ОПТИМИЗАЦИЯ БУРЕНИЯ ШАРОШЕЧНЫМИ ДОЛОТАМИ
Оптимизация бурения связана с поиском оптимальных параметров режима бурения, обеспечивающих максимальную механическую скорость и минимальную стоимость 1 м проходки скважины.
Для установления закономерностей изменения технологических параметров от физико-механических свойств горных пород и конструктивных особенностей долота проводятся экспериментальные исследования в стендовых условиях.
На основании этих исследований устанавливается математическая модель работы долота, которая в дальнейшем может быть использована для контроля за процессом бурения с использованием специальных контрольно-измерительных приборов (КИП). КИП позволяют поддерживать значения технологических параметров в оптимальных пределах.
В качестве математической модели работы долота может быть принята функция начальной механической скорости бурения:
т, _ ашрР“ 1а ^
м° —ГГ’ (°-3)
1 + (ЬР)
где ш — угловая скорость вращения долота, с-1; Р — осевая нагрузка, кН; а, Ь, р, а и * — постоянные для данных условий коэффициенты.
Значения коэффициентов а, р, а и к устанавливаются экспериментальным путем.
Однако значения механической скорости во времени изменяются под действием различных факторов: физикомеханических свойств горных пород, параметров режима бурения и др.
Изменение усредненных значений механической скорости в координатах — Л при бурении долотами аппроксимируется прямой
ум = у„о — фЛ, (8.4)
где V — текущее значение механической скорости бурения, Л — текущее значение проходки в середине интервала усреднения механической скорости; ф — тангенс угла наклона прямой линии к оси Л, характеризующий темп падения механической скорости бурения в течение рейса.
Бурение скважин в производственных условиях показало, что темп падения механической скорости зависит от типа долота, параметров режима бурения и абразивности горных пород.
Декремент падения механической скорости бурения пропорционален угловой скорости долота и резко возрастает с увеличением осевой нагрузки. Увеличение абразивности разбуриваемой породы резко увеличивает темп падения механической скорости только при бурении долотами с фрезерованным вооружением. На темп падения механической скорости бурения долотами со штыревым вооружением абразивность не влияет.
В результате обработки экспериментальных данных получена общая зависимость декремента падения механической скорости проходки во времени от исследованных факторов:
Ф = КпРчо)аг, (8.5)
где Кп, <7, г — эмпирические коэффициенты; а — абразивность породы, определенная методом Л. И. Барона.
В качестве контрольно-измерительных приборов для контроля за процессом бурения можно использовать станцию на основе пульта ПКБ-3. Станция позволяет регистрировать во времени с помощью самопишущих приборов следующие величины: нагрузку на долото, скорость вращения инструмента, расход промывочной жидкости, давление в линии нагнетания, крутящий момент, подачу инструмента.
В целях установления зависимостей ум0 и темпа падения ум от параметров режима бурения в начале каждого рейса производится ступенчатый поиск зависимостей механической скорости проходки от осевой нагрузки и угловой скорости долота. Дальнейшее бурение ведется на стабильном режиме.