Понятие о режимах бурения скважин и их параметрах; влияние параметров режима бурения на технико-экономические показатели бурения.

Под режимом бурения понимается сочетание регулируемых параметров, влияющих на качество бурения, к числу которых относятся: осевая нагрузка (давление) на долото Р_д; частота вращения долота п; количество прокачиваемого бурового раствора (Q_р, показатели бурового раствора (плотность, вязкость, показатель фильтрации, статическое напряжение сдвига). Сочетание этих параметров, позволяющее получать наиболее высокие качественные и количественные показатели бурения, называется рациональным (или оптимальным) режимом бурения.

В процессе бурения часто приходится отбирать керн, бурить скважину в неблагоприятных геологических условиях (зонах, склонных к поглощениям, осложнениям, связанным с нарушением целостности ствола скважины и т.п.), забуривать в сторону от ранее пробуренного ствола и т.д. Режимы бурения, применяемые в таких случаях, указываются специальными режимами.

Влияние количества и качества бурового раствора. Чистота забоя скважины, а следовательно, и собственно процесс бурения зависят от следующих факторов.

1. Качество бурового раствора. Очистка скважины от мелкого шлама лучше обеспечивается при глинистых растворах с малой вязкостью и малой прочностью структуры. Крупные куски шлама лучше удаляются при густых и вязких растворах. С увеличением плотности бурового раствора увеличивается давление на забой скважины, сопротивляемость пород разрушению возрастает, вследствие чего показатели бурения уменьшаются. В случаях, когда геологические условия позволяют, следует использовать в качестве промывочной жидкости воду, газ или воздух с обязательной компенсацией их недостаточной подъемной способности высокой скоростью движения в затрубном пространстве.

2. Количество бурового раствора, подаваемого на единицу площади забоя скважины. На основании обобщения экспериментальных исследований установлено (исследования проводились при бурении роторным способом и электробуром), что технологически необходимое количество промывочного раствора, л/с,

где 0, 07 — переводной коэффициент; П₃ — площадь забоя скважины, см².

Превышение производительности буровых насосов над вычисленной по данному соотношению величиной не приводит к существенному изменению механической скорости проходки.

3. Скорость истечения потока жидкости из отверстий долота и расположения этих отверстий по отношению к шарошкам и забою скважин. С увеличением скорости истечения бурового раствора из долотных насадок улучшается очистка забоя скважины, а следовательно, возрастает механическая скорость бурения. Наблюдения показывают, что значительный рост механической скорости проходки достигается в том случае, когда скорость струй, вытекающих из насадок гидромониторного долота, превышает 60... 75 м/с. Большое влияние на условия очистки забоя оказывает высота зубьев шарошек. Чем больше просвет между шарошками и забоем, тем совершеннее его очистка и выше значения h / n. Наименьшие значения h / n наблюдаются в тех случаях, когда применяются алмазные долота, в которых зубья (алмазы) выступают за матрицу на незначительную высоту, и штыревые с твердосплавными вставками, почти уплотненными в теле шарошки.

Влияние частоты вращения долота. Установлено, что при увеличении частоты вращения долота механическая скорость проходки растет, достигая максимальной величины, а потом снижается. Каждому классу пород (пластичных, пластично-хрупких и хрупких) соответствуют свои критические частоты вращения долота, превышение которых вызывает снижение механической скорости проходки. Следует иметь в виду, что повышение частоты вращения шарошечных долот снижает долговечность их работы из-за интенсивного износа опор и сокращает проходку за рейс долота.

Рис. 29. Кривая зависимости механической скорости проходки от осевой нагрузки

Влияние осевой нагрузки. По многочисленным отечественным и зарубежным исследованиям влияние осевой нагрузки на механическую скорость может быть охарактеризовано графиком, отражающим качественную сторону процесса (рис. 29). На кривой v_M = f ( P_a ) выделяются три области. Область I характеризуется тем, что скорость t> _M увеличивается пропорционально увеличению Р_а. В этой области удельная нагрузка значительно меньше прочности разрушаемой породы, поэтому процесс разрушения носит поверхностный характер. Область I называется областью поверхностного разрушения.

Во II области v_u также увеличивается с ростом Р_п, но в данном случае механическая скорость растет быстрее, чем увеличивается создаваемая на долото нагрузка. В этой области породы разрушаются при удельной нагрузке, меньшей твердости разрушаемой породы,

но уже близкой к ней. Эта область условно называется областью усталостного разрушения. На грани­це II и III областей удельная на­грузка будет соответствовать твердости разрушаемой породы.В III области процесс разру­шения носит объемный харак­тер. Область III называется обла­стью нормального или объемного разрушения.

Разделение режимов разру­шения породы является условным, так как при работе долота в разной степени наблюдаются все три вида разрушения.

 

Рис. 30. Влияние осевой нагрузки на механическую скорость и проходку на долото при турбинном бурении

Для турбинного бурения зависимости v_m, n, h от осевой нагрузки на долото Р_л показывают, что при всех существующих методах вращательного бурения любое изменение осевой нагрузки на долото приводит к изменению показателей его работы (рис. 30). При поддержании на долоте осевой нагрузки, соответствующей у_ы = max, реализуется критерий максимума механической скорости; при нагрузке, отвечающей h = max, будет вестись бурение с максимальной проходкой на долото.

Оптимальный режим с максимумом рейсовой скорости будет достигнут при средней величине осевой нагрузки между Р_д, соответствующим г> _мтах, и Р_л, соответствующим Л_тах.

Взаимосвязь между параметрами режима бурения. В роторном бурении параметры режима бурения не зависят друг от друга. В процессе бурения можно менять любой из них: Р_и, п или Q_p, не изменяя других.

Иное дело при бурении гидравлическими забойными двигателями. Здесь основным параметром режима бурения является количество прокачиваемой промывочной жидкости Q_p. Осевая нагрузка на долото Р_д находится в зависимости от Q_p, т. е.

Число оборотов долота п в турбинном бурении переменно и зависит от количества прокачиваемой жидкости и величины осевой нагрузки на долото, т.е.

Другими словами, при турбинном бурении изменение величины (2_Р неизменно повлечет за собой изменение п и Р_д.

При бурении электробуром также имеются свои особенности. Электробуром бурят практически при постоянной скорости вращения долота и бурильщик не может ее регулировать. Менять скорость вращения можно только путем замены электробура другим двигателем, имеющим иную скорость вращения, изменением частоты тока или при помощи редукторов-вставок.

Критерий оценки эффективности применяемых параметров режима бурения. Таким критерием может служить рейсовая скорость или стоимость 1 м проходки, так называемая экономическая скорость. Спущенное в скважину долото стремятся отработать при таких значениях параметров режима бурения и бурить им столько времени, чтобы обеспечить либо максимальную скорость w_pmax, либо минимальную стоимость 1 м проходки C_min. Критерий C_min более обобщающий, чем критерий w_pmax, так как он учитывает (в стоимостном выражении) больше факторов.

⇐ Предыдущая15161718192021222324Следующая ⇒

Поделиться: