Лекция 6. Режим бурения глубоких скважин.

Под режимом бурения понимается определенное сочетание факторов, влияющих на показатели бурения. Факторы называют параметрами режима бурения. (по Федорову В.С.).

Важнейшими параметрами являются:

• осевая нагрузка на долото Рд,

• частота вращения долота (или ротора) n,

• количество (расход) циркулирующего бурового раствора,

• качество циркулирующего бурового раствора (фильтрация, вязкость, плотность)

Еще одно определение режима бурения (по Спиваку, Попову).

Режим бурения – это сочетание факторов, определяющих скорость и стоимость проходки конкретного интервала горных пород, выделенного как режимная пачка.

Режимная пачка – это непрерывный интервал бурения, с постоянными геолого-техническими условиями, не зависимыми от глубины залегания горных пород в пределах пачки, или пачки одинаковой буримости горных пород.

В качестве основных факторов, определяющих режим бурения принимаются:

• тип и класс породоразрушающего инструмента,

• режим работы породоразрушающего инструмента,

• способ вращения породоразрушающего инструмента.

Оптимальным называется режим бурения, при котором получают наилучшие технико-экономические показатели при данных условиях бурения.

Специальными называются режимы бурения, при которых происходит подбор параметров режима бурения для решения специальных задач – проводка скважины через поглощающие пласты, обеспечение минимального искривления скважины, тех-го выхода керна, качественного вскрытия продуктивных пластов.

Параметрами режима работы долота является:

• осевая нагрузка на долото, кН

• частота вращения долота, об/мин,

• количество (расход) промывочной жидкости или воздуха, подаваемых на забой для выноса разрушенной горной породы и охлаждения инструмента, м³/с.

Осевая нагрузка на долото G определяется как:

G = g_iD, (6.1)

Где g_i – интенсивность осевой нагрузки , кН на 1 мм. диаметра D долота.

g_i меняется в пределах от 0,5-1,5 кН/мм. Шарошечные долота обычно испытывают на порядок большую нагрузку, чем породоразрушающие инструменты, оснащенные алмазно-твердосплавными пластинками и резцами.

В зависимости от частоты вращения различают 3 режима бурения:

1. низкооборотое (роторное) бурение

• n_A ≤ 90 об/мин

2. среднеоборотное бурение:

-90 < n_A < 250 об/мин

250. < n_A < 450 об/мин

Реализуется при вращении долот объемными забойными двигателями и редукторными турбобурами и электробурами.

3. высокооборотное бурение

n ≥450 об/мин

Реализуется при бурении с безредукторными турбобурами и электробурами.

Для удаления шлама с забоя и из скважины необходимо обеспечить качественную промывку или продувку скважины.

Расход бурового раствора выбирается с учетом следующих условий:

А) условие очистки забоя, Q

Q = g_удF , где (6.2)

g_уд - удельный расход бурового раствора м³/(с*м²), или м/с

F – площадь забоя скважины. F = 0,785 D² где D диаметр долота.

g_{уд =} 0,57-0,65м/с

Б) условие подъема шлама в кольцевом зазоре между бурильными трубами и стекой скважины

Q₂ = UF_к , где (6.3)

U - необходимая скорость восходящего потока жидкости, м/с

F – площадь кольцевого зазора,

F_к = 0,785 (D²-d²), (6.4)

d - диаметр бурильной трубы

Скорости (рекомендуемые) движения жидкости в кольцевом зазоре.

Бурение под колонну	Способ бурения	U, м/с
		Вода	Глинистый раствор
Кондуктор	Роторный Забойным двигателем	- -	0,2-0,3 0,3-0,4
Техническая и эксплуатационная колонны	Роторный Забойными двигателями	0,5-0,6 0,6-0,7	0,4-0,5 0,5-0,6

В) условия обеспечения работы гидравлического забойного двигателя.

(6.5)

Мд – крутящий момент, необходимый для вращения долота,

К₃ – параметр забойного двигателя.

Из полученных 3 расходов выбирают мах.

Технологические показатели работы долота.

1. Проходка на долото (Н), м – определяется длиной ствола скважины, пробуренного долотом до полного износа. Характеризует производительность долота.

2. Стойкость или долговечность долота определяется временем механического бурения долотом до его олного износа. Т (час)

Это первичные показатели, по ним определяются другие характерные показатели.

3. Средняя механическая скорость проходки (бурения), м/ч. Характеризует среднюю скорость разрушения горной породы.

, (м/ч) (6.6)

4. Рейсовая скорость

(6.7)

Тс.в. – время на спуск и подъем инструмента для смены долота,

Тв – время на вспомогательные работы, относящееся к рейсу

5. Себестоимость L,м проходки по затратам, зависящим от времени.

(6.8)

Су – стоимость эксплуатации буровой установки в течение 1 часа,

Сд – стоимость долота с учетом снабженческих наценок.

Для оптимизации режима бурения принимаются следующие критерии:

Н → мах, Vм → мах, Vр→ мах, с → min

При комплексном применении критериев:

1. Vр→ мах и С ≤ Сn, где Сn – плановая стоимость 1 м. проходки, обеспечивающая затраты на бурение в пределах сметы.

2. с → min при Vр ≥ Vр.n, где Vр.n – плановая рейсовая скорость, обеспечивающая строительство скважины в установленные сроки.