Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Подход к расчету таких показателей эффективности буре­ния, как проходка на долото, рейсовая скорость, стоимость 1 м проходки, зависит прежде всего от особенностей конструкции породоразрушающего инструмента. Для современных буровых долот, большинство типов которых оснащается вставными твер­досплавными зубцами, без серьезных погрешностей можно считать, что в течение всего времени бурения скорость проход­ки остается постоянной и равной начальной скорости. Время работы долота на забое определяется стойкостью опоры, либо сменой пачки горной породы, требующей соответственно замены типа породоразрушающего инструмента. В этом последнем случае специальный расчет проходки за рейс не требуется. В тех случаях, когда используются долота с фрезерованным вооружением, может потребоваться знание законов износа зуб­цов в различных условиях.

Проходку на долото за рейс нетрудно определить по извест­ному соотношению

H = ]vMex(i)dt. (6.1)

о

Рассмотрим сначала вопрос о времени Т работы долота на забое при выходе его из строя по причине сработки опор шаро­шек. Исследования советских и зарубежных специалистов поз­волили установить общий вид зависимости темпа износа опоры от параметров режима бурения. Зависимость эта может быть представлена как

=Лв, ф1(Офа(л), (6.2)

at

тде W — относительная величина текущего износа опоры по от­ношению к полному износу, при котором отработка долота пре­кращается; таким образом, конечное значение WK= 1; Aw — ко­эффициент, учитывающий тип долота и свойства промывочного раствора.

Из формулы (6.2) следует, что темп износа опоры остается постоянным и, следовательно, при неизменных условиях буре­

ния в течение всего рейса величина W пропорциональна вре­мени*

Различные исследователи предлагают разные варианты функций i|)i(G) и ф2(я). Заметим, что вид этих функций ме­няется при совершенствовании конструкций опорных элементов шарошек. Большинство исследователей [42, 46, 51, 54] для до­лот с негерметизированной опорой считают, что функция ^i(G) является степенной, а фг(я) линейной. Таким образом, время работы долота Т, соответствующее износу опор 1FK=1, можно- записать как

‘ (6.3),

nGa

где а — коэффициент, зависящий от свойств промывочной жид­кости, который для обычных глинистых растворов может быть принят равным 1,5; k — коэффициент, зависящий не только от состава промывочной жидкости, но и от конструкции долота.

Коэффициенты, входящие в формулу (6.3), не зависят от ме­ханических свойств горных пород и могут быть определены: стендовыми испытаниями или получены обработкой результа­тов бурения долотами данного типа в любом районе.

В тех случаях, когда в процессе бурения имеет место износ вооружения, его закономерности могут быть учтены уравнени­ем типа

Фз («) -j — = Алф! (G) ф2 (п), (6.4>

ас

где и — относительная величина текущего износа вооружения;: А и — коэффициент, зависящий от типа долота, условий про­мывки и абразивности разбуриваемых пород.

Уравнение износа вооружения отличается тем, что темп из­носа зависит от его абсолютной величины. Функции <pi(G), Фг(п) и фз(«) Для роторного бурения хорошо изучены и табу­лированы до скорости вращения л=400 об/мин в работах [42, 54].

Коэффициент Ли определяется по результатам промысловых испытаний долот данного типа при бурении пород с аналогич­ным уровнем абразивности. Характеристики абразивности пород следует устанавливать по кернам, проходящим лабора­торные испытания при подготовке данных для моделирования. Таким образом, и для определения коэффициентов уравнения износа вооружения не требуется учитывать различия в бури — мости горных пород. При расчете времени работы опор доло­та по формуле (6.3) следует контролировать величину износа вооружения по уравнению (6.4). При и> 1 время Т рассчиты­вается, исходя из условия ик= 1 в соответствии с уравнением

(6.4).

Для вычисления проходки за рейс Н по уравнению (6.1) остается определить изменение скорости проходки со временем v(t). Проинтегрировав уравнение (6.4), получим зависимость величины износа u(t). Следовательно, для любого момента времени бурения по величине относительного износа и можно вычислить высоту изношенных зубцов и соответствующую ей величину площадки притупления. После этого с помощью ма­тематической модели просчитывается новое значение скорости проходки v(t).

