Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Одним из основных вопросов проводки скважин является во­прос о расходе энергии на разрушение горной породы. Сравни­тельную оценку влияния различных — факторов на энергоемкость разрушения горных пород в бурении можно осуществлять с по­мощью показателя, выражающего расход энергии," подводимой к долоту, на единицу объема выбуренной породы, , ■

TOC o "1-5" h z Эг=,гу — ‘ (45>

гСКВ^М.

С учетом формул (31) и (33) можем записать

— » Эу =—Ау, — (46)*

т. е. при одной и той же удельной объемной работе разрушении Значение 9V тем ниже, чем меньше потери мощности в процессе работы долота, и всегда 3V>AV. Удельный объемный расход энер­гии 9V зависит от тех же факторов, что и Av, а также от ука­занных потерь мощности.

Если удельная объемная работа разрушения данной породы найдена при условиях, отличающихся от забойных, то

Ау = а лАус, (47)

где ал—коэффициент, учитывающий влияние забойных условий

на удельную объемную работу разрушения; Avc— удельная

объемная работа разрушения данной породы в лабораторных ус­ловиях (при испытании породы в стандартных условиях по мето­дике Л. А. Шрейнера или в процессе стендовых исследований). Тогда формула (46) примет вид

TOC o "1-5" h z Эу = аэА Аус — (48)

Удельная энергоемкость процесса разрушения породы Эу в забойных условиях отличается от таковой Эус в стендовых ус­ловиях. Это отличие можно выразить коэффициентом аэ•

,Эу = аэЭуС‘ (49)

Очевидно,

’ ® л Ct о

«m-V-JT’ <м>

Чд Чдс

где т]дС — к. п. д. долота при разрушении горной породы в стендо­вых условиях.

Коэффициент аэл может иметь значение от нескольких единиц, до несколько десятков и даже нескольких сотен. В широких пре­делах изменяется и коэффициент аэ, но его пределы Изменений значительно меньше, чем коэффициента аэл — .

Удельный объемный расход энергии существенно зависит от вида процесса разрушения: при объемном разрушении он в не­сколько раз выше, чем при поверхностном, и это превышение мо­

жет достигать 6—12 раз и больше. При усталостно-объемном раз­рушении породы Эу меньше, чем при поверхностном, но больше,, чем при объемном. ‘

На удельную энергоемкость влияют тип и модель долота. Talc например, при стендовых испытаниях [86] среднее значение этого* показателя для одношарошечного долота оказалось в 1,8 раза: выше, чем для трехшарошечного при тех же условиях, для фре­зерного долота — в 2,3 раза и для алмазного — в 9,7 раза. Прн разбуривании мрамора долотом 1В6аС [83] удельные объемные- затраты энергии были больше, чем для долота 1В6аТ, в то время как при разбуривании известняка, наоборот, меньшая Эу была у долот 1В6аС. .

Согласно формуле (45), Эу обратно пропорциональна диамет­ру долота в квадрате. Однако при некоторых условиях уменьше­ние D может сопровождаться возрастанием затрат энергии на разрушение единицы объема горной породы. Особенно это отно­сится к долотам малых диаметров. Одной из причин указанного

IТ’

противоречия может служить то обстоятельство, что сопротив­ляемость разрушению породы, примыкающей к стенке скважины, значительно больше, чем сопротивляемость породы, расположен­ной на некотором расстоянии от стенки, а относительная величина указанной кольцевой площадки забоя с уменьшением диаметра долота увеличивается. Так, по данным [86], для разрушения поро­ды у стенки выработки требуется в 1,5—2,5 раза больше ударов, чем для разрушения породы, несколько удаленной от стенки.

При уменьшении диаметра трехшарошечного долота его опоры могут оказаться настолько слабыми, что бурение будет осущест­вляться при осевых нагрузках, обеспечивающих менее эффектив­ный процесс разрушения породы, а это также будет способство­вать росту Эу. У шарошек долота меньшего диаметра опоры мо­гут включать подшипник скольжения, который приведет к умень­шению коэффициента т]д, а следовательно, к повышению Эу.

В практике бурения глубоких скважин обычно vM=D^z, где l^z^2, что объясняется в основном несовершенством промывки забоя. Это, очевидно, также сказывается на зависимости Эу от D.

Так как часто фактический диаметр скважин не известен, то вместо него используют диаметр долота. В таком случае

где Эуд в кГм/см3-, Мд в кГм; п в об/мин-, D в см и ум в м/ч. Принимая во внимание формулу (32), находим, что Эуд>Эу

(52)

На рис. 7 приведены кривые, зависимостей 9y=9v(G) и Ум = Ум(6) при бурении электробурами [25]. При G = 3,5—4 тс затраты энергии на разрушение 1 см3 породы во всех случаях имеют максимальное значение, a vM минимальна. С увеличением G до 5—6 тс в интервале 894—1350 м им возрастает до 9—12 м/ч, а Эу резко снижается до 115—80 кГм/см3 (кривые 1,2 и 3). При дальнейшем повышении нагрузки до 7—9Т Эу плавно умень­шается до минимума, составляющего 70—57 кГм/см3, им резко замедляет или совсем прекращает свой рост. Дальнейшее увели­чение G, несмотря на некоторый рост vu, приводит к возрастанию Эу. Аналогичный характер изменения Эу в функции G наблю­дается и при бурении в интервале 1428—1460 м (кривая 4), но минимум Эу и максимум им смещаются в сторону повышенных G и несколько возрастают по величине.

Рассмотренные кривые и другие данные показывают, что осе­вая нагрузка на долото Gg, соответствующая минимуму Эу, меньше оеевой нагрузки на долото Gv, соответствующей максиму­му механической скорости проходки. Объяснить это можно тем, что при превышении некоторой нагрузки темп прироста vM с уве^ личением G снижается вследствие отрицательного влияния огра-

ниченности высоты зубцов шарошек, в то время как Wa продол­жает расти почти прямо пропорционально G. —

7Ь

70

1В

Оседая нагрузпа на долото,

Рис. 7. Зависимости удельной объемной энергоемкости разрушения горной породы (сплошные линии) и меха­нической скорости проходки (пунктирные линии) от осевой нагрузки на долото при бурении электробуром Э215/8 с подачей глинистого раствора 20—23 л/сек 1 и 2 — долото АСГг25 соответственно в интервале 894—909 и 981—987 м; 3 и 4 — долото Б10СГ соответственно в интервале 1267—1350 и 1428—1460 м.

Обычно повышение скорости вращения долота сопровождается ростом Эу, так как Wn растет прямо пропорционально п, а пм увеличивается медленнее п. Минимальное значение Эу зависит от типоразмера долота и свойств горной породы.

п

78

Затраты энергии на разрушение единицы объема горной поро­ды тем больше, чем выше твердость породы и ее пластичность. По мере износа долота Эу увеличивается.

Об эффективности процесса разрушения горных пород различ­ными долотами при различных режимах бурения можно судить по размерам выбуриваемых частиц: чем крупнее эти частицы, тем более эффективен рассматриваемый процесс с энергетической точ­ки зрения. При применении шарошечных долот продукты разру­шения породы получаются различных размеров и нельзя пол­ностью избежать получения мелких и весьма мелких фракций. Следует стремиться к тому, чтобы таких фракций было как мож­но меньше, так как, согласно формуле (29), на образование этих фракций тратится большое количество энергии и, кроме того, мел­кие и весьма мелкие частицы выбуренной’породы ухудшают свой­ства промывочной жидкости, а удалять их из промывочной жид­кости очень трудно.

Комментарии запрещены.