5. Режим бурения

5.1. Понятие о режиме бурения, его параметрах и показателях работы долота

Эффективность разрушения горных пород при бурении скважины зависит от комплекса факторов: осевой нагрузки на долото G, частоты вращения n, расхода промывочной жидкости Q и параметров бурового раствора , Т, В (плотность, вязкость, водоотдача), типа долота, геологических условий и механических свойств горных пород.

Выделяются параметры режима бурения (G, n Q, , Т, В), которые можно изменять в процессе бурения и факторы, заложенные в стадии проектирования скважины, не поддающиеся оперативному изменению.

Определенное сочетание управляемых факторов, при которых ведется бурение, называется режимом бурения.

Об эффективности работы долот судят по следующим показателям: проходке на долото h; механической V_м и рейсовой V_р скорости проходки и эксплуатационным затратам на 1м проходки (С_э).

, ,

где h_р – проходка за рейс, м;

t_м – время на механическое разрушение породы в течение данного рейса, час.

, ,

где t_сп – время на спуск нового и подъем изношенного долота,

t_в – время на подготовительно-заключительные и вспомогательные работы в течение рейса (наращивание бурильной колонны, проработка призабойного участка новым долотом, промывка скважины перед подъемом изношенного).

,

где С_д – оптовая цена долота, руб.;

С_б – стоимость 1 ч работы буровой установки по затратам, зависящим от времени, руб/ч;

С_ж – затраты на промывочную жидкость, руб/ч.

Оптимальное (гармоничное) сочетание параметров режима бурения, при котором получают наиболее высокую рейсовую скорость проходки (наименьшие эксплуатационные затраты) и требуемые качественные показатели бурения, при данной технической вооруженности буровой, называется оптимальным режимом бурения.

Режимы бурения, при которых решаются задачи проводки скважины в поглощающих пластах, бурение с минимальным искривлением, отбор керна, качественное вскрытие продуктивных пластов, называются специальными.

Все параметры режима бурения взаимосвязаны. Изменение одного из них влечет и изменение всех остальных.

5.2. Влияние параметров режима бурения на показатели работы и износ долота.

Рассмотрим влияние параметров режима бурения на процесс проводки скважины.

5.2.1. Осевая нагрузка

Рис.23. Рис.24.

Для разрушения горной породы необходимо создавать нагрузку на долото. На графике (рис.23) показана зависимость механической скорости бурения от нагрузки на долото.

На графике (рис.23) показаны четыре кривые: 1 - бурение в мягких породах, 2 - в породах средней твердости, 3 - в твердых породах, 4 - в крепких породах. Зависимость дана при постоянной частоте вращения (60 об/мин), достаточной промывке за короткий промежуток времени (когда изнашиванием долота можно пренебречь).

На графике видно, что с возрастанием осевой нагрузки увеличивается и механическая скорость бурения в различном темпе в зависимости от твердости горных пород.

Наблюдается также изменение темпа роста V _м от G при переходе от разрушения пород истиранием при небольшой нагрузке к разрушению пород в усталостной и объемной областях при большой нагрузке.

Механическую скорость разрушения удобнее представить в зависимости от отношения нагрузки Р_уд к сопротивлению породы Р, при достижении первого скачка разрушения

,

, ,

где - площадь контакта зубьев с породой.

На графике , показано несколько областей (рис.24).

Область I - при относительном удельном давлении 0  Р₀ 0,6 горная порода разрушается в основном за счет поверхностного истирания, абразивного изнашивания, микровыкалывания, смятия и сдвига неровностей.

Эта область характерна для бурения очень твердых пород при недостаточной осевой нагрузке и больших площадях притупления зубцов и при бурении средних пород долотами ИСМ.

Область II - при 0,6  Р₀ 0,9 наблюдается усталостное разрушение пород. Для этой области характерно получение объемного выкола пород лишь через несколько ударов зубьев по одному и тому же участку породы.

Область III - это область объемного разрушения горных пород (при рассматриваемом низкооборотном бурении). Здесь Р₀  0,9.

На основании изложенного можно сделать вывод, что для получения высоких механических скоростей бурения при качественной очистке забоя необходимо создавать максимальную нагрузку, которая ограничивается лишь прочностными характеристиками бурильной колонны и долота. Нужно также обеспечить необходимый крутящий момент. Однако, такой режим бурения требует учитывать такие факторы, как интенсивность изнашивания вооружения и опоры долота, максимальная проходка на долото, снижение частоты вращения и максимального расхода раствора. Анализ показывает, что такой режим бурения не всегда экономичен.