2.4.2. Частота вращения

С изменением частоты вращения долота меняется число поражений забоя зубьями шарошечного долота.

За единицу времени (1 мин.) число поражений можно определить по формуле

где - число шарошек;

- число зубьев на одной шарошке;

- частота вращения;

- диаметр долота;

- диаметр шарошки.

Если принять объем выкола равным , то получим объем разрушения породы за единицу времени.

За 1 мин ;

за 1 час .

Механическая скорость бурения составит ,

т.к. отношение представляет собой проходку за один оборот долотаб.

Механическую скорость для долот всех типов можно выразить как , т.е. с ростом частоты вращения механическая скорость бурения увеличивается линейно при(рис.5) (кривая 2). Это характерно для бурения алмазными долотами твердых, хрупких пород.

При бурении упруго-хрупких и пластичных пород шарошечными долотами наблюдается изменение б с изменением (рис.5,кривая 1). До точки А наблюдается ростб и с увеличением. До точки В происходит снижениеб с ростом , однакоеще растет.

Рис. 3 Проходка долота в зависимости от частоты вращения бурильной колонны

За точкой В с дальнейшим ростом снижаются иб, и . Это объясняется тем, что с ростомуменьшается время контакта зубьев шарошки с породой, возрастает скорость удара, что несколько увеличивает сопротивление горных пород разрушению (увеличиваются затраты на холостое вращение долота).

Общее время контакта зуба шарошечного долота с породой (в сек) ,

где - число зубьев в свету.

Критическое значение находится в пределах 100-200 об/мин. При дальнейшем повышении частоты вращения темп роста механической скорости бурения снижается и , где - проходка за один оборот долота при  _кр;  1.

Лекция № 6

2.4.3. Промывка скважины

Очистка ствола скважины от выбуренной породы осуществляется постоянно циркулирующим буровым раствором. С увеличением расхода промывочной жидкости механическая скорость бурения растет почти прямолинейно.

Рис. 4 Величина механической скорости в зависимости от расхода промывочной жидкости

Рис. 5 Механическая скорость в зависимости от сопротивления горных пород разрушению при различных расходах

При достижении достаточного расхода Q_д механическая скорость еще может расти, но медленно (рис.6 от точки 1 до точки 2). Причины следующие: более качественная очистка забоя и долота, уменьшение содержания шлама в промывочной жидкости, лучшее охлаждение долота, уменьшение плотности раствора, а следовательно, и снижение давления на забой. А далее при росте Q возрастают гидравлические потери на преодоление сопротивлений давлений движению промывочной жидкости по кольцевому пространству, увеличивается общее давление на забой и, как следствие, уменьшается механическая скорость бурения. Есть такое понятие, как оптимальная производительность бурового раствора. Существует методика определения этой величины. И, как правило, именно эта величина расхода промывочной жидкости и используется при бурении скважины.

При бурении скважин гидравлическими забойными двигателями расход жидкости определяет их рабочую характеристику, что сказывается на изменении механической скорости, особенно при Q  Q_д. При бурении гидромониторным долотом с гидравлическими забойными двигателями существенное повышение расхода при установленной гидравлической мощности насосов приводит к снижению перепада давления на насадках и забойных двигателях и уменьшению их мощности и скорости истечения из насадок. Поэтому расход жидкости должен быть ограничен величиной Q_д.

На рис. 7 показана зависимость от величиныQ и нагрузки на долото Р_о. Можно отметить три области.

I область : Q = Q_д, . В этой области степень х 1. Это соответствует совершенной очистке забоя.

II область: Q = Q_д, , 1 х  0 - не совершенная очистка.

III область Q  Q_д, , х 0 -неудовлетворительная очистка.

На этом графике Q₁  Q₂  Q₃ .

Следует отметить, что при больших частотах вращения долота существенно изменяется и Q_д.

На основании этого можно сделать вывод, что наибольшим резервом повышения механической скорости является не безмерное увеличение расхода бурового раствора, совершенствование систем промывки долота.