60. Вплив властивостей промивальної рідини на механічну швидкість.

Параметри промивальної рідини. На механічну швидкість проходки суттєво впливає густина бурового розчину. При зміні густини промивальної рідини від  = 1000 кг/м³ до 1300    2400 кг/м³ механічна швидкість, при інших рівних умовах, знижується від 10 до 100%. Найбільшої механічної швидкості досягають при продувці свердловини повітрям, дещо меншої - при промиванні аерованими рідинами.

Вплив густини рідини на механічну швидкість пояснюється в основному підвищенням гідростатичного тиску на вибій і ростом перепаду тиску між свердловиною та розбурюваним пластом, внаслідок чого погіршуються умови утворення тріщин, а виколювані частини породи притискуються до масиву. Тому найбільш значний вплив густини в області об’ємного руйнування породи, а при поверхневому руйнуванні і стиранні - не суттєвий.

Із зниженням густини в більшій мірі проявляється ефект нерівномірного всестороннього тиску, що полегшує руйнування породи. У високопластичних породах можливе навіть їх витікання в раніше пробурений ствол. Із збільшенням густини промивальної рідини для досягнення об’ємного руйнування породи необхідне підвищення осьового навантаження на долото, а при бурінні з промивкою аерованими рідинами і продувкою повітрям відносно високі механічні швидкості можуть бути досягнуті при меншому осьовому навантаженні.

Чим вища проникність порід і водовіддача (фільтрація) промивальної рідини, менша в’язкість фільтрату, нижча частота обертання, більша тривалість контакту робочої поверхні долота з породою, тим слабший вплив густини на механічну швидкість, оскільки тиск на вибої і на глибині виколу встигає вирівнятись.

Високі поверхнево-активні властивості фільтрату та домішки ПАР до промивальної рідини полегшують розвиток тріщин, запобігають їх змиканню, і в зв’язку з цим зростає механічна швидкість проходки. Змащувальні домішки зменшують втрати на тертя і дають можливість відпрацьовувати долота при підвищених осьових навантаженнях.

При збільшенні концентрації твердих частинок знижується механічна швидкість, лише іноді може збільшуватись ефект ерозійної дії струмин і тоді швидкість проходки зростає.

61. Вплив параметрів режиму буріння на довговічність роботи долота.

Проходка на долото залежить від швидкості руйнування породи і тривалості роботи його на вибої, тобто довговічності

(5.8)

де t_д - довговічність долота.

При бурінні руйнується не тільки порода вибою, але й озброєння самого долота, а в шарошкових долотах - і опори. Будь-яка зміна параметрів режиму буріння відображається на інтенсивності зносу долота. У міру його зносу знижується механічна швидкість проходки. При даному режимі буріння в достатньо однорідній породі зміну механічної швидкості проходки в часі, внаслідок зносу долота, можна описати рівнянням:

(5.9)

де V_ом - початкова механічна швидкість проходки;

 - коефіцієнт, який залежить віз зносу озброєння долота.

(5.10)

де k - коефіцієнт пропорціональності;

Р_пит - питоме навантаження на долото (відношення навантаження на долото до його діаметра);

x та y - експоненти, що визначаються дослідним шляхом, x  1 , y  1.

Наінтенсивніше зубці зношуються на початку роботи долота, поки площа контакту їх з породою невелика, а контактний тиск великий. У міру їх зносу і збільшенню площі контакту зменшується контактний тиск і швидкість зносу (об’єм зношеного металу озброєння за одиницю часу). Тому механічна швидкість проходки найінтенсивніше знижується також в початковий період роботи долота на вибої.

Швидкість зносу зростає приблизно пропорціонально осьовому навантаженню і частоті обертання долота, поки контактний тиск не досягне деякого значення, залежного від границі текучості матеріалу зубів, а при високих частотах обертання - від границі втоми.

Чим більша швидкість зносу, тим менша довговічність озброєння долота. Тому зв’язок між довговічністю озброєння і параметрами режиму буріння часто описують такою емпіричною формулою:

(5.11)

де a₁ - постійна, яка залежить від конструкції озброєння і типу долота;

b₁ i b₂- експоненти, які залежать від абразивності породи і промивальної рідини , ступеня очистки вибою і деяких інших факторів; вони змінюються в межах від 1 до 1,5.

Суттєвий вплив параметри режиму буріння мають на довговічність опор шарошкових доліт, особливо негерметизованих. Експериментальні дослідження показали, що термін служби опор при постійній частоті обертання зменшується швидше, ніж зростає осьове навантаження. Термін служби опор шарошкових доліт обернено пропорційний осьовому навантаженню в степені, дещо більшому, ніж одиниця, частоті обертання і суттєво залежить від якості промивальної рідини, перш за все від вмісту в ній абразивних частинок і від її змащувальної здатності.

(5.12)

де a₂ - постійна, яка залежить від конструкції опори і властивостей промивальної рідини;

b₃ i b₄ - експоненти, які залежать від властивостей промивальної рідини, і деяких інших факторів. За даними деяких дослідників для глинистих суспензій 1 < b₃  3,3; b₄ 1

Покращення очистки вибою від вибурених частинок і зниження їх концентрації в промивальній рідині і привибійній зоні, що досягається збільшенням витрати рідини і, особливо, гідравлічної потужності, яка реалізується в насадках гідромоніторного долота, позитивно впливає на довговічність опор.

Покращення очистки вибою веде до зниження затрат енергії на повторне подрібнення вибурених уламків і відповідному збільшенню енергії, яка витрачається безпосередньо на руйнування породи, сприяє збільшенню механічної швидкості проходки.

Таким чином, покращення очистки вибою, що сприяє росту механічної швидкості проходки і довговічності долота, забезпечує підвищення проходки за рейс.