Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Основной операцией при сооружении скважины является разрушение горной породы на забое. При проведении этой опе­рации происходит углубка скважины. Скорость углубления за­висит" от интенсивности забойного процесса разрушения. Коли­чественной характеристикой интенсивности забойного процесса является механическая скорость бурения или скорость проходки. Она определяется следующим выражением:

ум = НИ, м/ч, (1.18)

где Н — углубление (проходка), м; Ь — время бурения, ч.

При разрушении породы происходит изнашивание породо­разрушающего (забойного) инструмента. Интенсивное изнаши­вание инструмента увеличивает его расход и непроизводитель­ные затраты времени на его замену, что снижает производи­тельность и повышает стоимость буровых работ. Следовательно, второй характеристикой забойного процесса является полная проходка на долото и коронку Нк.

Механическая скорость бурения и проходка на долото (ко­ронку) связаны между собой следующей зависимостью

Нк — им. к^к,

где и«. к — средняя (конечная) скорость бурения; /к — время пребывания инструмента на забое.

От численного значения механической скорости бурения, пол­ной или ограниченной, проходки #=/(?) зависит производи­тельность бурения. Рассмотрим — эту зависимость на примере оп­ределения производительности бурения за рабочую смену.

С этой целью введем следующие величины: Т — время работы за смену; Яр— углубление (проходка) скважины за один спуск породоразрушающего инструмента в скважину; /р— время чис­того бурения, за которое получена рейсовая проходка Яр; Тсп — время, затрачиваемое на спуск породоразрушающего инстру­мента в скважину, на его подъем из скважины и проведение вспомогательных операций, связанных со спуско-подъемом при данной глубине бурения; Кр — число рейсов за смену.

Производительность бурения за смену равна

П = К„НР. (1.19)

Так как

/р + Т’с Яр Ь + тс

Кр-

то

П = ——— Т.

Рабочее время Т регламентировано. Поэтому производитель­ность за смену зависит от выражения

—— [1]—= vv,

(Р + Гсп р

которое имеет размерность скорости и называется рейсовой ско­ростью.

При Тсп = 0 рейсовая скорость переходит в механическую скорость. Обычно Тс„>0, поэтому Vp<Vы.

В более общем виде формула рейсовой скорости записыва­ется так:

», — гЛ-

Ч ; СП

где Я=Я(£).

Произведем анализ этой формулы при различных методах отработки долот.

Долота и коронки, применяемые в практике, можно разде­лить на две группы: самозатачивающиеся и затупляющиеся.

1. При бурении самозатачивающимся инструментом скорость бурения для принятой осевой нагрузки на забой постоянна, так как опорная поверхность забойного инструмента на породу практически остается постоянной, независимой от времени бу­рения. В этом случае текущее значение проходки определяется выражением

И = х^ (1.21)

при ом=соп81. Тогда текущее значение рейсовой скорости будет

[< ИМ

УР =

Эта функция непрерывно возрастает при увеличении времени бурения и при /->-оо, »р->-ун. Ее ограниченное значение будет достигнуто при полном времени работы породоразрушающего инструмента {|(, определяющем его стойкость. Тогда конечная рейсовая скорость

(1.22)

2. Затупляющийся породоразрушающий инструмент в за­висимости от условий бурения может отрабатываться при по­стоянной или при переменной осевой нагрузке на забой. Когда бурение производится при постоянной осевой нагрузке на по­родоразрушающий инструмент, механическая скорость бурения уменьшается под влиянием износа и затупления резцов. В этом случае средняя скорость проходки V„(i)^vм. к и рейсовая ско­рость

^rrrV-’ (1-23)

‘ Г I СП

где H=H(t) при Я(/)^7/к и /sSJ/k. Эта функция зависит от времени бурения и при некотором времени tom имеет экстре­мальное (максимальное) значение. Указанное время получило название оптимального. При достижении его прекращают бу­рение и заменяют затупившееся долото (коронку) исправным. Определив первую производную функцию (1.23), находим ус­ловие, при котором рейсовая скорость принимает максимальное значение:

(t+Tcn)-~-H dvр dt

dt (f+Гсп)»

Так как (^ + 7’сп)>0, то, приравнивая числитель к нулю, имеем

£—(7^-) (1.24, л I —р I сп /max V — Up. max — (1.25)

dH ( Н di

или

Функция

dH.. Л Н

— = %)— lim-

dt М

М-+0

носит название мгновенной скорости бурения. Следовательно, рейсовая скорость принимает максимальное значение тогда,

