото достигает наибольшей величины h = h_max.

При фиксированном значении осевого усилия F = const, но возрас-тающей частоте вращения n,

- происходит резкое снижение долговечности долота;

-    изменение механической скорости бурения происходит аналогично тому, как указано на рис.26;

-   существует оптимальное частоты вращения значение n _кр, при ко-торой проходка на долото достигает наибольшей величины h = h_max.   

При турбинном способе бурении

-    с ростом осевой нагрузки происходит снижение частоты вращения долота,

-   механическая скорость бурения и проходка на долото возрастают до максимальных значений

V = V_max при F = F₁,

                                          h = h_max при F = F₂, F₁ < F₂,

но затем с ростом F они уменьшаются. Оптимальный режим бурения, обеспечивающий меньшие сроки бурения скважины, будет достигнут при осевой нагрузке F, удовлетворяющей условию  F₁ < F < F₂.

 Анализ взаимосвязи параметров режима бурения с его технико-эконо-мическими показателями позволяет сделать следующие выводы:

► при роторном бурении параметры режима бурения F, n, Q при регулировании не зависят друг от друга, т.е. при бурении их можно изменять независимо. Это является большим преимуществом роторного способа бурения. Но нужно понимать и наличие связи между параметрами режима бурения: увеличение осевого усилия F, например, способствуя повышению эффективности разрушения горной породы, требует роста и расхода Q (к изменению Q в зависимости от роста n  это относится, по понятной причине, в меньшей степени). На практике из трех основных режимных параметров основное внимание при роторном способе бурения уделяется двум: F и Q.

В целях увеличения долговечности долота при возрастании  осевой нагрузки снижают частоту вращения долота и наоборот, это означает, что параметром режима бурения может служить произведение n·F.

При бурении слабо сцементированных, малоабразивных горных пород целесообразно применять большие частота вращения, но пониженные осевые нагрузки; если же разбуривается скальная горная порода, то верхнему уровню осевых нагрузок на долото должен соответствовать нижний уровень частот вращения.  

При разбуривании абразивных, трещиноватых горных пород целесо-образно снижать частоту вращения ротора во избежание повышенного износа и разрушения вооружения долота, герметизирующих элементов опор шарошек и пр.

При использовании долот первого класса (долота с твердосплавным вооружением) и герметизированными опорами режим бурения должен выбираться таким, чтобы не допускались вибрация бурильной колонны, неравномерное вращение и подача долота, резкие торможения и остановки: это приводит к разрушению твердосплавных зубков и прежде-временному выходу из строя герметизирующих элементов и опор в целом.  

Для подавления возникающих при бурении скважины вибраций необхо-димо уменьшать осевую нагрузку или изменять частоту вращения ротора.

При использовании в качестве буровых агентов воздуха или газа нагрузка на долото и частота его вращения должны быть меньшими по сравнению с таковыми при бурении скважин с промывкой забоя водой. Это объясняется низкой очищающей способностью воздушной струи. Недостаточная подъемная способность воздуха должна компен-сироваться высокой скоростью движения в кольцевом канале (5-8 м/с).

    ► при турбинном способе бурения осевая нагрузка на долото F,  создается так же, как и в роторном бурении, но основным режимным пара-метром становитсся интенсивность промывки Q (из-за того, что изменение расхода Q неизменно влечет за собой изменение параметров n и F). В самом деле, расход промывочной жидкости Q должен быть достаточен для того, чтобы гидравлический забойный двигатель мог развивать момент М_д, необходимый для вращения долота при заданном значении осевого усилия F. Рост осевого усилия вызвает повышение момента М_д , при этом n cнижается. В явном виде указанная зависимость имеет вид

 

n = n_х(1 - ),

где n_х –  частота вращения при холостом ходе турбобура, М _т - тормозной момент турбобура. Связь между М_д и n определяется рабочей характе-ристикой турбобура, которая зависит от величины расхода Q и плотности промывочной жидкости ρ_ж.

В реальной ситуации, возникающей при бурении скважины, имею-щиеся в распоряжении бригады буровые насосы не всегда могут обес-печить достаточного изменения величины расхода раствора. В этом случае использовать повышенные значения осевого усилия не имеет смысла по причине зашламования забоя. Возникает необходимость согласования ве-личины имеющегося расхода бурового раствора со значением создава-емого осевого усилия. В такой ситуации величина осевого усилия определяется расходом (зависит от расхода), т.е. справедливо условие:

 

                                                   F = F (Q),

 

а частота вращения долота является функцией Q и F:                                                                                    

 

n = n(Q, F).