Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Указанные свойства разбуриваемых горных пород оказывают влияние на долговечность опор шарошечных долот в результате изменения коэффициента динамичности Кл в связи с изменением твердости и пластичности пород; перераспределения нагрузки между тремя подшипниками шарошек в процессе изнашивания зубьев, характер которого определяете^, свойствами породы; по­падания в полость опор частиц выбуренной породы.

Влияние твердости горных пород на долговечность долот можно оценить по промысловым данным [78]. По этим данным можно получить уравнение продолжительности работы долот tR до достижения определенного радиального люфта опор R (на­пример в 1 или 2 мм) в функции твердости породы рт. Такое уравнение для условий наблюдений [78] имеет вид

V. 1,. =*У>Г. . (86)

где ki и а — величины, зависящие от типомодели долота, пара­
метров режима бурения и других факторов. Из уравнения (86) видно, что с увеличением твердости пород долговечность опор долот уменьшается. Более быстрый износ опор при бурении в твердых породах объясняется большими динамическими нагруз­ками на долото, возрастающими при увеличении п и G, при применении УБТ и т. д. [93, 99].

Влияние свойств горных пород на коэффициент динамичности Кп можно видеть из уравнений, полученных JI. Е. Симонян — цем [86]. Так, для ряда пород средней твердости и для мягких пород

1 ~1 т

SHAPE * MERGEFORMAT

(87)

G т

для некоторых известняков и других горных пород, для которых т = 0,5,

(88)

В формулах (87) и (88) uv — величина, зависящая от п долота; ат — константа для труб, находящихся в сжатой частй буриль­ной колонны; т и k — соответственно коэффициент пропорцио­нальности и показатель степени кривой деформации породы. Значения m и k зависят от рш горной породы, ее пластических (или упругих) свойств и от других факторов; av увеличивается при повышении п.

Если жесткость породы намного меньше жесткости низа бу­рильной колонны, то максимально возможное значение коэффи­циента динамичности Яд max зависит только от показателя степе­ни кривой деформации породы т и равно 1 +т. Чем больше пластичность горной породы, тем меньше т, а следовательно,, меньше Яд max — При абсолютно жестком забое Ядтах>3.

Из уравнений (87) и (88) видно, что Кя уменьшается с ро­стом G и возрастает с повышением п. Поэтому влияние твердо­сти горной породы на долговечность опор долота при повыше­нии осевой нагрузки на долото будет уменьшаться, а при воз­растании скорости вращения долота — увеличиваться.

Коэффициент работоспособности стандартного подшипника Сп, работающего в смазке до наступления усталостного износа, вы­ражается эмпирической формулой [88]

(89

СП = Нпр (nntf)0’3,

в которой Япр — приведенная нагрузка на подшипник; па—ско­рость вращения подшипника; tf — долговечность подшипника. Приведенная нагрузка Япр прямо пропорциональна коэффициенту безопасности Кб, учитывающему влияние динамических условий

работы подшипника. Решив уравнение (89) относительно tf, по­лучим

(90)

Следовательно, долговечность стандартного подшипника в условиях смазки до наступления усталостного износа находится в обратной зависимости от коэффициента Кб в степени 3,33. Ко­эффициент Кб в определенной мере аналогичен коэффициенту. динамичности осевой нагрузки на долото Кл. Однако влияние Кя на долговечность опор долот Tf в забойных условиях гораздо меньше, чем на долговечность стандартных подшипников при так называемых нормальных условиях работы.

Хотя влияние коэффициента динамичности на долговечность опор шарошечных долот ни у кого не вызывает сомнения, однако степень этого влияния при различных условиях бурения до на­стоящего времени не установлена из-за сложности этого вопроса.

Величина ат в формуле (88) обратно пропорциональна жест­кости низа бурильной колонны, а потому значение Кя снижается при уменьшении этой жесткости. Из условия же рациональной эксплуатации бурильных труб, борьбы с искривлением скважин и по другим причинам весьма рационально использовать в ниж­ней части бурильной колонны УБТ, обладающие большим весом и большой жесткостью. Поэтому, чтобы удовлетворить указан­ные условия при одновременном снижении динамичности осевой нагрузки на долото, нужно разорвать жесткук» связь долота с утяжеленным низом бурильной колонны и сделать эту связь гиб­кой, пружинной, т. е. нужно применить наддолотные амортизато­ры. Практика использования таких амортизаторов за рубежом и некоторый опыт их применения в нашей стране показывают большую эффективность этих конструкций, так как наддолотные амортизаторы способствуют не только увеличению долговечности опор долот, но и улучшению условий работы УБТ, повышению механической скорости проходки и т. д. {33, 51, 53, 63].

В процессе работы долота в зависимости от абразивности проходимых пород, характеристики вооружения шарошек и дру­гих факторов зубья получают различный по виду и характеру износ. В результате этого изменяется распределение осевой на­грузки на долото между подшипниками шарошек и, следователь­но, изменяется скорость изнашивания каждого из подшипников,. что может привести к повышению Tf, либо к снижению.

В качестве примера рассмотрим данные об износе долот 2К-214СГ, отработанных в нижнемеловых отложениях в скважи­нах Восточного Ставрополья при G= 18 тс и п = 90 обIмин. Одна партия долот отработана в интервале 2700—2990 м в породах 3-й категории твердости и III класса пластичности, другая — в интервале 2990—3200 м в породах более абразивных 4—5-й ка­тегорий твердости, II класса пластичности.

