Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Расход энергии на измельчение горных пород определяется из­вестными энергетическими законами разрушения, сформулирован­ными Риттингером и Кирпичевым. При тонком измельчении, кото­рое обычно наблюдается при бурении шарошечными долотами, более справедливым является закон Риттингера. Этот закон гла­сит, что работа А, затраченная при дроблении, пропорциональна вновь полученной (обнаженной) поверхности измельченного ма­териала

(26)

А — Лд3Д5,

где Лдв—работа на единицу полученной (обнаженной) поверх­ности твердого тела; AS — площадь обнаженной при дроблении тела поверхности.

AS = W, (27)

здесь V — коэффициент, выражающий степень измельчения тела; и V — объем подвергшегося дроблению тела.

Объем разрушенной в процессе бурения породы за единицу времени

(28)

^1 •^’скв^м-

Между моментом на долоте Мл в кГм, мощностью на долоте WR в кет и скоростью вращения долота п в об)мин существует следующее соотношение:

TOC o "1-5" h z Мж = 974 Ж (35)

п

Поэтому можем записать —

Мд = М0 + MyG, (36)

rfte индексы означают то же, что и в формуле (34).

По мере износа долота’ значения и Мд не остаются посто­янными; их изменение. во времени t(, может выражаться следую­щим образом [97]:

W^W0 + W^G (37)

И, Мд = М0 + MyHe«G, (38)

где WyH и Мун — для нового долота.

Если k>0, по мере износа долота мощность и момент. Мд возрастают; если k<0, И7Д и Мд уменьшаются, и если k=0—оста­ются без изменения. Как правило, k>0, и при прочих одинаковых условиях с течением времени работы долота 1УД и Мд возрастают; это возрастание может достигать двух-трехкратной величины, при — ( чем к концу работы долота наблюдается значительная неравномёр — ность величин Мд и №д с частыми пиками. Величину k можно назвать показателем, характеризующим интенсивность изменения удельного сопротивления на долоте по мере износа в процессе работы при постоянных условиях.

Изменения во времени момента и мощности на долоте могут следовать закономерностям, отличным от описываемых уравнения­ми (37) и (38).

Промысловые и лабораторные исследования подтверждают, что в определенных пределах изменения осевой нагрузки на доло­то момент на нем при прочих одинаковых условиях может с до­статочной для практики точностью, описываться линейным урав­нением вида

■’ Ma = Cft + o1G, (39)

* i ‘ ■

где Со и щ—величины, постоянные для рассматриваемых усло­вий и определяемые по данным экспериментов.

Уравнение (39) может быть использовано как для шарошеч­ных долот, так и для долот других типов, что подтверждается, нипример, данными Н. Н. Мамедова и Ю. И. Зулалова [64]. Per зультаты обработки этих данных представлены на рис. 4 и в табл. 1. •

Из рис. 4 (линии 1, 2 и 3) видно, что при проходке одинако­вых пород потребный вращающий момент для трехшарошечного

Таблицй 1 Типоразмер долота Порода с0, кГм а,, кГм/тс Диапазон из­менения осевой нагрузки на долото, tnc 2Д-394С Карбонатный песчаник 39,8 14,8 6—22 ЗЛГ-394 То же 50,6 16,4 6—18 ДЗСЗГЛИР-394 . » » 52,7 15,2 4—22 ДЗСЗГЛИР-394 Песчанистые глины 40,5 9,65 4^24

долота является наименьшим по сравнению с моментом для трех­лопастного долота и долота ступенчатой формы. При сравнении прямой 4 с линиями 1, 2 и 3 можно предположить, что в рассмат-

Рис. 4. Зависимости между моментом на долоте Мд и осевой нагрузкой на долото G, построен­ные по данным [64] при п=127 об/мин: 1 — лопастное долото ЗЛГ-394; 2— долото ступенчатой формы ДЗСЗГЛИР-394 (средние значения по трем до­лотам № 3, 4 и 5); 3 — шарошечное долото 2Д-394С; 4 —- долото ступенчатой формы ДЗСЗГЛИР-394 (№ 2). 1, 2 к 3 — бурение в карбонатном песчанике; 4 — буре­ние в песчанистой глине.

риваемых условиях на величину вращающего* момента на долоте большее влияние оказывают механические свойства породы, чем тип долота. В то же время результаты других исследований по­казывают, что тиц долота существенно влияет на величину потреб­ной мощности и момента. Так, по данным JI. Е. Симонянца [86], вращающий момент для алмазного и одношарошечного долот в 2,7 раза выше, чем для трехшарошечного, а для фрезерного выше в 3,8 раза (опыты проводились на стенде с промывкой водой, порода — известняк: рш= 175—200 кГ/мм2 и &п=2,5—3,5).

