В области III процесс разрушения носит объемный характер. Область III называется областью нормального или объемного разрушения.
Описанное выше разделение режимов разрушения породы условное, так как при работе долота в разной степени наблюдаются все три вида разрушения.
График зависимостей v и, h от осевой нагрузки на долото Рд для турбинного бурения имеет вид, представленный на рис. 2. Графики, представленные на рис.1, 2, показывают, что при всех существующих методах вращательного бурения любое изменение осевой нагрузки на долото приводит к изменению показателей его работы. При поддержании на долоте осевой нагрузки, соответствующей V = max , реализуется критерий максимума механической скорости проходки; при нагрузке, отвечающей h = mах, бурить будут с максимальной проходкой на долото.Оптимальный режим с максимумом рейсовой скорости, очевидно, будет достигнут при средней осевой нагрузке между Ря, соответствующей , vmax и Рд, соответствующей hmax .
Взаимосвязь между параметрами режима бурения. В роторном бурении параметры режима бурения не зависят друг от друга. В процессе бурения можно менять любой из них: Рд, п или Q, не изменяя других.
Иное дело в турбинном бурении. Здесь основной параметр режима бурения — количество прокачиваемого бурового раствора Q т. е.
Рд=f(Q).
Частота вращения долота п в турбинном бурении переменна и зависит от количества бурового раствора и осевой нагрузки на долото, т. е.
n =f(Q, Рд)
Другими словами, при турбинном бурении изменение Q неизменно повлечет за собой изменение п и Рд.
При бурении электробуром также имеются свои особенности. Электробуром практически бурят при постоянной частоте вращения долота, и бурильщик не может ее регулировать. Менять частоту вращения можно только заменой электробура другим двигателем, имеющим иную частоту вращения, изменением частоты тока или при помощи редукторов вставок.
Изменение мощности, затрачиваемой долотом на разрушение пород, имеющих различные физико-механические свойства, вызывает изменение силы тока в электрической цепи, питающей электробур. Это позволяет следить по показаниям амперметра за характером работы долота на забое, создавать оптимальные осевые нагрузки, определять степень износа долота.
Критерий оценки эффективности применяемых параметров режима бурения. Таким критерием может служить рейсовая скорость проходки или стоимость 1 м проходки, так называемая экономическая скорость.
Спущенное в скважину долото стремится отработать при таких значениях параметров режима бурения и бурить столько времени, чтобы обеспечить либо максимальную рейсовую скорость Vpmax либо минимальную стоимость 1 м проходки Срmin. Критерий Срmin более обобщающий, чем критерий Upmax ТЭК как он учитывает (в стоимостном выражении) больше факторов.
1.Опытное бурение скважин.
Разрабатывать рациональное (оптимальные) параметры режима бурения следует на основании проводки опорно-технологических скважин (ОТС). Проводка опорно-технологической скважины предшествует составлению технического проекта. С этой целью необходимо:
тщательно изучить геологические условия (стратиграфию, тектонику) района, в котором предполагается бурить, и физико-механические свойства пород;
установить зоны возможных осложнений (нарушения целостности ствола скважины, выбросы, поглощения бурового раствора и т. п.), а также определить пластовые давления продуктивных горизонтов;
3) изучить возможности самопроизвольного искривления ствола скважины и профилактические меры, ранее применявшиеся против искривления, а также выяснить эффективность этих мер;
4) в соответствии с геологическими условиями бурения: а) выбрать буровой раствор, задаться его параметрами для разбуривания отдельных горизонтов (свит и пластов); б) произвести поинтервальный выбор способа бурения; в) выбрать типы долот для разбуривания отдельных горизонтов (свит и пластов).
Если бурение проектируется в районе, где ранее не проводилось глубокое бурение, все изложенные выше определения должны быть произведены по результатам бурения в близлежащих геологических сходных районах.
В зависимости от способа бурения, механических свойств пород, качества бурового раствора и избранных типов долот приступают к определению необходимых значений для осевой нагрузки Рд, количества прокачиваемого бурового раствора Q и частоты вращения долота п. При этом следует руководствоваться (независимо от способа бурения) следующими положениями.
