Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Степень совершенства очистки забоя и долота определяется в основном свойствами бурового флюида; его количеством, подавае­мым на единицу площади забоя в единицу времени, qz конструк­цией промывочных устройств долота; скоростью истечения бурово­го флюида из этих устройств ии и гидравлической мощностью бу­рового флюида, срабатываемой на долоте, И7дг.

Рейсовая скорость проходки определяется степенью совершен­ства промывки ствола скважины, которая зависит как от свойств бурового флюида, так и от скорости его восходящего потока ип.

При прочих заданных условиях q3, vXl ТГдг и vn определяются подачей (расходом) бурового флюида Q. Расход бурового флюи­да является очень важным параметром режима бурения и зача­стую имеет решающее значение при выборе Gun. Нередко изменение подачи этого флюида позволяет (или вынуждает) из­менять и его свойства. Так, например, при повышении Q в опре­деленных условиях можно перейти с промывки скважины глини­стым раствором на промывку водой и даже на продувку возду­хом или газом, при этом технико-экономические показатели буре­ния обычно резко возрастают.

Механическая скорость проходки является возрастающей функцией подачи бурового флюида, но в роторном бурении и при бурении электробурами с увеличением Q значение ом асимптоти­чески стремится к максимальной для данных условий величине, соответствующей совершенной очистке забоя и долота. Зависи­мость vu от Q может выражаться уравнением [94]

= —^2—

— а bQ

или уравнением

где а, Ь, ф„ и а — величины, зависящие от свойств проходимых пород, качества промывочного флюида, конструкции долота, раз­мера кольцевого пространства, G и п; причем а<1.

В турбинном бурении расход промывочной жидкости влияет на показатели бурения не только через степень очистки забоя, но и посредством других факторов, зависящих от Q. При увеличении Q возрастает п долота [17] и повышается приемистость турбобура к осевой нагрузке на долото [16], увеличивается механическая Мощность на долоте [97]. Поэтому в турбинном бурении обыч­

но а>1; по крайней мере, этот показатель значительно выше, чем в роторном бурении и при бурении электробурами.

По сравнению с турбинным бурением, при котором в некото­рых конструкциях турбобуров значительная часть промывочной жидкости уходит через ниппель, минуя долото, в роторном буре­нии и при бурении электробурами условия очистки забоя и доло­та лучше.

Ограничивающими факторами для подачи промывочного флюи­да обычно являются технические возможности и экономическая целесообразность. Технико-экономическим значением Q является

Qt3‘ ,

Значительное повышение показателей работы долот при уве­личении Q наблюдается до тех пор, пока подача промывочной жидкости не достигнет 0,043—0;05 л/се/с на 1 см2 площади забоя; при дальнейшем увеличении Q темп роста показателей работы долота быстро снижается, и при q3>0,057—0,065 л/сек на 1 см2 он настолько мал, что практического значения не имеет [94].

С увеличением я шарошечного долота возрастает турбулент­ность движения жидкости у забоя, что улучшает подъем шлама с забоя. Но одновременно с этим уменьшается время, в течение ко­торого долотб поворачивается на угол, равный углу между осями шарошек, и некоторые частицы породы не будут успевать под­няться в кольцевое пространство: выбуренные одной шарошкой, они будут захватываться и подминаться другой, перемалываться и снижать эффективность работы долота. Было установлено [109], что при бурении двух — или трехшарошечными долотами с я = = 100 об j мин в стендовых условиях частицы породы, оторванные от забоя одной шарошкой, должны быть подняты выше набегаю­щей шарошки за 0,2—0,3 сек.

Забой скважины имеет «ухабистую» поверхность и обычно по­крыт шламовой подушкой. Для разрушения этой подушки и уда­ления выбуренной породы из впадин забоя струи промывочной жидкости должны достичь забоя и создать на него давление рсз порядка 4—6 кГ/см2. Для разрушения же породы струями промы­вочной жидкости требуется значительно большее давление. При разработке режимов бурения гидромониторными долотами в по­родах средней твердости следует исходить из максимальной силы удара струй, а для мягких пород—из максимальной гидравли­ческой мощности, срабатываемой на долоте.

Джон В. Спир [87] отмечает, что в очень твердых породах гид­ромониторные долота работают значительно лучше обычных до­лот; в породах средней твердости преимущество этих долот не­велико; чем мягче порода при переходе от пород средней твердо­сти до очень мягких, тем все более значительным становится преимущество гидромониторных долот. Минимальные значения уи для гидромониторных долот находятся в пределах 60— 75 л/сек.

Влияние уи на ум существенно только при определенных зна­чениях мощности UV При низких значениях этой мощности очи­стка забоя сильно ухудшается и рост ои мало влияет на им. При превышении некоторых значений мощности дальнейшее ее

увеличение и увеличение vH не сопровождается заметным улучше­нием показателей работы долот.

Как видно из рис. 9 и 10, степень совершенства очистки забоя оказывает большое влияние на зависимости vM от G и Si от gpi скорость проходки при данной нагрузке резко снижается, когда очистка забоя неудовлетворительна, понижается критическая осе­вая нагрузка на долото Gv и уменьшается максимально возмож­ная скорость проходки при данных условиях.

Когда точки ложатся в рабочую область, то они располагаются приблизительно на одной прямой, так как в этом случае промывка забоя совершенна. Если же показатели попадают в область недо­статочной очистки забоя, скорость проходки зависит от Q. В пер­вом случае целесообразно вести бурение при высоких G, во вто­ром — следует использовать другие методы повышения скоростей проходки, улучшающие очистку забоя. Часто переход на исполь­зование долот, предназначенных для более мягких пород, приво­дит к улучшению показателей бурения при таких же или даже несколько меньших осевых нагрузках [13, 15, 18, 24]. Поэтому, если данные не ложатся на рабочую линию, необходимо проверить правильность выбора долота.

Когда ум одинакова для долот разных типов, процесс работы долота определяется промывкой забоя, давлением промывочной жидкости на забой, типом и качеством этой жидкости и некоторы­ми другими факторами. ‘

Если результаты бурения соответствуют линии недостаточной очистки забоя, повышение механической скорости может быть по­лучено увеличением Q или ои (или и Q, и уи). При этом, если указанные показатели находятся в непосредственной близости от рабочей линии, еще больший прирост ум может быть получен при одновременном повышении G. Чем круче наклонена кривая недо­статочной очистки забоя к оси нагрузок, тем большим в этом случае будет эффект от увеличения осевой нагрузки.

Если интенсивность циркуляции промывочной жидкости недо­статочна для удаления выбуриваемой породы в кольцевое прост­ранство, показатели бурения ложатся на кривую неудовлетвори­тельной очистки забоя. Эта кривая соответствует максимальному объему выбуренной породы, который может быть удален из-под долота за данный промежуток времени при данных свойствах промывочной жидкости и горной породы, давлении на забой и гид­равлики промывки.

Увеличение механической мощности на долоте и интенсифика­ция в связи с этим процесса разрушения породы требуют соот­ветствующего улучшения очистки забоя, повышения Q [31].

Комментарии запрещены.