4.3. Приработка долот
После спуска нового долота в скважину необходимо произвести его приработку (обкатку). Это особенно важно при смене типа долота, так как в этом случае меняется профиль поверхности вооружения, и часть резцов (зубьев) может быть перегружена, что приведет к их поломке. Процесс бурения следует начинать при минимальной осевой нагрузке ( с «навеса») на интервале до одного метра и минимальной частоте вращения инструмента. При роторном способе бурения приработка продолжается до 0,5 часа, при применении винтовых забойных двигателей до 15 мин, а турбобуров – 5-10 мин. За это время осевая нагрузка постепенно увеличивается практически от нулевой до расчетной, а при роторном бурении одновременно повышается и частота вращения инструмента.
Шарошечные долота с герметизированными опорами ставятся на забой без вращения, создается осевая нагрузка, равная приблизительно от 1/5 до 1/4 от расчетной, и начинается бурение с постепенным возрастанием нагрузки.
4.4. Определение оптимальной осевой нагрузки на долото в процессе бурения
Для решения этой задачи используется несколько методов. Наиболее часто применяются так называемые пассивный и активный методы поиска. В первом случае на породоразрушающий инструмент создается максимально допустимая осевая нагрузка, и подача инструмента прекращается (барабан лебедки затормаживается). При этом начинается режим «выработки», т.е. постепенного снижения осевой нагрузки на долото с течением времени. Сначала темп снижения осевой нагрузки достаточно велик, а затем он уменьшается, что свидетельствует об изменении характера разрушения породы на забое скважины. Оптимальной осевой нагрузкой будет такая, при которой отмечено это изменение, плюс 10-20 кН.
При активном методе поиска задается некоторая начальная осевая нагрузка и фиксируется время на бурение, например, одного метра, или проходка за определенный промежуток времени. Затем нагрузка повышается на 10-20 кН, и вновь фиксируется время или проходка. Эта операция повторяется несколько раз при ступенчато вырастающей осевой нагрузке. При этом время бурения интервала сначала резко снижается, а затем более менее стабилизируется, или даже повышается при турбинном бурении. Если измеряется проходка за определенные промежутки времени, то вначале она возрастает, а затем стабилизируется. Оптимальной будет такая нагрузка, при которой происходят эти изменения, минус 10-20 кН.
5. Рациональная отработка долот
В процессе углубки скважины происходит постоянный износ вооружения долота, а для шарошечных долот и опоры, что приводит к снижению механической скорости бурения.
Для того, чтобы не происходило чрезмерного износа долота и его поломки, т.е. аварии, необходимо вовремя произвести подъем и смену породоразрушающего инструмента.
В то же время, если долото не выработало свой ресурс, и произведена его замена, то возрастают затраты времени на спуско-подъемные операции, и, как следствие, себестоимость метра скважины. Для определения рационального времени работы долота на забое разработано достаточно много критериев. К их числу относятся:
• достижение максимума рейсовой скорости бурения;
• равенство механической и рейсовой скорости бурения;
• темп падения мгновенной механической скорости бурения;
• по достижению минимума стоимости метра скважины;
• максимум произведения проходки на долото на механическую скорость бурения;
• достижение максимума произведения текущей механической скорости на время от начала рейса.
В первом случае через равные промежутки времени, например, 15 минут определяется величина рейсовой скорости Vpi от начала процесса бурения, и как только она начинает снижаться, производится подъем инструмента. Расчет ведется по формуле
,
(5.1)
где h – проходка на долото от начала рейса;
tб – общее время бурения;
tсп – нормативные затраты времени на спуско- подъемные операции;
tп – нормативные затраты времени на подготовительно- заключительные операции.
Исследуя равенство (5.1) на экстремум, т.е. взяв первую производную и приравняв ее к 0, можно показать, что
,
(5.2)
следовательно долото нужно отрабатывать до тех пор, пока не сравняются рейсовая и механическая скорость бурения.
При использовании третьего критерия (по темпу падения механической скорости бурения) оптимальное время бурения tб определяется по формуле
,
(5.3)
где Кизн – коэффициент интенсивности износа вооружения
,
(5.4)
где h1 и h2 - проходка за определенные равные (например, 15 мин) промежутки времени t.
При использовании в качестве критерия минимума стоимости метра скважины ведутся расчеты по формуле (3.3) и отыскивается минимум этой функции.
Другие критерии рациональной отработки долот используются сравнительно редко.
Следует отметить, что все перечисленные выше критерии относятся к вооружению долота. Для шарошечных долот зачастую раньше изнашиваются опоры, что приводит к заклиниванию шарошек. В этом случае при роторном бурении резко (в 2-3 раза) повышается крутящий момент на роторе, возрастает ток в цепи электродвигателя, а при бурении с помощью гидравлических забойных двигателей – существенно снижается механическая скорость бурения. При появлении этих признаков следует произвести подъем инструмента. Рациональным износом шарошечных долот считается ВЗПЗ по классификатору износа.