Вопрос 10: Эффективность углубления скважины. Технологический режим бурения.

Рейс (долбление) - один цикл использования долота, включающий затраты времени на:

• спуск бурильного инструмента в скважину

• механическое бурение

• подъем бурильного инструмента

• подготовительно-заключительные работы (ПЗР) к СПО.

Проходка за рейс (долбление) h_р - приращение длины ствола скважины в течение одного рейса, м

Средняя механическая скорость проходки V_м - количество метров горных пород, пробуренных в единицу времени, м/ч: V_м = h_р/t_б.

Мгновенная механическая скорость проходки (бурения) V_мг - скорость разрушения породы долотом в любой данный момент времени, м/ч

Как правило, долотом бурят до полного его износа, то есть до выработки ресурса долота t_рд. В этом случае t_б = t_рд.

Долота современных конструкций, особенно безопорные, имеют большой ресурс и их можно последовательно использовать в нескольких скважинах. В этом случае t_рд - суммарная продолжительность механического бурения долотом во всех скважинах.

Средняя рейсовая скорость проходки V_р - средняя скорость углубления скважины с учетом затрат на весь рейс, м/ч: V_р = h_р/t_р.

Для повышения эффективности углубления ствола скважины нужно стремиться повышать среднюю механическую и среднюю рейсовую скорости проходки.

Технологический режим бурения:

Технологический режим бурения – совокупность регулируемых факторов (параметров), определяющих условия и эффективность работы породоразрушающего инструмента на забое скважины.

Доля мощности, расходуемой непосредственно на РГП, составляет 2–15 %, а физический КПД (расход энергии на образование новой свободной поверхности частиц шлама) около 0,01 %.

Основные потери мощности на забое:

• преодоление сил сопротивления в опорах шарошечного долота

• измельчение выбуренных частиц породы

• рассеивание энергии в виде упругих колебаний в массиве горных пород

• вибрационные процессы в БК и выделение тепловой энергии.

Параметры режима бурения:

• первичные (параметры управления)

• вторичные (параметры контроля).

Параметры управления:

• нагрузка на долото Р_д, кН;

• частота вращения

породоразрушающего инструмента

n, мин^-1;

• подача циркуляционного агента

(производительность буровых насосов)

Q, м³/с (л/с)

Параметры контроля:

• крутящий момент

• тип и свойства циркуляционного агента

• давление нагнетания

• частота и амплитуда динамической

составляющей осевой нагрузки и крутящего

момента

• дифференциальное давление на забое

скважины

• изменение концентрации твердой фазы в ПЖ

при циркуляции по стволу скважины и т.д.

Вопрос 11: Влияние параметров режима бурения на эффективность работы породоразрушающего инструмента.

1. Нагрузка на долото. Хрупкие или упруго-пластичные породы.

Зона I (участок ОА) – контактное давление ниже предела усталости ГП. Разрушение породы в виде поверхностного износа вследствие трения. Скорость проходки прямо пропорциональна контактному давлению.

В точке А контактное давление достигает предела усталости.

Предел усталости р_А – наименьшее контактное давление, при котором многократное приложение нагрузки вызывает развитие трещин в породе, приводящее к объемному разрушению. Предел усталости ГП в 20–30 раз ниже показателя ее твердости.

Зона II (участок АВ) – контактное давление превышает предел усталости, но остается ниже уровня, соответствующего твердости ГП в забойных условиях р_В. Появление трещин, сколов после многократного воздействия нагрузки. По мере увеличения контактного давления интенсивность развития трещин и глубина их проникновения растут, а требуемое количество циклов нагружения снижается. Идет местное, локальное разрушение.

Предел выносливости - наибольшее напряжение, при котором материал не разрушается при любом количестве циклов нагружения.

Зона III (участок ВС) – контактное давление превосходит твердость ГП в забойных условиях. Объемное разрушение ГП происходит при единичном акте нагружения.

На величину оптимальной нагрузки для конкретной пары «долото–ГП» оказывает влияние степень очистки забоя от шлама, конфигурация забоя скважины, высота зуба и т.д. С улучшением очистки забоя от шлама (кривая ВС²) оптимальный уровень нагрузки повышается по сравнению с кривой ВС¹.