Роторный способ бурения
При роторном способе бурении отсутствует ярко выраженная взаимосвязь параметров режима бурения, а следовательно, влияние их друг на друга. Поэтому оптимальный режим роторного бурения включает в себя сочетание наивыгоднейших значений каждого параметра в отдельности.
Тип долота должен выбираться в соответствии с действующими нормативными документами. При выборе режима бурения долотами серий ГНУ и ГАУ следует учитывать следующее: верхнему уровню величин осевых нагрузок на долота соответствует нижний уровень частот вращения, и наоборот: в пластичных, вязких глинистых, а также в слабо сцементированных малоабразивных песчано-глинистых и песчаных породах целесообразно бурить при частотах, близких к максимальным частотам вращения, и пониженных величинах осевой нагрузки на долото; в песчаных и других абразивных породах, а также в трещиноватых и обломочных породах целесообразно снижать частоту вращения ротора во избежание повышенного износа и разрушения вооружения, герметизирующих элементов опор шарошек, козырьков и спинок лап.
Режим бурения, особенно долотами с твердосплавным вооружением и герметизированными опорами, должен выбираться таким, чтобы не допускалось вибраций бурильной колонны.
Во многих случаях, особенно при бурении в мягких неабразивных породах, существенное улучшение показателей работы долог достигается при повышении частоты вращения до 140… 200 об/мин.;
Фактическая осевая нагрузка на долото при повышенной частоте вращения инструмента из-за трения бурильной колонны о стенки скважины и вкладыш ротора оказывается существенно меньшей, чем по индикатору веса. Поэтому нагрузку на долото следует корректировать с учетом разницы в показаниях индикатора веса при вращении и без вращения колонны.
Осевая нагрузка на долото при бурении с повышенной частотой вращения обычно должна быть на 20… 25% меньше величины, создаваемой при низкооборотном режиме в тех же условиях.
Переход на высокооборотный режим вращения бурильной колонны может сопровождаться в отдельных породах обвалами стенок скважины и увеличением момента вращений бурильного инструмента. При возникновении этих явлений необходимо немедленно тщательно промыть и проработать (на длину ведущей трубы) ствол скважины и только после установления нормальных условий бурения переходить на повышенную частоту вращения ротора. Не рекомендуется применение повышенной частоты вращения ротора при бурении в твердых породах с промывкой технической водой.
При бурении долотами с герметизированными спорами и твердосплавным вооружением неравномерное вращение и подача долота, резкое торможение и внезапные остановки, толчки и удары, повышенный уровень вибрации приводят к разрушению (поломкам, сколам и т. д.) твердосплавных зубков и преждевременному выходу из строя герметизирующих элементов и опор в целом. При появлении в ходе долбления вибраций с целью их подавления необходимо уменьшить осевую нагрузку или изменить частоту вращения ротора.
Если изменение (в рациональных пределах) указанных параметров не приводит к уменьшению амплитуды колебаний до приемлемого уровня, то это свидетельствует о завышенной момен — тоемкости долота или недостаточном маховом моменте УБТ для данного сочетания типа долота и разбуриваемых пород. Следовательно, при очередном долблении необходимо использовать долото, характеризующееся меньшей моментоемкостью, или увеличить маховый момент УБТ, желательно за счет увеличения их диаметра.
В России роторный способ бурения используется главным образом при бурении глубоких скважин, а также нижней части разреза скважин средней глубины.
Рассмотрим некоторые особенности режима бурения с очисткой забоя воздухом или газом, одной из которых является бурение на сравнительно невысоких скоростях вращения ротора. В процессе бурения шарошечными долотами пород средней твердости, твердых и крепких при очистке забоя газообразным циркулирующим агентом и при соблюдении других параметров режима бурения скорость вращения ротора не должна превышать
100.. .200 об/мин, а при бурении сыпучих и мягких пород —
200.. .300 об/мин.
Для обеспечения максимальных показателей бурения при использовании газообразных циркулирующих агентов необходимо соблюдать оптимальное соотношение нагрузки на долото и скорости вращения долота. Это соотношение лучше всего определяется по характеру выноса шлама из выкидной линии. Выбрасываемый на поверхность шлам должен состоять из осколков породы различных размеров (при бурении твердых и крепких пород шарошечными долотами) или скатанных кусочков легких пород, или естественного состояния при сыпучих породах и выходить обильным потоком из выкида.
Количество шламовой пыли должно быть минимальным, так как обильное ее выделение свидетельствует о процессе разрушения истиранием. Для перехода на объемный режим разрушения следует увеличить нагрузку на долото и уменьшить скорость вращения ротора, если она была завышена. Для успешного бурения с газообразными циркулирующими агентами необходимо для каждого конкретного случая устанавливать минимальный предел скорости восходящего потока в затрубном пространстве. Минимальным расходом газообразного циркулирующего агента при бурении следует считать такой, при котором в затрубном пространстве с зазором между бурильными трубами и стенками скважины не менее 12… 15 мм создается скорость восходящего потока, способная выносить выбуренную породу размером первичного разрушения с избыточной скоростью 5…8 м/с.