Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Формулу для механической скорости проходки (мгновенной, средней) можно записать в следующем виде:

TOC o "1-5" h z ; V» = Sjti, (1)

где Si — углубление скважины за один оборот долота; п — ско­рость вращения долота.

В буровой практике механическую скорость проходки измеря­ют в м/ч, п в об/мин и si в мм/об. Для этих размерностей фор­мула (1) принимает вид i

vu = 0,06sin. (2)

Для шарошечных долот

4 sl = J-e = ®e, ‘ (3)

«Об _ ‘ .

где k05 — количество оборотов долота, необходимое для углубле­ния скважины на величину, равную глубине лунки разрушения породы б зубцами шарошек [92, 94].

В то же время механическая скорость проходки шарошечными долотами может быть выражена следующей зависимостью [23]:

^“-^-ЛГа1 = ^йг. пш, (4)

г СКВ * СКВ

где Vis, — средний объем разрушенной породы, приходящийся на единичный акт воздействия вооружения долота на породу; Nzi — количество таких воздействий в единицу времени; Рскя — пло­щадь поперечного сечения ствола скважины; 2Д—количество зубь­ев долота; пш — средняя скорость вращения шарошек. Полагая?

пш = 1лпТ (5)

где 1’д — среднее значение передаточного числа долота, записываем

vM = п. (6)

**СКВ

Сравнивая формулу (6) с формулой (1), видим, что

(7)

V 13гДгД

Так как величина Si прямо пропорциональна Va, то следова­тельно, Si может служить показателем эффективности единичных актов воздействия вооружения долота на породу. Этот вывод вы­текает и из формулы (3).

Таким образом, механическая скорость проходки является функцией эффективности единичных актов воздействия зубьев до­лота на породу, определяемой величиной sb и количества этих воздействий в единицу времени, характеризуемого скоростью вращения долота п.

Как показатель V3, так и показатель 6 (а следовательно, и Si) зависят от параметров режима бурения, свойств разбуривае­мой породы и других факторов. Выявление этих зависимостей для конкретных условий возможно лишь на основе эксперименталь­ных данных.

Вследствие износа зубьев в процессе работы долота на забое величина б (и Kj3) с течением времени уменьшается при прочих одинаковых условиях. Уменьшение этих показателей и другие причины вызывают снижение sb а следовательно, и падение меха­нической скорости. Для учета этого явления при соответствующих показателях, ставится индекс «6>, и уравнение (1) принимает сле­дующий вид: •

TOC o "1-5" h z vt = sltn, (8)

где vt — текущая (в данный момент времени) механическая ско­рость проходки.

Проходка долота за время tб его работы,

h = j v(t)dt = J sx (t) ndt. (9)

о 0

Формулы (1) и (9) показывают, что при данной п механиче­ская скорость проходки и проходка на долото прямо пропорцио­нальны Si; проходка на долото, кроме того, прямо пропорциональ­на времени работы и зависит от закономерности изменения si во времени.

Интегральным показателем работы долота является рейсовая скорость проходки

h h.

РР = Т= t -4->— ’ (10)

Т ‘p. о

‘где — продолжительность "рейса долота и tp.0 — продолжитель — 6

ность остальных работ, входящих в рейс долота наряду с меха­ническим бурением. Учитывая выражение (9), записываем

is С sx (t) ndt _0_____ h + *р. о

h

f v (t) dt

(П)

v _ J_________

pi t 4-t

5 ‘p. о

Из уравнения (11) следует, что вследствие уменьшения Si по мере износа долота рейсовая скорость проходки вначале увеличи­вается, до определенной для данных условий бурения величины, а затем уменьшается. Продолжительность работы долота, соответ­ствующая максимуму рейсовой скорости, найдется путем взятия первой производной уравнения (11) и приравнивания ер к нулю. Решение [92] полученного таким. образом уравнения приводит к условию

^ор = тах> 02)

где vt6p — текущая механическая скорость проходки, соответст­вующая времени ^бр, при котором Up = ypmax; t>pmax — максималь­ная для данных условий рейсовая скорость проходки. Равенство (12) показывает, что в рассматриваемом случае рейсовая скорость имеет максимальное значение в момент времени, когда текущая механическая скорость, снижаясь в процессе работы долота, ста­новится равной рейсовой скорости. Из этого условия находим