Для практических целей пользуются также понятием удельно­го момента на долоте, определяемого по формуле

TOC o "1-5" h z м» = тг — <40)

Зная для данных условий величину удельного момента Муд, момент на долоте подсчитывают по выражению

Мд = МудО. ‘(41)

Имея значения Л40 и Му, потребную мощность на долоте мож­но определять по формуле

Wa = 0,104-10~3 (М0 + MyG) п = 0,104- 10~3Мдл. (42)

Если же известно значение Муд, то

WA = 0,104- 10-3MyaGn. (43)

В формулах (42) и (43) мощность в кет, моменты в кГм, G в тс и п в об/мин. Если пользоваться значениями Со а й), то в формулу (42) подставляется С0 вместо М0 и а вместо Му.

По данным В. И. Курепина [107], удельный момент для долота ЗС-12 на 30—35% выше, чем для долота ЗТ-12, и для долота СТ-12-он выше на 20%; удельный момент для долота 1В-8СТ на 10—14% больше, чем для долота ОМ-575Т.

В ряде случаев удобно пользоваться значениями мощности на единицу площади забоя [90] или на единицу диаметра долота [97].

Определенный интерес представляет попытка В. В. Симонова и Г. Ф. Армянинова [47] выразить зависимость момента на долоте от s 1. Эту зависимость можно описать двучленным уравнением прямой линии

мл = О* + ад. (44)

где C0s и аи — величины, определяемые по данным экспериментов.

Линейная зависимость Мд от Si при больших значениях sb при­ближающихся к величине высоты наименьших зубцов долота hZM, может нарушаться. Особенно резкий рост момента наблю­дается при sx^hliA. При Si = const момент на долоте увеличи­вается с повышением п (эксперименты проводились в диапазоне изменения скорости вращения долота от 69 до 940 об/мин).

При условии же G — const, как показывают многочисленные эксперименты, момент на долоте при увеличении п уменьшается; это уменьшение весьма существенно в пределах до 300— 350 обIмин, а выше этих величин можно пренебрегать влиянием скорости вращения долота на Мл.

При изменении скорости вращения шарошечного долота изме­няются характер разрушения породы, вибрация нижней части бу­рильной колонны, характер «зацепления» зубьев за забой, что и сказывается на величине момента на долоте.

В практических расчетах весьма удобно пользоваться данны­ми о Мд и ГД) полученными экспериментальным путем для соот­ветствующих условий. Для ряда условий необходимые сведения можно найти в работах [5, 32, 86, 97]. Однако при использовании экспериментальных данных и эмпирических формул следует всег­да иметь в виду, каким образом и при каких условиях получены эти данные и формулы. Иначе можно впасть в большую ошиб­ку [31]. ‘

Осевая нагрузпа на долото, тс Рис. 5. Зависимость момента на долоте МЛ — от осевой нагрузки на долото G, построен­ная по данным [64] (долото № 1 модели ДЗСГЗЛИР-394, «=127 об/мин, глинистая пачка нижнего апшерона). Точки — фактические данные, линии — аппрокси­мация практических данных в соответствующих интервалах изменения G.

Весьма распространенная ошибка при расчетах момента и мощ­ности на долоте заключается в том, что на основе внешнего сход­ства эмпирической формулы (39) с аналитическим уравнением (36) считается, что величина С0 в формуле (39) представляет со­бой момент на долоте, потребный "на холостое вращение послед­него. В действительности же Со (как и а) является параметром уравнения корреляционной связи момента на долоте с осевой на­грузкой на долото. Даже для одних и тех же условий, но для раз­ных интервалов изменения осевой нагрузки на долото величины Со и а могут иметь различные значения. Сказанное хорошо иллю­стрируется линиями на рис. 5.

В зависимости от того, для какого диапазона изменения С по­лучена эмпирическая формула (39), С0 может быть больше или меньше М0, причем указанное различие может быть существен­ным (очевидно, может иметь место и равенство между С0 и М0); для разных диапазонов изменения осевой нагрузки на долото бу­дут разными и значения величины а.

Для большинства практических расчетов знание величины момента MQ не является необходимым. Определение же этого мо­мента в промысловых условиях весьма затруднительно. В буровой практике следует находить корреляционные уравнения связи [31]

Рис. 6. Две зависимости, выра­жающие связь между моментом на долоте и осевой нагрузкой на долбто. / — по формуле (39); 2 и 2, а — по формуле (41).

между моментом на долоте и осевой нагрузкой на долото ви­да (39) для определенных услр — вий при практически необходи­мых диапазонах изменения осе­вой нагрузки на долото (зача­стую нет необходимости прово­дить промысловые эксперимен­ты для низких значений осевой нагрузки на долото). Поэтому необходимо внести соответству­ющие указания, в методику про­водки опорно-технологических скважин.

Чем больше Со отличается от нуля, меньше а и щире дна- пазон изменения осевой нагруз­ки на долото, тем больше по — ; грешность определения момента на долоте, получаемая при йс — пользовании одночленной формулы (41) вместо двучленной (39), ‘ что ясно видно из рис. 6. г

Комментарии запрещены.