Глава 24

ТЕХНОЛОГИЯ УДАРНО-КАНАТНОГО СПОСОБА БУРЕНИЯ

§ 1. Технологические процессы бурения скважин

Основным технологическим процессом при сооружении скважин, как известно, является собственно бурение, заключающееся в разрушении породы на забое, удалении продуктов разрушения и закреплении стенок скважин.

Бурят скважины с помощью ударного бурового снаряда, подвешенного на канате, поднимаемого и сбрасываемого на забой с помощью ударного устройства — оттяжной рамы и шатунно-криво- шипного механизма (рис. 24.1). Этот процесс, получивший название долбление, характеризуется определенными режимными параметрами, основными из которых являются сила удара и частота (периодичность) нанесения ударов.

Глубина внедрения долота Л, как известно из теории ударного способа разрушения породы, определяется выражением

. kikjP у- /114

2Do(tga/2+J)' С²⁴-¹)

где Р— сила удара; D — диаметр скважины; <7—-сопротивление породы разрушению; а — угол приострения долота; / — коэффициент трения лезвия долота о породу; — коэффициент, учитывающий влияние длины и формы лезвия долота (для плоского

		В А
- *■ .1. " ж|		\W
			V

M_c = max

Рис. 24.1. Схема ра­боты ударного меха­низма при долбле­нии:

1 — ударный снаряд; 2 — ка­нат; J — амортизатор; 4 — оттяжной ролик; 5 — от­тяжная рама; б — шатунно­кривошипный механизм; 7 — график изменения ско­рости движения оттяжного ролика ударного механи> ма

**_п»тах

шш

долота к_х = 1,0; для долот с более сложной конфигурацией лезвия Atj = 0,7 -f- 0,75); к₂ — коэффициент, учитывающий степень притупления лезвия долота (к₂ = 0,6 + 0,7).

Как видно отсюда, глубина внедрения долота прямо пропорциональна силе удара и обратно пропорциональна диаметру долота, прочности породы, а также зависит от формы лезвия долота, угла его приострения, степени износа и коэффициента трения.

Задавшись определенными значениями величин, входящих в выражение (23.4), можно найти величину силы удара Р, обеспечивающую определенный эффект разрушения породы, по формуле

Р = 2hDoK/k_lk₂, (24.2)

где A' = tg|+/.

(24.3)

Сила удара, наносимого долотом при падении снаряда на забой, зависит от кинетической энергии, развиваемой падающим снарядом,

Е = mv²/2,

где т — масса бурового снаряда, кг; v —скорость падения снаряда в момент соударения с забоем, м/с.

Или заменяя массу т весом бурового снаряда Q_6c, исходя из зависимости Q_6c = mg, получим

Е = ОеУПЕ, (24.4)

где g — ускорение силы тяжести (g = 9,8 м/с²).

Конечная скорость свободного падения бурового снаряда зависит, в свою очередь, от высоты его падения S и ускорения падающего снаряда j в скважинных условиях (в жидкости) при начальном значении v₀ = 0:

v = VTSj. (24.5)

Величина ускорения зависит от прямолинейности ствола и состояния его стенок, а также от плотности зашламованной жидкости в призабойной части. При бурении в мягких породах глинистого состава ускорение j практически может снижаться до

5. 5 м/с², а в крепких —до 6—6,5 м/с².

Подставив в выражение (23.7) значение v, получим

Е = QeJj/S- (24.6)

Отсюда следует, что энергия или сила удара, а следовательно, и эффективность бурения, тем выше, чем больше вес снаряда, высота его сбрасывания S и величина ускорения j, которая зависит от степени зашламования (плотности) жидкости в призабойной части скважины или шламового режима.

Кроме того, эффективность разрушения породы при ударном способе бурения существенно зависит от частоты (периодичности) нанесения ударов п и числа ударов т, которое необходимо нанести по забою для разрушения породы по всей его площади на глубину внедрения лезвия долота h, от чего будет зависеть энергоемкость процесса и скорость бурения.

Наконец, существенное значение для процесса ударного бурения имеет динамика движения бурового снаряда, которая зависит от работы ударного (долбежного) механизма станка и величины подвески (навески) долота над забоем / (см. рис. 24.1).