Первая партия долот имела более или менее равномерный из­нос зубьев по длине, и можно предположить, что в процессе из­нашивания зубьев перераспределения нагрузки между подшип­никами шарошки не происходило.,У другой партии долот отмече­на значительная сработка периферийных венцов и следующего

венца I и II шарошек (рис. 27).

В табл. 5 приведены результаты подсчетов распределения на­грузки между подшипниками I шарошки по изложенной ниже

методике для обеих партий

Рис. 27. Характер износа зубьев долот 2К-214СГ, отработанных в абразивных породах. 1

долот. Для расчета взят

часто встречающийся слу­чай (около 40%), когда

шарошка опирается на пе­риферийный и соседний с ним венцы. Там же пока­заны для обоих случаев износа вооружения соотно­шения между износом (по диаметру) трех подшип­ников, определенным заме­ром беговых дорожек и тел качения после вскрытия опор. Во втором случае в процессе изнашивания во­оружения происходило бо­лее благоприятное перераспределение нагрузки между роликовы­ми подшипниками в моменты, когда шарошка опиралась на ука­занные венцы, и снижение осевой нагрузки на замковый подшип­ник. В конечном итоге произошел более равномерный износ всей опоры в целом. ,

Вращение шарошек, их «качание» относительно замкового ша­рикового подшипника [61], продольные и поперечные вибрации

Таблица 5 Нагрузка кГ, действу­ющая ‘на подшипник Относительный износ подшипников — Интервал бурения, м Характер износа вооружения большой роликовый малый ро­ликовый шарико­вый (осе­вая) большой ролико­ вый малый ро­ликовый шарико­ вый 2700—2990 Равномерный по высоте без износа по длине. . 6350 850 2700 1,0 0,42 0,66 2990—3200 Неравномерный износ по длине…………………….. 1820 3280 400 1,0 0,55 0,75

долота и другие факторы вызывают пульсацию давления жидко­сти внутри шарошек (в полости их подшипников). В результате промывочная жидкость с содержащимися в ней твердыми абра­зивными частицами попадает в опоры долота, вымывает смазку из полости подшипников шарошек и резко ухудшает условия их работы.

По мере изнашивания увеличиваются зазоры в подшипниках шарошек, а поэтому возрастает количество поступающего во внутреннюю полость шарошек абразивного материала и повы­шается возможность попадания все более крупных частиц разбу­риваемой горной породы. Это проявляется особенно резко при быстром изнашивании козырьков лап и обнажении больших ро­ликовых подшипников.

Лабораторные исследования [79] показали, что при увеличении содержания песка в прокачиваемом через стандартный подшип­ник глинистом растворе изнашивание резко возрастает, особенно при содержании песка более 1%.

На износ опор долота влияют размеры частиц выбуренной породы и их абразивность [52]: с увеличением абразивности раз­буриваемых пород увеличивается и абразивный износ опор долот при прочих равных условиях. Однако такой вывод о влиянии аб­разивности разбуриваемых пород на долговечность опор был бы слишком упрощенным и однозначным. При определенных режи­мах работы опор долота, когда значительно преобладает устало­стный износ их рабочих элементов, возрастание скорости абра­зивного износа может привести к повышению Tf в результате съема поверхностных, слоев металла, в которых начинают зарож­даться усталостные трещины. Если же абразивность промывоч­ной жидкости с содержащимися в ней твердыми частицами ока­жется столь велика, что скорость абразивного износа будет выше скорости усталостного, то долговечность опор упадет.

Таким образом, влияние абразивности разбуриваемых пород на долговечность опор долота следует рассматривать в неразрыв­ной связи с действующими нагрузками, скоростью вращения до­лота, условиями очистки забоя скважины, типом долота и твер­достью породы.

Долговечность опор долот увеличивается при их герметизации и при применении — высококачественного смазочного материала.

Снижения пульсаций давления в полости подшипникбв шаро­шек и увеличения в связи с этим долговечности опор долот м, ож — но добиться при ликвидации поперечных вибраций долота. По­следнее достигается путем использования долот и УБТ как мож­но близких диаметров и применения центраторов в нижней части бурильной колонны: один центратор устанавливается непосредст­венно над долотом и один или более — на определенном расстоя­нии от долота и друг от друга. Особенно хорошие результаты дает центрирование нижней части бурильной колонны при использо­вании долот е герметизированной опорой, так как в этом случай возрастает срок службы их уплотнительных устройств [110]. По данным Т. Г. Таги-заде и др. [89], при применении центраторов показатели работы трехшарошечных долот всех типоразмеров выше, чем при бурении без центраторов: проходка на долото — на 1—28% и средняя механическая скорость — на 5—36%.

Согласно формуле (32), объем разрушаемой долотом породы увеличивается прямо пропорционально коэффициенту уширения ■скважины в квадрате, а следовательно, соответственно возрастает расход энергии на проходку 1 м ствола скважины, уменьшается механическая скорость, согласно формуле (77), и ускоряется из­нос долота. Уширение ствола скважины, кроме того, увеличивает потребный объем промывочной жидкости (а следовательно, по­вышает затраты на ее приготовление и обработку), увеличивает расход тампонажных материалов. Поперечные вибрации долота ускоряют износ забойных двигателей и козырьков лап долота. ■Следовательно, борьба с поперечными вибрациями долота — одно из эффективных мероприятий по увеличению показателей бу­рения.

Комментарии запрещены.