Технико-технологические основы строительства скважин. Лекция №10. Режим бурения

1.

Технико- технологические основы
строительства скважин.
Лекция № 10
Режим бурения

2.

Режим бурения
Под режимом бурения следует понимать сочетание параметров, которые влияют на показатели работы
долота и которые можно оперативно изменять с поста управления. К числу таких параметров относятся
осевая нагрузка, скорость вращения долота (или число оборотов в минуту), расход промывочной
жидкости.
Сочетание этих параметров, обеспечивающее достижение наилучших показателей работы долота с
помощью данной буровой установки, называют оптимальным режимом бурения.
Режим бурения называют скоростным, если на данном этапе достигнуты наивысшие показатели
работы долот.
Если сочетание параметров выбирают не для получения высоких показателей работы долота, а с целью
предотвращения искривления скважины, отбора керна, принудительного искривления её с заданной
интенсивностью в нужном направлении – режим называют специальным

3.

Режим бурения
На эффективность работы долота на забое (разрушение горной
породы) судят по нескольким показателям, основными из
которых являются следующие;
1. Проходка – количество метров, пробуренных данным
долотом до полного износа;
2. Средняя механическая скорость проходки – количество
метров пробуренных в единицу времени
3. Средняя рейсовая скорость – средняя скорость углубления
скважины с учетом затрат времени на разрушение породы и
замены долота.
4. Себестоимость долота одного метра проходки.

4.

Режим бурения
Рациональное сочетание и изменение параметров режима работы ПРИ является одним из основных
факторов управления процессом бурения. С увеличением прочности горных пород на скалывание
влияние частоты вращения на прирост скорости бурения уменьшается, а влияние осевой нагрузки
возрастает. Если при увеличении скорости вращения бурового инструмента могут созданы условия
объемного разрушения породы, то это повысит эффективность процесса. Если при этом наблюдается
усталостно- объемное разрушение породы, то увеличение скорости вращения приведет к снижению
механической скорости. При разрушении породы путем поверхностного или микрорезания будет
сопровождается интенсивным износом инструмента.
Параметры режима бурения должны обеспечивать не только эффективное разрушение породы, но и
высокую механическую скорость и номинальный износ породоразрушающего инструмента на один
метр бурения.

5.

Режим бурения

6.

Подача нагрузки на долото.
Для вертикальных скважин важным моментом является создание необходимой нагрузки на долото
весом бурильных труб (УБТ), а для наклонно направленных скважин важным моментом является не
только создание нагрузки, но и максимальное её доведение до забоя. Бурильный инструмент (БИ),
состоящий в нижний части из долота, над котором устанавливают УБТ, потом БТ и закачивающийся
вверху ведущий трубой, являются самой непрочной частью бурового инструмента, что ограничивает
величину осевых нагрузок на долото. Очень важно, чтобы в процессе бурения БТ расположенные над
УБТ находились всегда в растянутом состоянии. Сжатая часть БТ находится в неустойчивом
состоянии, при котором возникает переменный изгиб, ведущий к ускорению усталости металла труб, чем
ускоряется их излом.
В практике бурения выбор осевой нагрузки на долото осуществляется исходя из;
1. Удельная осевая нагрузка на долото не может превышать максимально допустимую величину ТТХ
всего долота или его вооружения. (для лопастных долот – из условий прочности долота вращающего
момента)
2. Создание высокой нагрузки на долото при бурении ограничиваются максимальной, практически
возможной длиной УБТ.

7.

Подача нагрузки на долото
3. Нижняя граница удельной осевой нагрузки на долото определяется величиной приемлемой
механической скорости бурения.
4. Верхняя граница осевой нагрузки на долото при бурении с ВЗД определяется вращающим
моментом на валу двигателя.
При расчёте осевой нагрузки на долото используют:
1. Статистический анализ обработки долот в аналогичных геолого– технических условиях
2. Аналитический расчет на основе качественных показателей механических свойств горной
породы и характеристик долот
3. Расчета из условий допустимой нагрузки на долото

8.

Подача нагрузки на долото

9.

Подача нагрузки на долото
При бурении передача нагрузки на долото является важнейшем параметром, влияющей на
механическую скорость проходки, так как процесс разрушения горной породы ПРИ происходит за счет
нагрузки создаваемой частью веса бурильной колонны. Эта составляющая называется статической.
Выбор осевой нагрузки на долото осуществляется исходя из анализа данных: литологических, техникотехнических данных.
- удельная осевая нагрузка на долото не может превышать максимально допустимую от технических
характеристик долота и его вооружения (для долот PDC существуют ограничения на величину
максимально допустимую из условий прочности долота. Вращающегося момента – линейно связанного с
осевой нагрузкой)
- верхняя граница осевой нагрузки на долото при бурении с забойным двигателем определяется
вращающим моментом на валу двигателя
- нижняя граница удельной осевой нагрузки на долото определяется величиной приемлемой
разрушению горной породы.