SHAPE \* MERGEFORMAT

2*

35

4,0 14,3 2,6

3.0 13.0 2,9

3,5 13,7 2,75

2,0 9,5 2,7

2,5 12,0 3,0

когда ее текущее значение становится равным мгновенной ско­рости. Непосредственно на буровой (опт определяют по изменению рейсовой скорости, устанавливая ее расчетом по формуле (1.23). Пример такого расчета следующий: t, ч…………………………….. 0,5 1,0 1,5 Н, м……………………………………… 2,5 4,5 6,9 vD=—………………………………… 1,25 1,86 2,3 t + Ten Здесь рейсовая скорость определена при 7’сп = 2 ч. . Из вывода видно, что максимальная рейсовая скорость равна 3 м/ч. Ее значение соответствует времени £ = 2,5 ч. Для определения времени /„пт различными авторами пред­ложен ряд приборов. Опишем принцип работы одного из них, предложенного в Томском политехническом институте В. И. Зва — рыгиным. Прибор основан на математической аналогии двух зависи­мостей Н. U ———————— —— И 1 = ——————————— , вторая из которых выражает закон Ома для электрической цепи с активным сопротивлением. Прибор работает следующим об­разом. При возрастании проходки H=H(t) увеличивается напряже­ние U=U(t) на зажимах электрической цепи, а при повышении времени бурения t возрастает сопротивление г,. Величина соп­ротивления г2 устанавливается пропорциональной ТСП, относя­щимся к глубине бурения, на которой находится долото. Ток i=i(t) в электрической цепи достигает максимума, когда вы­полняется условие и = иР. max. В это время срабатывает реле, включающее световое табло или звуковой сигнал, предупреж­дающий бурильщика о необходимости замены долота. Заметим, что при t<t0пт долото или коронка по изнашиванию недорабо­таны, что может иногда повышать стоимость бурения одного метра горных пород за счет большого расхода долот и коронок. При бурении с переменной нагрузкой на забой поддержи­вают среднюю скорость проходки постоянной. В этом случае рейсовая скорость возрастает при увеличении времени нахожде­ния долота на забое. Наибольшая рейсовая скорость (немакси­мальная) будет получена при t = tR. Она равна V • _ Як _ t’M Р + Т СП 1 + ГсгЛ где ом = const. * Зависимости ур=ир(/) для трех выше рассмотренных слу­чаев отработки забойного инструмента изображены на рис. 1.15.

Эти рисунки относятся главным образом к работе породораз­рушающего инструмента режущего типа.

При отработке шарошечных долот учитывают стойкость опор шарошек. Если ресурс опор шарошек определяется временем *опр, то при /опр5г/к отработка долота при постоянной осевой нагрузке на забой производится по максимальной рейсовой скорости. Долото отрабатывается полностью, когда Гсп^/К. При ^опр</и вооружение долота не отработано. Замена долота

ПРОИЗВОДИТСЯ при /</опр.

Различные выражения рейсовой скорости, йриведенные выше, показывают, что рейсовая скорость повышается при уве-

о б * в

Рис. 1.15. Зависимость рейсовой скорости от времени бурения при различных

способах отработки породоразрушающего инструмента:

а — прн бурении самозатачивающимся инструментом при постоянной осевой нагрузке; б — при бурении затупляющимся инструментом при постоянной осевой нагрузке иа забой; в — при бурении затупляющимся инструментом при принудительной подаче

личении механической скорости бурения, времени пребывания долота на забое и при уменьшении времени, затрачиваемого на производство спуско-подъемиых и связанных с ними опера­ций. Следовательно, для повышения производительности буре­ния необходимо: 1) повышать механическую скорость бурения;

2) увеличивать время пребывания породоразрушающего инст­румента на забое; 3) уменьшать затраты времени на производ­ство спуско-подъемпых и связанных с ними вспомогательных операций.

На современном этапе развития техиики и технологии буре­ния разведочных скважин эти требования более полно реали­зуются при алмазном бурении снарядами со съемными керно- приемпиками (ССК и К. ССК), в буровых установках с гидрав­лическим транспортом керна с забоя, а также при бескерновом бурении.

Расход породоразрушающих инструментов и истирающих материалов тесно увязан со скоростью бурения и стойкостью долот и коронок. Расход долот или коронок на один метр про­ходки в штуках определяется выражением

Нц ин-к^к

Массовый расход истирающих материалов ^ _ О _ О Нк ^м — к^к

где (7 — масса изношенного истирающего материала при произ­водстве проходки Як.

Из приведенных формул видно, что для снижения расхода забойного инструмента необходимо увеличивать скорость бу­рения и повышать его износостойкость Iк■ Повышение качества истирающего материала также способствует решению этой за­дачи.

Механическая скорость бурения, расход долот и истираю­щих материалов существенно зависят от сочетания параметров режима бурения: осевой нагрузки на забой, частоты вращения долота, количества очистного агента. Бурение необходимо про­изводить так, чтобы сочетание этих параметров обеспечивало снижение стоимости буровых работ за счет повышения скорости бурения и уменьшения расхода забойного инструмента. Выяв­лению оптимальных условий разрушения горных пород при бу­рении способствует развитие теории бурения и проведение экс­периментальных исследований в целях разработки технологии бурения на научной основе.

Комментарии запрещены.