7. Виды режимов бурения и методы их проектирования. Как проектируется частота вращения долота.

Режимом бурения называется совокупность параметров, управляемых с дневной поверхности. Виды:

Рациональный (оптимальный) – максимально-возможные показатели бурения при стандартном оборудовании.

Скоростной – получаем максимально возможные показатели бурения при замене какого-либо оборудования.

Специальный режим – при отборе керна и при осложнениях.

Методы проектирования режимов бурения: статистический, аналитический и полуимперический.

Статистический – при этом собирают информацию о показателях бурения и параметрах режима бурения, составляют статистическую выборку при однотипных условиях. Такую информацию обрабатывают статическим методами относительно интересующего нас параметра режима бурения. Недостатки: а) трудность в отборе необходимой информации (на буровых как правило заносят неверную информацию), б) данные по бурению скважин обрабатываются за прошедший период (трудно выдать рекомендуемые на перспективу, особенно если предвидится применение нового оборудования.

Полуимперический – при этом применяют определенные выражения (формулы), часто полученные опытным путем, с несколькими коэффициентами, которые определяются опытным путем при специальных исследованиях. Такие коэффициенты надо постоянно обновлять в результате спец исследований, на что у производственников нет времени

Vm=AG^x n^y

где x,y – коэффициенты, изменяющиеся при измен. типа долота, ЗД, пром. жидкости и т.д.

Таких коэффициентов существует до 2-х десятков. Формулы для этого способа получены из опыта роторного бурения. Попытки применить их к турбинному бурению неуспешны. Чаще всего применим при низкооборотном бурении.

Аналитический – для этого метода получены формулы (с привлечением опыта бурения) и на их базе создана методика проектирования. При этом методе необходимо хорошо знать породы, слагающие разрез скважины. Используя данные для других месторождений для аналогичных пород можно определить их свойства (Pш, , Кт, Ка, к, гп). Используя этот метод можно хорошо запроектировать режим и подобрать скважинное оборудование.

Частоту вращения долота для обеспечения _К при которой возможна реализация расчетной нагрузки на долото находят:

;

где К_=4,8-7,2

t_n-шаг зубьев ; R- радиус долота ;_К- время контакта для М 2-4, Т 4-8 млс.

При известных величинах осевой нагрузки на долото, в частности ее динамической составляющей (G_д), модуля упругости (Е) и площади поперечного сечения тела (F) динамически активного участка, например вала забойного двигателя, частоту вращения долота для обеспечения _к определим по формуле

с - скорость звука в материале вала двигателя, с = 5100 м/с;  - угол между осью шарошек в долоте, обычно sin = 0,80...0,82; Е = 2,110¹¹ Па (для стали); _к - в мс; G_д - в Н.

8.Проектирование режима бурения аналитическим методом. Подробней изложить методы расчета осевой нагрузки на забой скважины и частоты вращения долота.

Аналитический метод проектирования режима бурения скважин применяется в двух вариантах.

При первом варианте необходимы данные о физических свойствах горных пород, слагающих геологические разрезы скважин, и об основных характеристиках долот, которые желательно получать на этапе бурения разведочных скважин.

Для успешного применения второго варианта проектирования режима бурения должны быть известны сведения о параметрах эмпирических зависимостей средней механической скорости проходки от осевой нагрузки на долото и частоты вращения долота – V_м = f (G ; n), а также зависимости долговечности долота (в первую очередь его опоры – Т_оп) от G и n: Т_оп = f (G ; n). Этот вариант более эффективен при бурении опорно-технологических скважин (ОТС), когда имеется возможность постоянно корректировать величины коэффициентов, входящих в такие зависимости, что является одним из существенных недостатков варианта в связи с удорожанием буровых работ при бурении ОТС. Определение коэффициентов осуществляется с применением методов статистики, поэтому этот вариант проектирования режима бурения фактически является промежуточным между статистическим методом и первым вариантом аналитического метода.

Необходимо особо отметить: большая часть алгоритмов первого варианта метода проектирования режима бурения основана на достаточно глубоком научном понимании процессов, происходящих в скважине и на забое, и дает четкое представление о балансе затрат энергии в скважине, что позволяет квалифицированно и эффективно анализировать как ранее, так и на перспективу запроектированные режимы бурения, а также целенаправленно совершенствовать технику и технологию бурения глубоких скважин.

Частоту вращения долота для обеспечения _К при которой возможна реализация расчетной нагрузки на долото находят:

;

где К_=4,8-7,2

t_n-шаг зубьев ; R- радиус долота ;_К- время контакта для М 2-4, Т 4-8 млс.

При известных величинах осевой нагрузки на долото, в частности ее динамической составляющей (G_д), модуля упругости (Е) и площади поперечного сечения тела (F) динамически активного участка, например вала забойного двигателя, частоту вращения долота для обеспечения _к определим по формуле

с - скорость звука в материале вала двигателя, с = 5100 м/с;  - угол между осью шарошек в долоте, обычно sin = 0,80...0,82; Е = 2,110¹¹ Па (для стали); _к - в мс; G_д - в Н.

Осевая нагрузка G₃ для объемного разрушения породы.

Выполнение поставленной задачи обеспечивается, если величина G₃ рассчитывается с привлечением твердости пород по штампу (Р_ш) согласно условию G₃ = Р_ш  F_к  К_д,

где F_к - площадка контакта вооружения долота с забоем в момент приложения всей величины G₃ (опорная площадь), м²; К_д - коэффициент динамичности приложения G₃ ; К_д.со= 1,0 -1,3;

Р_ш - в Н/м²; G₃ - в Н. Для расчета G₃ таким методом имеется достаточно информации о Р_ш , ка­тегориях твердости (К_т) и абразивности (К_а) пород и др. Таким образом, остается правильно определить F_к. F_к рассчитываю метод "отпечатков", учитывающий динамику перемеще­ния долота на забое и согласующийся с методом измерения Р_ш. Таким образом, для инженерных расчетов при турбинном бурении F_к = l_i^*  в_3. Сумму длин зубцов по образующим шарошек, одновременно находящихся в интенсивном силовом контакте с забоем, находим по формуле l^* = К_l  l_j  e₀, где К_l - коэффициент, которым учитывается, что при бурении с забойными двигателями в определенный момент времени забой разрушается зубцами венцов П и смежных о ними или зубцами центральных венцов (по отношению к оси долота), что неизбежно при поперечных колебаниях долота: К_l = 1,0 - 0,33 при среднем значении К_lср0,67, особенно для более мягких пород; l_i - сумма длин зубцов по образующей от одной шарошки; e₀ - число шарошек, находящихся в одновременном (или с незначительной фазой в отставании) интенсивном силовом контакте с породой на забое скважины. Ширина в₃ измеряется (от вершины зубца к его основанию) на расстоянии _з от вершины зубца при условии его вдавливания в породу на _з = 0,5 - 2,0 мм. Нижний предел _з следует брать для твердых пород и крепких, а верхний - для мягких, мягко-средних.