книги из ГПНТБ / Царицын В.В. Бурение шарошечными долотами

шения эффективности разрушения горных пород замед-

уменьшением проходки за рейс в 1,15—1,25 раза и сред­ ней механической скорости бурения в 1,05—1,15раза. При этом для малых удельных весов характерно более заметное влияние вязкости промывочной жидкости.

94

зависимость справедлива не для всех стратиграфических горизонтов. Например, при разбуривании поляницкой серии надвига (0—1400 м) и воротыщенской серии

низкие показатели бурения были получены при промывке скважины глинистым раствором удельного веса 1,4 гісм3 и вязкости более 120 сек по СПВ-5. Обобщенный показа­ тель работы долота hLp(рис. 44) при увеличении вязкости примерно в 2 раза изменяется в 1,7 раза, а от увеличе­

95

ния гидростатического давления в 1,8—2,1 раза—умень­

пород верхнеменилитовой свиты сопровождается сни­

отложений быстрицкой и манявской свит, представлен­ ных плотными, зачастую окременелыми породами.

96

Таким образом, анализ промысловых данных по стратиграфическим горизонтам подтверждает данные лабораторных исследований [39, 40] о влиянии гидро­ статического давления на механическую скорость буре­ ния. Вместе с тем влияние гидростатического давления на проходку долота для большинства пород более интенсивное, чем на механическую скорость.

Наибольшее снижение проходки на долото и ме­ ханической скорости бурения наблюдается в области малых давлений окружающей среды. С увеличением глубины бурения или удельного веса промывочной жидкости интенсивность уменьшения показателей ра­ боты долота замедляется.

Влияние гидростатического давления и вязкости ■промывочной жидкости на показатели работы долот неодинаково для пород с различными физико-механи­ ческими свойствами. Наибольшее снижение механиче­ ской скорости бурения и проходки на долото наблю­ дается при работе в легко уплотняемых, хорошо разбуриваемых породах (глины, сланцы, слабо сцемен­ тированные пористые песчаники и т. д.), а наимень­ шее— в весьма крепких, мало уплотняемых скальных породах. Иными словами, с увеличением гидростати­ ческого давления и вязкости промывочной жидкости разность в буримости различных пород значительно сокращается, характеристика пород сдвигается в сто­ рону категорий трудно буримых пород.

Интересные результаты были получены [40, 41] при экспериментальном определении механической ско­ рости бурения как функции осевой нагрузки на долото и давления окружающей среды в войоминских красных слоях средней крепости (рис. 45). Эти данные пока­ зывают, что чем больше нагрузка на долото, тем в большей степени изменяется механическая скорость бу-

рения с увеличением давления. При достаточно низких значениях осевых нагрузок механическая скорость буре­ ния становится практически не зависимой от давления

проницаемых породах увеличение давления наружной среды не влияло на механическую скорость бурения. При промывке водой последняя легко заполняет поры образца породы, при этом уменьшения механической скорости не наблюдалось. Однако при применении в ка­ честве промывочной жидкости глинистого раствора с во­ доотдачей 4 см3 с повышением давления на поверхности образца образовывалась плотная глинистая корка, за-

98

крывающая доступ. жидкости в поры породы, и меха­ ническая скорость бурения снижалась (рис. 46). Поэтому при бурении надо стре­ миться применять промы­ вочные жидкости с ми­ нимально догіустимыми удельным весом и вязко­ стью и без особой необ­ ходимости, вызываемой ге­ ологическими условиями, не следует снижать водоот­ дачу глинистого раствора.

Еще более убедительно влияние качества промы­ вочного агента и гидро­ статического давления (табл. 12) на показатели бурения скважин при про­ дувке воздухом или газом

удаления шлама с забоя и низкой плотности (вяз­ кости) воздуха, которые максимально уменьшают ги­ дростатическое давление на забой и гидродинами­

в меньшей мере, чем возрастают эксплуатационные расходы на компрессоры и бурильный инструмент. В области Г ( V> 40 м/сек) скорость бурения сни­ жается, что следует объяснить увеличением давления газа на поверхность забоя. Наивыгоднейшими скоро­ стями движения воздуха (газа) в кольцевом простран­ стве следует считать 15—20 м/сек.

Следует предположить, что, кроме указанных фак­ торов, на эффективность работы долота при продувке, воздухом или газом оказывает влияние приработка опор шарошечного долота, которая происходит без про­ мывки (всухую), так как такая приработка в значитель­ ной степени повышает износостойкость тел качания.

100

Количество прокачиваемой жидкости Q существенно влияет на очистку забоя (рис. 48). Увеличение меха­ нической скорости бурения в зависимости от Q имеет свой предел. Это понятно, так как увеличение Q выше значения, при котором обеспечивается полная очистка забоя от шлама, не дает значительного роста механи­

дит к росту проходки и механической скорости, однако темп их нарастания незначительный.

В. С. Федоров [29] провел специальные исследовани влияния количества промывочной жидкости на показате­ ли бурения. В тресте Ташкаланефть в одинаковых гео­ логических условиях роторным способом шарошечными долотами были пробурены четыре скважины. Режим бу­ рения принимался одинаковый, за исключением количе­ ства прокачиваемой жидкости. Как проходка, так и меха­ ническая скорость (табл. 13)с увеличением Qвозрастают, причем влияние Q на проходку выше, чем на механиче­

101

скую скорость. Аналогичные данные получены на Бузовнинских промыслах [29], на промыслах Востока и Украины, геологические разрезы которых сложены твер­ дыми породами. Следовательно, с точки зрения очистки забоя от выбуренной породы увеличение Q независимо от породы, качества промывочного агента и модели долота всегда способствует росту механической скоро­ сти и проходки на долото.

С увеличением числа оборотов лопастные долота создают завихрения жидкости у забоя, частицы выбу­ ренной породы быстрее удаляются с забоя, чем улуч­ шается его очистка.

Шарошечные долота не создают взвешивающего эффекта для выбуренной породы, поэтому для удале­ ния шлама с забоя скважины количество прокачиваемой жидкости должно быть таким, при котором за время t, необходимое для поворота долота на угол ср, равный углу между осями шарошек, вся выбуренная порода успевала подняться на такую высоту, на которой зубья последующей шарошки не могут ее захватить и подмять.

Данные ряда исследователей [18] показывают, что для двух- и трехшарошечных долот при 100 об/мин ротора частицы породы, оторванные от забоя одной шарошкой, должны быть подняты выше относительно другой шарошки за х/ь— 3/1() сек. Следовательно, при

102

указанных условиях своевременной очистки забоя час­ тицы выбуренной породы должны подниматься над

ным долотом для обеспечения полного удаления вы­ буренной породы с забоя скважины между Q и числом оборотов долота п0б выдерживать соотношение

удаление шлама с забоя скважины обеспечивается, если поток жидкости, выходящий из промывочных насадок, достигает забоя и оказывает на него давление не ме­ нее 5—6 ати.

При турбинном бурении с увеличением Q пропор­ ционально (при постоянной нагрузке) возрастает число оборотов долота, поэтому скорость подъема (удаления) частиц с забоя должна быть значительно больше ука­ занной.

Как видно, при бурении шарошечными долотами увеличение Q не только улучшает, а наоборот, в боль­ шинстве случаев ухудшает очистку забоя.

Вообще зависимость механической скорости проход­ ки на долото от Q при турбинном бурении значительно сложнее, чем при роторном бурении. Это объясняется еще и тем, что увеличение числа оборотов и осевой нагрузки на долото вызывает одновременно рост ме­ ханической скорости и сокращение долговечности до­ лота. Поэтому проходка на долото в одних случаях

103