10. Рациональный режим спускоподъемных операций

Рациональный режим спускоподъемных операций разрабатывается с целью уменьшения затрат времени на спуск и подъем бурового инструмента Лебедки буровых станков изготавливаются многоскоростными, что позволяет поднимать длинную тяжелую колонну бурильных труб с малой скоростью, а легкую колонну - с большой. В результате достигают более рационального использования мощно­сти двигателя и уменьшения затрат времени на спускоподъемные операции.

С этой целью необходимо определить длину бурового инструмента, подни­маемого на разных скоростях вращения барабана лебедки

Мощность N, затрачиваемую на подъем бурового инструмента из скважи­ны, определяют по следующей формуле:

где

V_п=V_л/m - скорость подъема бурового инструмента, м/с;

V_л - окружная скорость вращения барабана лебедки, м/с; значения этой скорости указаны в технической характеристике бурового станка; согласно требо­ваниям техники безопасности V_л < 2 м/с;

m - число подвижных струн:

η - к.п.д. всех передач от двигателя до крюка; η = 0,8 - 0.85.

Тогда длину бурового инструмента l (в м ), поднимаемого на разных враще­ниях барабана лебедки, можно определить из выражения:

Условные обозначения к данной формуле см. в разделе 9

После определения интервалов подъема бурового инструмента на разных скоростях следует построить соответствующий график (рис. 22).

Рис. 22. График рациональных скоростей подъема

11. Расчет проектного профиля скважины

Знание вероятностных значений кривизны оси скважины на различных ин-тервалах глубин в различных породах позволяет рассчитать и построить проектный профиль скважины с учетом ее естественного искривления.

Основой расчета проектного профиля является наличие зависимости изме­нения величины зенитного угла от глубины скважины и, соответственно, от свойств горных пород, пересекаемых скважиной. При расчете проектного профи­ля ствола обычно пренебрегают возможным азимутальным искривлением скважины и проектируют проведение скважины в одной вертикальной плоскости, проходящей по разведочной линии.

Для установления закономерностей естественного искривления скважин применяются специальные методики сбора и обработки данных инклинограмм по ранее пробуренным скважинам. При смещении проектируемых скважин из иссле­дованной области и соответствующего изменения проектного геологического разреза следует откорректировать, если это возможно, вероятностные значения кри­визны ствола скважины на соответствующих интервалах.

Другими словами, вероятностные значения кривизны ствола связывают не только с интервалами глубин, а с тем или иным комплексом пород пересекаемых скважиной.

Таким образом, если заданы (известны) возможные значения кривизны ствола на интервалах длины скважины: L₁, L₂, ....L_i (или на интервалах глубин: Н₁, Н₂ …Н_i), то в задачу расчета проектного профиля ствола скважины входит установление точки заложения, угла наклона, глубины (или длины ствола) и угла встречи стволом скважины пласта полезного ископаемого.

Определив путем расчета значение конечного зенитного угла θ_К (на интер­вале встречи с пластом полезного ископаемого), проверяется необходимое усло­вие встречи скважиной последнего пласта полезного ископаемого: угол встречи должен быть более 30°.

Так как угол встречи ψ равен:

ψ = 90° + θ_К - γ,

где γ - угол падения пласта полезного ископаемого.

то должно соблюдаться неравенство:

90° + θ_К - γ > 30°. (1)

Задавшись углом встречи оси скважины с плоскостью пласта ψ, можно оп­ределить конечный зенитный угол:

θ_К = ψ +γ - 90^о .

Так как θ_к = f(θ_н), то при несоблюдении неравенства (1) задается большее значение начального зенитного угла.