10.

Режим бурения
При бурении долотами возникает также динамическая составляющая нагрузки, обусловленная
перемещением центра тяжести нижнего ударного участка бурильной колонны при перекатывании
шарошек долота. Величина динамической составляющий возрастает с увеличением жесткости КНБК
скорости вращения долота, шага зубьев, твердости породы и уменьшается с ростом пластичности
породы и коэффициента скольжения долота.
Отношение динамической составляющей к статической может колебаться от величины, близкой к
единицы при разбуривании очень крепких пород с небольшой статической нагрузкой, но при высокой
скорости вращения, до величины, близкой к нулю при бурении пород с невысокой твердости с
повышенной
статической
нагрузкой
и
небольшой
скоростью
вращения.
При бурении скважин на нефть и газ динамическая нагрузка не превышает 20 -30% статической.

11.

Расчет осевой нагрузки
G =gхD
ос
Где:
g – удельная нагрузка на 1 см. диаметра долота
(кг/см)
D – диаметр долота (мм)
Значения удельных нагрузок:
Для категории пород- М, - g ÷ 200 кг/см³
Для категории пород- МС – g ÷ 200 – 400 кг/см³
Для категории пород- С – g ÷ 400 – 800 кг/см³

12.

Подача нагрузки на долото
Область
I
–
называется
областью
поверхностного разрушения или истирания.
Область
II
–
называется
усталостного разрушения.
областью
Область III – называется областью
эффективного или объёмного разрушения.

13.

Подача нагрузки на долото
Влияние осевой нагрузки.
При бурении скважин нагрузка на долото
осуществляется весом части бурильной колонны
(70 – 75% от веса УБТ) которая называется
статической нагрузкой. При вращении долота
возникает
и
динамическая
составляющую
нагрузки. Величина динамической нагрузки тем
больше, чем больше жесткость низа бурильной
колонны, чем выше скорость вращения долота.
Влияние осевой нагрузки на механическую
скорость проходки могут быть охарактеризована
графиком отражающим качественную сторону
процесса.

14.

Подача нагрузки на долото
Осевая нагрузка на долото должна обеспечивать эффективное
внедрение в разбуриваемую породу. Практически во всех
случаях величина осевой нагрузки пропорциональна или почти
пропорциональна твёрдости или прочности на сжатие горной
породы.
При бурении наклонно направленных скважин, скважин с
горизонтальным окончанием сложности при нагрузке на долото
начинаются при зенитных углах 50 - 55°
При бурении н/н скважин БК лежит на нижний стенке
скважины, а замки препятствуют прохождению шлама и имеют
большое трение с горной породой, очень сложно создать
необходимую нагрузку на долото и определить её.

15.

Подача нагрузки на долото
Из таблицы нагрузки на крюке в % от собственного веса бурильной колонны, уже при зенитном угле в
50º практически нечем создавать нагрузку на долото, а при 60º - инструмент не может продвигаться за
счет своего веса, т.е. силы трения и гравитации почти равны.
Зенитный
угол
Коэффициент трения сталь – горная порода
Коэф. трения
0.05
0,1
0.15
0,2
0,3
0.4
0,5
0.6
0.7
10
98
97
96
95
93
92
90
88
86
20
92
91
89
87
84
80
77
73
70
30
84
83
79
77
72
67
62
57
52
40
73
70
67
64
57
51
49
38
32
50
60
57
53
49
41
34
26
18
11
60
46
41
37
33
25
15
7
-
-
70
30
25
20
15
6
-
-
-
-
80
12
8
3
-
-
-
-
-
-

16.

Частота вращения
Механическую скорость проходки можно представить
как произведение величины углубления забоя за один
оборот долота на общее число оборотов в единицу
времени. Величина углубления за один оборот долота не
зависит не зависит от скорости вращения только в
области поверхностного разрушения.
С ростом скорости вращения сокращается длительность
контакта вооружения долота с породой и может оказаться
недостаточной для реализации подведенной энергии.
С ростом скорости вращения интенсифицируется износ
вооружения долота и, следовательно, уменьшается
контактное давление на породу.
Вследствие демпфирующего эффекта ранее выбуренных,
промывочной жидкости но не удаленных с забоя частиц
породы уменьшаются сила удара и коэффициент
динамичности.

17.

Расчёт частоты вращения долота
Расчёт вращения производим по рекомендуемой окружной
скорости
n = (60 х Vокр)/ (