*5р

f v(t)dt

TOC o "1-5" h z hP = ————- fp. o. ‘ (13)

Если с течением времени углубление скважины за один обо­рот долота не изменяется, т. е. если в течение рассматриваемого времени работы долота Si = const, то

h = sxinh = stNa, (14)

где ЛГД — суммарное число оборотов долота за рассматриваемый промежуток времени t ь,

ЛГД = nh. (15)

Следовательно, приведенные выше формулы можно использо­вать и для случая, когда величина Si не остается постоянной в течение времени работы долота на забое, если пользоваться сред­ним за время работы долота значением углубления скважины за один оборот долота, вычисляемым по формуле

Средняя за время tб механическая скорость проходки

TOC o "1-5" h z vc = -J — = slcn. (17)

Часто закономерность снижения механической скорости во вре­мени при неизменяющихся в процессе работы долота условиях можно описать уравнением вида

v, = v0e~9^ = kvtv0, (18)

где v0 — начальная механическая скорость проходки; е — основа­ние натуральных логарифмов; 02 — показатель, характеризующий темп снижения механической скорости во времени, и

** = е-®Л (19)

В таком случае формулы (9), (10) и (17) соответственно при­нимают вид

Ь = клр0, ур = kVpiv0 и vc = k0ctv0. (20)

В этих выражениях

К =. V = т+?— и К> = — Т— <21>

• 6Z Р ‘8Т *р. о с

Закономерности изменения приведенных коэффициентов во вре­мени показаны на рис. 1, 2 и 3.

Снижение механической скорости во времени вследствие изно­са долота можно выразить и другими уравнениями, отличными от уравнения (18) [31, 59]. Однако основные выводы, вытекающие из всех этих уравнений, будут одинаковыми.

Если в процессе работы долота Si = const, то

_jwh_ 8гп_ (22)

Р h + tр. о* 1+V

где

(23)

Для случая, выражаемого формулой (17), имеем

Vc

‘р~1+Фр’ (М)

При данном времени /р. 0 рейсовая скорость проходки прямо пропорциональна углублению забоя за один оборот долота и ско­рости вращения долота. При неизменяющейся в процессе рейса долота механической скорости проходки ур тем выше, чем больше время работы долота, причем пр стремится к своему предельному значению — величине механической скорости. Чем меньше время

Продолжительность работы долота, ч

Рис. 1. Изменение коэффициентов Kt I Kct и км во времени при , 0z=O,4,

Продолжительность работы ■ долота, v Рис. 3. Изменение коэффициентов текущих механической kvt и рей­совой kVpt скоростей во времени при различных значениях 0Z и ^р. о. / — при /_ =1 и: 2 — при t =4 ч. р. О ‘ у р. о

долота, ч Рис. 2. Изменение коэффициента средней механической скорости kv^t во времени при различных

значениях 02. / — при 6г=0,05; 2— при 0г=О,1; 3 — при в*=0,2; •#— при 02—О.4.

?р. о, тем выше рейсовая скорость проходки: при £р-*-0 имеем при прочих равных условиях время tp o для скважины или для отдельных интервалов бурения в большой мере зависит от проходки на долото [29, 98], а следовательно, от его долговеч­ности и механической скорости проходки.

(25)

С целью учета стоимости 1 ч работы буровой сч и стоимости долота сд предлагается [11] пользоваться так называемой экономи­ческой скоростью проходки, вычисляемой по формуле

9 *5 + V о + Сд/Сч *

Минимум стоимости 1 ж проходки за рейс долота соответст­вует максимуму v3. Продолжительность работы долота, при кото­рой достигаются указанные минимум и максимум, определяется так же, как и время t§ (отличие заключается только в том, что вместо времени tv 0 используется сумма tv 0 + Сд/сч).

Таким образом, для рациональной отработки долот необходи­мо хорошо знать влияние различных факторов на механическую и рейсовую скорости проходки и проходку на долото, а следова­тельно, на Si и долговечность долота; закономерности изменения механической скорости проходки во времени и влияние различных факторов на эти закономерности; уметь определять момент, ког­да работающее долото должно быть заменено новым. j

Комментарии запрещены.