1.7 Режим буріння
1.7.1 Поняття про режим буріння і показники роботи доліт
Свердловину вважають успішно пробуреною, якщо при відносно невеликих грошових витратах отримані високі швидкості буріння, а фактичний профіль її стовбура істотно не відрізняється від проектного.
Досягти цього можна за умови раціональної експлуатації доліт, турбобурів, бурильної колони і якісного очищення вибою свердловини від розбуреної породи.
Тому при проектуванні технологічних особливостей режиму буріння певної породи підбирають відповідний тип долота і, з врахуванням способу буріння і конструкції бурильної колони, визначають такі параметри:
- навантаження на вибій, Р;
- частоту обертання долота, п;
- витрату промивної рідини Q.
Оптимальний режим буріння для кожних конкретних гірничо-геологічних і технічних умов при бурінні свердловини отримують при такому поєднанні зазначених параметрів, коли досягаються найвищі показники буріння.
Якщо підбирають параметри не для досягнення високих показників роботи долота, а для вирішення спеціальних технологічних завдань (наприклад, викривлення свердловини в потрібному напрямі, забезпечення кращого відбору керна тощо), то такий режим буріння називають спеціальним.
Ефективність роботи долота оцінюється такими показниками:
- проходкою на долото h;
- вартістю 1 м проходки;
- середньою механічною швидкістю проходки, Vм.
,
(1.1)
де t – час буріння.
1.7.2 Технологічні особливості режимів різних способів буріння
При виборі режиму буріння треба пам’ятати, що при зміні одного з параметрів не завжди вдається збільшити механічну швидкість і проходку на долото. Для кожної породи існує оптимальне поєднання навантаження на долото, частоти обертання долота і витрати промивної рідини.
При турбінному бурінні параметри режиму буріння взаємопов’язані. Із збільшенням витрати промивної рідини при незмінному навантаженні на вибій, частота обертання вала турбобура (долота) збільшується прямопропорційно. Так, наприклад, при збільшенні Q вдвічі, частота обертання також збільшується вдвічі. Якщо ж навантаження на вибій буде збільшено, а витрата промивної рідини залишається постійною, частота обертання вала турбобура (долота) зменшиться.
У практиці буріння свердловин витрату промивної рідини встановлюють з урахуванням забезпечення вигідних умов роботи турбобура і винесення розбуреної породи. З поглибленням свердловини, у зв’язку із зменшенням її діаметра, витрату промивної рідини знижують від інтервалу до інтервалу. Довжина інтервалу, на якому витрата промивної рідини залишається приблизно постійною, буває різною: від декількох сотень метрів до 2000 м і більше.
При бурінні в інтервалі, для якого встановлена постійна витрата промивної рідини, з трьох параметрів режиму буріння можна змінювати тільки навантаження на вибій, регулюючи тим самим частоту обертання долота.
Частота обертання долота, як це бачимо з характеристики турбіни турбобура (рис. 1.86), знятої при постійній витраті промивної рідини, досягає свого максимуму (близько 1100 хв-1) при знятті навантаження на вибій (М = 0).
При створенні навантаження на вибій частота обертання вала турбобура (долота) зменшується, а обертовий момент М збільшується. Ефективна робота турбобура буде забезпечена за таких навантажень на вибій, коли потужність на валу турбобура N досягає максимального значення. У цей період частота обертання вала турбобура дорівнює приблизно половині частоті його обертання за відсутності навантаження на вибій (близько 550 хв-1), а обертовий момент становить близько половини моменту гальмування вала турбобура (n = 0).
Рисунок
1.87
– Характеристика турбіни турбобура:
М
– обертовий момент на валу турбобура;
N
– потужність на валу турбобура;
р
– перепад тиску в турбіні турбобура;
η
– ККД турбіни турбобура
Як бачимо з рис. 1.87, за максимальної потужності на валу турбобура турбіна має і максимальне значення коефіцієнта корисної дії.
Навантаження на вибій вибирається залежно від твер-дості прохідних порід. При розбурюванні твердих порід бурильник для підвищення ефективності роботи долота збільшує навантаження, а при бурінні в м’яких породах – зменшує.
Саме тоді, незалежно від бурильника, частота обертання долота в першому випадку зменшується, а в другому – збільшується, що і потрібно для досягнення високих показників роботи долота. Найбільший ефект буде отриманий, коли завдяки застосуванню відповідних навантажень на вибій, частота обертання турбіни підтримуватиметься в робочій зоні (заштрихована частина діаграми на рис. 1.87).
При роботі турбобурів згідно з описаними умовами забезпечуються якнайкращі показники роботи долота, оскільки зменшення і збільшення частоти його обертання призводить до нестійкого режиму роботи турбобура.
При роторному бурінні немає певно вираженого взаємозв’язку параметрів режиму буріння, а отже, і впливу їх один на одного, як при турбінному бурінні. Тому оптимальний режим роторного буріння отримують при поєднанні вигідних значень кожного параметра окремо.
Витрата промивної рідини встановлюється, головним чином, згідно з умовами якісного очищення вибою свердловини.
Навантаження на вибій і частота обертання долота встановлюються для кожного геологічного горизонту з врахуванням твердості прохідних порід.
При електробурінні, як і при турбінному бурінні, важливою є частота обертання долота. Проте на відміну від турбінного буріння при електробурінні немає взаємозв’язку між параметрами режиму, а частота обертання долота цілком визначена. Це полегшує контроль параметрів режиму буріння і їх підтримування на оптимальному рівні.