Потенциальные возможности буровой установки должны быть максимально использованы.
Для промывки скважины должен быть выбран буровой раствор с минимально возможными параметрами: плотностью, вязкостью, статическим напряжением сдвига.
Количество прокачиваемой жидкости должно быть достаточным для очистки забоя и выноса частиц выбуренной породы (шлама) на поверхность.
Составляются программы проведения исследований по выявлению влияния регулируемых параметров режима бурения на показатели работы долот. При составлении программы необходимо руководствоваться специальными инструкциями и положениями (например, Методика проводки опорно-технологических скважин, ВНИИБТ, М., 1975). Опорно-технологические скважины рекомендуется бурить ротором и электробуром, так как, используя эти способы, можно соблюсти основные условия проведения исследований — независимость основных параметров режима бурения (осевой нагрузки и частоты вращения) друг от друга, а также иметь необходимый диапазон изменения частот вращения. Однако эта рекомендация не исключает и проводку их с применением гидравлических забойных двигателей.
В процессе проводки опорно-технологической скважины благодаря созданию различных сочетаний параметров режима бурения находят оптимальные варианты. Обработка данных, полученных при бурении опорно-технологических скважин, достаточно трудоемка, требует специальной подготовки. В последнее время для этого широко используются ЭВМ. Применение вычислительной техники для расчета сложного взаимодействия переменных факторов процесса бурения позволяет более точно регулировать и создавать оптимальные условия для бурения.
2.Автоматизация подачи долота
Под подачей инструмента надо понимать его вертикальное перемещение, которое осуществляется опусканием ведущей трубы в ротор на некоторую величину в результате ослабления (оттормаживания) тормоза лебедки.
Под погружением долота надо понимать глубину внедрения долота в породу, происходящего под влиянием подачи инструмента.
Не следует смешивать величину подачи, производимой сверху бурильщиком или автоматом, с глубиной погружения долота в породу, так как колонна бурильных труб не является абсолютно жесткой системой и испытывает в зависимости от возникающих в ней усилий упругие деформации, компенсирующие разницу между подачей и глубиной погружения долота. Таким образом, погружение долота всегда меньше подачи инструмента и в то же время любое погружение долота происходит только. в результате подачи инструмента. В этом органическая связь и принципиальное различие этих двух понятии.
Подача инструмента, производимая бурильщиком, находящимся на поверхности, должна быть плавной, непрерывной и обеспечивающей такое удельное давление долота на забой, которое превышало бы сопротивляемость горных пород разрушению и создавало наиболее эффективную скорость их разбуривания. Подача инструмента осуществляется при помощи подъемного механизма — буровой лебедки, оборудованной мощным тормозным устройством и талевой системой.
Принципы механизированной подачи долота. Автоматизация и механизация буровых работ, являясь основным путем к облегчению труда и увеличению безопасности, приобретает особое значение в связи с увеличением глубин, мощностей буровых двигателей и внедрением форсированных режимов бурения.
В настоящее время в большинстве случаев передача веса инструмента на забой скважины производится бурильщиком вручную. Бурильщик должен хорошо знать условия бурения в данном районе и в соответствии с этим регулировать подачу инструмента. Выдержать равномерность подачи при помощи тормоза лебедки чрезвычайно трудно. Ручная подача очень сильно утомляет бурильщика, так как ему приходится одновременно внимательно следить за измерительными приборами, напрягать зрение, слух и, держась за ручку тормоза, по физическому ощущению судить о характере работы долота на забое. Мастерство сегодняшнего бурильщика — это квалификация физической натренированности. Она постигается годами и требует своеобразного таланта, особых физических и психических данных.
Равномерная подача в пределах заданного давления на забой достигается механизированной подачей. При этом должны быть выполнены следующие основные требования.
Скорость подачи инструмента должна устанавливаться автоматически в соответствии с крепостью проходимых пород и степенью износа долота.
Скорость подачи должна плавно регулироваться в широких пределах — от нескольких десятков метров в 1 ч при бурении в мягких до нескольких сантиметров в крепких породах.
В области III процесс разрушения носит объемный характер. Область III называется областью нормального или объемного разрушения.