8.5.1. Роторний спосіб буріння

► При роторному способі параметри режиму буріння взаємонезалежні, тобто зміна будь-якого із параметрів не впливає на інші. Це створює важливі передумови для вибору оптимального співвідношення режимних параметрів так, що при виборі одного із них, решта параметрів залишається без змін.

Оптимальне співвідношення може бути знайдено тільки емпірично, шляхом зміни кожного з параметрів.

Визначальним параметром режиму, що в найбільшій мірі впли­ває на ефектив-ність руйнування породи, є осьове навантаження на долото, яке створюють частиною ваги нижньої частини бурильної колони.

При цьому в цій частині колони виникають напруження осьового стиску і поздовжнього згину. Щоб зменшити напруження поздовжнього згину, необхідно масу колони, з допомогою якої ство­рюється осьове навантаження на долото, зосередити як можна бли­жче до долота. Для цього нижню частину бурильної колони компле­ктують з товстостінних труб великого діаметра (ОБТ). Довжина цієї частини колони визначається за формулою:

(8.6)

де l_обт— довжина ОБТ, м;

k_р=1,1—1,3. На практиці приймають k_р=1,25.

G_д — осьове навантаження на долото, Н;

g =9,81 м/с² — прискорення вільного падіння;

т_обт — маса 1м обважнених бурильних труб, кг/м;

ρ_пр — густина промивальної рідини, кг/м³;

ρ_м — густина матеріалу труб (сталі), кг/м³.

При бурінні свердловин великого діаметру в нижню частину бурильної колони встановлюють ОБТ максимально можливого діаметра (їх часто називають маховиками).

Тоді необхідна довжина ОБТ, що знаходиться вище маховиків (нижня частина КНБК) визначається за формулою:

, (8.7)

де G_КНБК— вага КНБК, Н.

Осьове навантаження на долото є тим параметром, який піддає­ться гнучкому регулюванню. У процесі відробки долота осьове на­вантаження можна змінювати невеликими щаблями так, щоб знайти його оптимальне значення або хоча б наблизитись до нього. Знайшовши це значення, надалі навантаження прагнуть підтримува­ти приблизно постійним, поки суттєво не зміниться твердість поро­ди.

У нормальних умовах, коли відсутні передумови довільного викривлення свердловини (або не вирішуються інші спеціальні зада­чі), для ефективного об'ємного руйнування породи доцільно під­тримувати осьове навантаження на рівні, при якому контактний тиск робочих елементів долота приблизно дорівнює твердості породи або дещо перевищує її.

Для приводу ротора, який обертає бурильну колону і долото, в бурових установках в основному використовуються асинхронні еле­ктродвигуни і дизельні двигуни. Кінематична схема бурових устано­вок дозволяє одержувати чотири (рідше — шість) базових частоти обертання стола ротора. У випадку використання дизельного приво­ду частоту обертання можна незначно змінювати в бік зменшення від базової. Плавне регулювання частоти обертання в широкому діа­пазоні можливе лише на установках, де для приводу використовую­ться двигуни постійного струму.

Для роторного буріння специфічним є залежність співвідно­шення осьового навантаження і частоти обертання не тільки від ме­ханічних властивостей гірської породи, міцності і довговічності до­лота, але і від міцності і жорсткості бурильної колони. Із збільшен­ням осьового навантаження зростають напруження стиску в нижній частині бурильної колони, а із підвищенням частоти обертання - напруження згину і частота поздовжніх та крутильних коливань, що може прискорити руйнування бурильних труб і особливо різьбових з'єднань. Для безпечної роботи при збільшенні осьового наванта­ження, як правило, знижують частоту обертання долота.

► Роторний спосіб буріння можна ефективно застосовувати:

• при розбурюванні верхніх горизонтів з використанням гідромоніторних бурових доліт (можна створювати високі швидкості витікання рідини з насадок до 100—120 м/с) з крупними зубками (типу М), де необхідні великі осьові навантаження;

• при бурінні свердловин в ускладнених умовах (особливо при осипаннях порід та поглинаннях розчину);

• при бурінні глибоких інтервалів свердловин, де великі гідравлічні втрати, висока вибійна температура (більше 140—150°С), проблема створення осьового навантаження та ін., необхідно максимально збільшити проходку за рейс і оптимальні значення швидкості обертання долота знаходяться в межах 35— 150 хв^-1;

• при бурінні свердловин в умовах, що вимагають застосування обважнених бурових розчинів, (густиною більше 1700 — 1800 кг/м³), коли в конкретних умовах не має переваг електробур;

• при бурінні з відбором керна;

• при бурінні з продуванням вибою повітрям і промиванням аерованою рідиною з високим ступенем аерації, якщо в даних умовах неможливо використовувати електробур;

• при бурінні опорно-технологічних свердловин (ОТС).