Рассмотрим расчет профиля ствола на следующем примере, считая, что при постоянном значении кривизны ствола скважины на интервалах длины скважины L₂ и L₃ (рис. 23) проекции участков скважины на оси X и Y соответственно равны:

Х₁ = L₁ * sin θ_Н1 (для первого прямолинейного

Н₁ = L₁ * cos θ_Н1 участка)

Х₂ = * (cos θ_Н2 - cos θ_К2) (для второго криволинейного участка Н₂ = * (sin θ_К2 - sin θ_Н2) с интенсивностью искривления l_θ2)

X₃ =(1/K₃)*(cos θ _Н3 - cos θ_К3) (для третьего криволинейного участка

H₃ =(1/K₃)*(sin θ_К3 - sin θ_Н3) с интенсивностью искривления I_θ3)

Рис. 23. Расчет проектного профиля скважины

Если заданы глубины Н₁, Н₂, ...Н_i, то длина скважины на соответствующих участках будет равна:

где К - среднее значение кривизны скважины на данном интервале, рад/м. Кривизна скважины определяется выражением:

где l₀ - интенсивность искривления скважины на данном участке, град/м. Радиус кривизны R на соответствующих криволинейных участках опреде­ляется выражением:

Определим значение зенитных углов в начале и в конце участков для при­веденной схемы (рис. 23), считая известными (заданными) значения: θ_н1, L₁, L₂, L₃, l₀₂, l₀₃.

Тогда θ_к1 = θ_н1, так как первый участок прямолинейный. θ_н2 = θ_к1 как смежные углы, θ_к2 = l₀₂* L₂ + θ_н2 , или при известной глубине Н₂:

θ_к2 = arcsin(H₂*K₂+sinθ_н2).

θ_н3 = θ_к2, а θ_к3 = l_θ3* L₃+θ_н3

И, наконец, смещение забоя скважины от устья на конечной глубине S=X₁+X₂+X₃; глубина забоя от поверхности Н=Н₁+Н₂+H₃, а длина ствола скважины L=L₁+L₂+L₃.

В процессе бурения разведочных скважин часто возникает необходимость корректировки трассы скважины, т.е. изменение ее направления. В этом случае для искусственного искривления скважин, а также для забурки дополнительных стволов (многозабойное бурение) используют различные специальные техниче­ские средства. В первом приближении все клиновые отклонители можно разде­лить, на три основные группы:

1 - стационарные клиновые отклонители (стационарные клинья с полным перекрытием забоя), неизвлекаемые, типа КОС;

2 - извлекаемые (съемные) клиновые отклонители, или съемные клинья, ба- зирующиеся на использовании клиньев закрытого типа с неполным перекрытием забоя, типа СО, СНБ-КО;

3 - бесклиновые отклонители непрерывного действия, скользящего типа, Т3-3, СБС.

Некоторые технические и эксплуатационные данные стационарных клиньев и снарядов направленного бурении приведены в табл. 33.

Таблица 33

Параметры	Стационарные клинья				Съемные клинья		Отклонители непрерывного действия
	КОС 44	КОС57	КОС 73	СКО 73	СО	СНБ	ТЗ-3	СБС 46	СБС 59	СБС 76
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Размеры сна- ряда: диаметр, мм длина, м	44	57	73		57; 73	57; 73	57;73	44	57	73
	5	6,92	6,3	4,8	6,1; 6,17	2,3	1,8;2,2	1,7	1,8	1,9
Диаметр породо-разрушающего инструмента,мм	46	59	73	73	36;46	46;59	59; 76	46	59	76
Максимальная глубина искривления,м	-	-	-	-	не огр.	не огр	1500	-	-	-

Продолжение табл. 33

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Условие раскреп- ления снаряда в скважине, кН					10	8	8-13	4	5	6
Масса снаряда, кг					38; 50	40	28; 42	20	30	45
Режим бурения: осевая нагрузка, кН частота враще-ния, об/мин количество про- мывочной жид- кости, л/мин					1,5-6	0,5-8	15-25	13-25	15-20	20-25
					153- 277	67- 277	153- 277
					40- 60	40- 60	40-90
Интенсивность искривления, град/м					0,8	0,6	0,5-2	0,5-1,5	0,5-1,5	0,5- 1,5
Искривление скважины, град	1030'	2030'	2030'	2030'	3	3	4	-	-	-