Интегрирование соотношения (6.1) выполняется на ЭВМ с ■обращением к программе расчета углубления гтах и скорости v в следующем порядке. Прежде всего устанавливаем конечную величину износа зубцов, которая равна ик= 1, если долото выш­ло из строя по износу вооружения, и ык<1, если предельного из­носа достигла опора, т. е. U7K=1. В последнем случае, исполь­зовав функцию u(t), найдем ик(Т), т. е. конечный относитель­ный износ зубцов.

Определив контактные площадки зубцов, соответствующие ик, можно просчитать конечное значение скорости бурения vK. В зависимости от требуемой точности расчета диапазон време­ни Т разбивается на несколько участков, для каждого подсчи­тывается соответствующая средняя величина Vi и проходка за рейс определяется как Я=20гД^.

i

Можно, однако, поступить и иначе. Для обычных долот с фрезерованными зубцами шарошек закономерность изменения скорости проходки по времени бурения носит довольно ста­бильный характер. Без существенных погрешностей можно

принять, что

TOC o "1-5" h z v (t) = -,V° о. (6.5)

w (1-И)р

Нетрудно получить значения коэффициента р

In —

Р = . (6.6)

к 1п(1 + Г)

При таком подходе величину проходки можно записать в виде конечной формулы

/r = — i^-[(l+7)*-P—l]. (6.7)

1 — р

Значение рейсовой скорости подсчитываем по обычной фор­муле

<6-8>

где ten — время спуско-подъемных и вспомогательных операций.

Поскольку при выборе оптимального технологического ва­
рианта нужны сопоставимые данные по показателям бурения, величина ^Сп берется в соответствии с существующими норма­тивами.

Зная рейсовую скорость и нормативные стоимостные пока­затели, можно определить стоимость 1 м проходки

где Cv — стоимость проката оборудования, зарплата и другие расходы, связанные со временем проведения буровых работ; Сн — затраты на углубление ствола скважины на величину про­ходки за рейс.

При расчете показателей бурового процесса пр и С норма­тивные данные по стоимостным показателям, времени спуско­подъемных и вспомогательных операций должны выбираться таким образом, чтобы результаты расчетов были сопоставимы, т. е. с учетом способа и цели бурения, типов буровых установок и оснастки, размеров труб и т. д.

Приведенные выше расчеты основаны на вычислении вре­мени работы долота Т с помощью уравнений (6.2) и (6.4). Вид функций tJ^i^G), г|)2(н), <pi(G), ф2(л) надежно установлен до сравнительно небольших скоростей вращения. Для высокообо­ротного бурения эти зависимости требуют уточнения. Одним из путей получения закономерностей изменения времени работы долота от параметров режима является математическая обра­ботка промысловой информации по отработке долот (см. гла­ву 7).

Рис. 65. Расчет­ные зависимо­сти рейсовой скорости от осевой нагруз­ки: 1 — п=40 об/мин; 2 — л=100 об/мин

Рис. 64. Расчет­ные зависимо­сти проходки на долото от осевой нагруз­ки: 1 — п = 40 об/мин; 2 — п=- 100 об/мин

Рис. 66. Расчетные за­висимости стоимости 1 м проходки от осе­вой нагрузки: 1 — п = 40 об/мин; 2 — я = 100 об/мин

Н, м

Что касается математической модели процесса, то она, как инструмент, естественно, никакими ограничениями по режим­ным параметрам не связана.

В качестве примера на рис. 64—66 приведены зависимости проходки на долото, рейсовой скорости и стоимости 1 м про­ходки от осевой нагрузки, рассчитанные по математической модели с использованием эмпирических уравнений износа долот.

Подобные расчеты могут быть выполнены для любой пары «долото—-порода» с заданными условиями бурения и служат основой для дальнейшей оптимизации бурового процесса.

Комментарии запрещены.