Рисунок 6.2 – Вплив швидкості обертання на механічну швидкість

Проходки

По-друге, для видалення подрібненої або сколеної породи необхідний визначений мінімум часу. Якщо частота обертання долота велика, часу з моменту дії зуба однієї шарошки до моменту дії зуба іншої шарошки з даною площадкою вибою може бути недостатньо для видалення породи, зруйнованої попереднім зубом, і наступний зуб повторно подрібнює залишений шлам.

По-третє, з ростом частоти обертання інтенсифікується знос зубців шарошок, що призводить до зменшення величини контактного тиску зубів на породу.

Витрата промивальної рідини. Безперервна циркуляція промивальної рідини при бурінні повинна забезпечувати чистоту ствола та вибою свердловини, охолодження долота, сприяти ефективному руйнуванню породи, запобігати ускладненню. Вплив витрати промивальної рідини на механічну швидкість показано на рисунку 6.3. Як видно з рисунка 6.3, поки не забезпечується своєчасне і повне видалення шламу, механічна швидкість продовжує підвищуватись із збільшенням витрати промивальної рідини майже лінійно.

Рисунок 6.3 – Вплив витрати

Промивальної рідини на механічну швидкість проходки

Після досягнення практично достатньої витрати Q_д , механічна швидкість все ще може зростати, але уже дуже повільно (ділянка Q_д - Q_max) внаслідок кращої очистки вибою і долота, зниження концентрації шламу в розчині, зменшення густини розчину в кільцевому просторі і зменшенні тиску на вибій. Проте, при подальшому зростанні витрати почне переважати підвищення втрат тиску на подолання гідравлічних опорів у кільцевому просторі, загальний тиск на вибій почне рости, і механічна швидкість буде знижуватись. Практично ця область досягається рідко.

Параметри промивальної рідини. На механічну швидкість проходки суттєво впливає густина бурового розчину. Найбільшої механічної швидкості досягають при продувці свердловини повітрям, дещо меншої - при промиванні аерованими рідинами.

Вплив густини рідини на механічну швидкість пояснюється в основному підвищенням гідростатичного тиску на вибій і ростом перепаду тиску між свердловиною та розбурюваним пластом, внаслідок чого погіршуються умови утворення тріщин, а виколювані частини породи притискуються до масиву. Тому найбільш значний вплив густини в області об’ємного руйнування породи, а при поверхневому руйнуванні і стиранні - не суттєвий.

Із зниженням густини в більшій мірі проявляється ефект нерівномірного всестороннього тиску, що полегшує руйнування породи. У високопластичних породах можливе навіть їх витікання в раніше пробурений ствол. Із збільшенням густини промивальної рідини для досягнення об’ємного руйнування породи необхідне підвищення осьового навантаження на долото, а при бурінні з промивкою аерованими рідинами і продувкою повітрям відносно високі механічні швидкості можуть бути досягнуті при меншому осьовому навантаженні.

Чим вища проникність порід і водовіддача (фільтрація) промивальної рідини, менша в’язкість фільтрату, нижча частота обертання, більша тривалість контакту робочої поверхні долота з породою, тим слабший вплив густини на механічну швидкість, оскільки тиск на вибої і на глибині виколу встигає вирівнятись.

При збільшенні концентрації твердих частинок знижується механічна швидкість, лише іноді може збільшуватись ефект ерозійної дії струмин і тоді швидкість проходки зростає.

6.3 Основи методики проектування параметрів режиму буріння

Осьове навантаження на долото при бурінні шарошковими долотами здійснюється, виходячи з умови об’ємного руйнування гірської породи

(6.1)

де Р_об - осьове навантаження, при якому виконується умова об’ємного руйнування породи, Н ;

k_з - коефіцієнт, який враховує зміни умов руйнування породи на вибої, k_з = 0,4-0,7 ;

р_ш - твердість породи за штампом, Н/м²;

F_к - площа контактної поверхні породоруйнуючих елементів долота з вибоєм, м².

Враховуючи (6.1) осьове навантаження на долото беруть з умови

(6.2)

де Р_доп - допустиме навантаження на долото, обумовлене його міцністю, Н.

Частота обертання шарошкового долота визначається, виходячи з умови забезпечення мінімально необхідного часу контакту зубця долота з породою

(6.3)

де d_ш , D_д - відповідно діаметр шарошки та долота, м;

Z_max - максимальна кількість зубців на периферійному вінці шарошки;

_min - мінімально необхідний час контакту зубця долота з вибоєм, с (_min = (37) 10^-3 c).

Після розрахунку по (6.3) при роторному способі фактичну частоту обертання визначають виходячи із характеристики ротора, що входить у комплект даної бурової установки.

Витрату промивальної рідини визначають з умов ефективного очищення вибою і забезпечення виносу вибуреної породи по затрубному кільцевому просторі.

(6.4)

(6.5)

де q₀ - питомі витрати промивальної рідини, м³/с/м²:

q₀= (0,35-0,5) м³/с/м² - при роторному способі і електробурінні і q₀=(0,5-0,7) м³/с/м² при бурінні з гідравлічними вибійними двигунами;

F_в - площа вибою свердловини, м²;

V_min - мінімальна швидкість руху промивальної рідини в кільцевому просторі, що забезпечує виніс породи, м/с: V_min=(0,4- 0,6) м/с і залежить від діаметра долота і твердості породи;

F_кп - площа кільцевого простору, м².

За характеристику насосної установки беруть найближче більше значення Q, якому відповідає значення допустимого тиску для даних циліндрових втулок.