7.6. Оптимальные режимы твердосплавного бурения

Основной задачей оптимизации технологических процес­сов бурения является повышение качества и экономической эф­фективности бурения на основе достижений науки, техники и технологии.

Технологические параметры бурения, при которых процесс разрушения будет происходить наиболее интенсивно, называют предельными.

Для многих параметров бурения (осевая нагрузка, частота вращения снаряда) такие пределы не найдены. В настоящее вре­мя при бурении нефтяных скважин осевую нагрузку доводят до многих десятков тонн. А.А.Минин и А.А.Погарский, доводя чис­ло оборотов инструмента (шарошечное долото) до 4500, не смог­ли достичь максимума механической скорости бурения. Но вследствие того, что в геологоразведочном бурении используют наряды небольшой прочности, буровое оборудование малой мощности, а коронки недостаточно качественны, ограничиваются значительно более низкими параметрами бурения.

Технологические параметры бурения, при которых возможен выход из строя инструмента и оборудования, называют критическими.

В геологоразведочном бурении на процесс бурения оказывает влияние качество перебурки (необходимый процесс выхода керна).

Технологические процессы бурения, при которых на данной буровой технике достигаются наилучшие качественные и количественные показатели, называют оптимальными.

7.7. Критерий оптимальности

Для определения оптимальных параметров бурения большое значение имеет выбор критерия оптимальности.

Разные авторы предлагают свои критерии оптимальности бурения.

Федоров B.C. и Шрейнер Л.А. за такой критерий принима­ет себестоимость бурения. Федоров B.C. считает, что для увеличения осевой нагрузки, числа оборотов снаряда и количеств промывочной жидкости существуют "некоторые разумные пределы, превышать которые экономически невыгодно".

Ятров С.Н. и Имас А.Д. за основной критерий, принимают энергоемкость бурового процесса. "Количество энергии, - отмечает СИ. Ятров, - затрачиваемой на разрушение единицы объема породы на забое скважины, дисперсность выбуренной породь следует считать основными элементами, характеризующими эффективность процесса бурения в конкретных геологотехническю условиях при условии своевременного выноса обломков пород на поверхность. Но при выборе значительной осевой нагрузки необходимо учитывать мощность бурового оборудования, прочность и компоновку бурильного инструмента, прочность долота ".

Большинство исследователей за критерий оптимальности принимают производительность бурения. Таким образом, основными критериями оптимальности являются себестоимость, энергоемкость и производительность бурения.

Себестоимость бурения является наиболее важным критерием геологоразведочных работ, но зависит напрямую от производительности труда: с увеличением производительности труда снижается себестоимость продукции.

Однако, принимая в качестве критерия оптимальности производительность бурения, при конструировании новых типов коронок необходимо учитывать такой критерий, как энергоемкость процесса.

В геологоразведочном бурении доставка к забойному инструменту большого количества энергии сопряжена с рядом трудностей (маломощное оборудование, незначительная прочность бурового снаряда, потеря мощности на холостое вращение 6ypoвого снаряда и трение снаряда о стенки скважины и т.д.). Поэтому за величину критерия оптимальности при конструировании коронок следует принимать такую величину, которая была 6ы прямо пропорциональна производительности бурения Q и обратно пропорциональна расходуемой электроэнергии, N:

, м² /кВт·час, (6.8)

где к - коэффициент, учитывающий эффективность параметра.

При бурении стандартным инструментом энергоемкость - величина постоянная, поэтому за критерий оптимальности техно­логических режимов принимают производительность бурения:

, м/с, (6.9)

где S - проходка за рейс; n - число рейсов; t_б - время бурения; t_В - время вспомогательных операций; V_p - рейсовая скорость бурения; V_Mex - механическая скорость бурения, м/с.

Следовательно, производительность бурения можно опре­делять по величине рейсовой скорости бурения, а последнюю по механической скорости бурения и соотношению времени чистого бурения к времени рейса.

Таким образом, за критерий оптимальности при бурении следует принимать среднюю механическую скорость бурения и оптимальное время рейса.