13.5 Бурение скважин при высоких частотах вращения
Под высокими частотами бурения понимают частоты более 700-1500 об/мин, которые обеспечиваются буровыми станками серии СКБ.
Высокоскоростная технология – одно из средств повышения производительности при алмазном бурении.
Производительность при бурении (м/ст.-смена), как известно, приближенно может быть выражена зависимостью:
,
(13.8)
где Т0 – продолжительность смены, ч;
υмех – механическая скорость, м/ч; Твсп – время на вспомогательные операции в пределах рейса, ч; L – проходка за рейс, м.
Анализ статистических данных бурения при высоких частотах вращения подтверждает нелинейный характер зависимости механической скорости от частоты вращения бурового снаряда. С увеличением частоты вращения до определенного значения механическая скорость вначале возрастает, затем темп ее изменения уменьшается или даже падает.
Для реализации бурения при повышенных частотах вращения бурового снаряда и достижения больших механических скоростей необходимо соблюдение следующих основных условий: использование высокоскоростных буровых станков; применение гладкоствольных бурильных колонн, максимально приближенных к диаметру скважины (Dт /Dскв = 0,8÷0,9); проектирование бурения скважин в благоприятных геологических условиях.
При использовании технологии высокооборотного алмазного бурения считаются благоприятными следующие геологические условия:
однородные по буримости геологические разрезы, сложенные преимущественно породами VIII – IX категорий со слабой или средней трещиноватостью, в которых обеспечивается как получение высокой механической скорости, так и проходки за рейс;
пологое залегание горных пород, так как при этом отмечается наименьшее количество осложнений при отборе керна из-за его самоподклинивания;
устойчивость стенок скважин и отсутствие зон интенсивного поглощения промывочной жидкости, что позволяет бурить коронками одного диаметра и применять специальные промывочные жидкости (эмульсионные, полимерные и др.).
Рекомендации по выбору параметров режима бурения. Высокие частоты вращения и связанное с этим интенсивное шламообразование при высокой механической скорости, а также интенсивный нагрев алмазов требуют особого внимания к количеству и свойствам промывочной жидкости.
По данным практики алмазного бурения скважин на уголь количество промывочной жидкости (л/мин) рекомендуется рассчитывать по формуле В.Г. Кардыша и Б.В. Мурзакова
Q = q·S или Q = K·F (13.9)
где q – количество жидкости на 1 см2 площади торца коронки, л/(мин·см2), q = 2÷4 л/(мин·см2); S – площадь торца коронки, см2; K – удельный расход промывочной жидкости на единицу площади в кольцевом зазоре между стенками скважины и бурильной колонной, л/(мин·см2), K = 2÷3 л/(мин·см2); F – площадь кольцевого зазора между стенками скважины и бурильной колонной, см2.
Бурение при высоких частотах вращения обусловливает необходимость применение специальных активных промывочных жидкостей со смазывающими добавками: полимерных, эмульсионных, полимеркалиевых и др. В качестве смазывающих добавок используют эмульсол ЭН-4, Морозол, Ленол-10, Ленол-32, смазку Геол-1 и др.
В каждом конкретном случае для реализации требований по увеличению частоты вращения бурового снаряда необходимо обращать внимание на характеристики системы бурильный вал – ствол скважины и своевременно принимать меры по предупреждению разработки ствола и обрушения стенок скважин. Кроме того, следует осуществлять мероприятия по искусственному формированию ствола скважины (креплению обсадными трубами, тампонированию каверн), упрочнению бурильных колонн и их соединений, контролю за их состоянием и отработкой.