Параметры режима и показатели работы долот

1. Параметры режима и показатели работы долот

Доля мощности, расходуемой непосредственно на
разрушение горных пород составляет 2–15 %, а
физический КПД (расход энергии на образование
новой свободной поверхности частиц шлама) около
0,01 %.
Основные потери мощности на забое:
• преодоление сил сопротивления в опорах
шарошечного долота
• измельчение выбуренных частиц породы
• рассеивание энергии в виде упругих колебаний
в массиве горных пород
• вибрационные процессы в БК и выделение
тепловой энергии

2.

Под режимом бурения
понимается определенное
сочетание факторов, влияющих
на показатели бурения.
Факторы называют параметрами
режима бурения. (по Федорову
В.С.).

3.

Параметры режима работы долот:
осевая нагрузка на долото Рд, кН;
частота вращения долота (или ротора)
n, мин-1;
количество (расход)
циркулирующего бурового раствора,
Q, м3/с (л/с)

4. осевая нагрузка на долото G определяется : G = giD, где gi – интенсивность осевой нагрузки , кН на 1 мм. диаметра D долота. gi

Осевая нагрузка на долото
осевая нагрузка на долото G определяется :
G = giD,
где gi – интенсивность осевой нагрузки , кН
на 1 мм. диаметра D долота.
gi меняется в пределах от 0,5-1,5 кН/мм.

5. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

В зависимости от частоты вращения различают 3
режима бурения:
1)
низкооборотное (роторное) бурение
nA ≤ 90 об/мин
2)
среднеоборотное бурение:
-90 < nA < 250 об/мин
250
< nA < 450 об/мин
Реализуется при вращении долот объемными
забойными
двигателями и редукторными
турбобурами и электробурами.
3)
высокооборотное бурение
n ≥450 об/мин
Реализуется при бурении с безредукторными
турбобурами и электробурами.

6. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Расход бурового раствора
Выбирается с учетом следующих условий:
А) условие очистки забоя, Q
Q = gудF , где
gуд - удельный расход бурового раствора
м3/(с*м2), или м/с
F – площадь забоя скважины. F = 0,785 D2
где D диаметр долота
gуд = 0,57-0,65м/с

7. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Б) условие подъема шлама в кольцевом зазоре между
бурильными трубами и стенкой скважины
Q2 = UFк , где
U - необходимая скорость восходящего потока жидкости,
м/с
F – площадь кольцевого зазора,
Fк = 0,785 (D2-d2), d - диаметр бурильной трубы
В) условия обеспечения работы гидравлического забойного
двигателя.
Мд – крутящий момент, необходимый для вращения долота,
К3 – параметр забойного двигателя.
Из полученных 3 расходов выбирают мах.
Q3
МД
К3

8. Технологические показатели работы долота.

Проходка на долото (Н), определяется длиной
ствола скважины, пробуренного долотом до
полного
износа.
Характеризует
производительность долота.
Стойкость
или
долговечность
долота
определяется
временем
механического
бурения долотом до его полного износа. Т
(час)
Средняя механическая скорость проходки
Vм = H/ T
Рейсовая скоростьVр= H/T+Tспо+Tвспом
Себестоимость C, руб/м проходки по затратам,
зависящим от времени
С=(Су(Т+Тсп+Тс)+Сд)/Н

9. ВЛИЯНИЕ РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДОЛОТА

Vм
Мягкие породы
Средней
твердости
Твердые породы
Крепкие породы
Ро

10. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Зависимость механической скорости бурения м/ч
от удельного давления Р0 на контакте между
рабочим
элементом
породоразрушающего
инструмента и ГП на забое скважины для хрупких или
упругопластичных пород.
.

11. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Зона I (участок ОА) – контактное давление ниже
предела усталости ГП. Разрушение породы в виде
поверхностного износа вследствие трения. Скорость
проходки прямо пропорциональна контактному
давлению.
В точке А контактное давление достигает предела
усталости.
Предел усталости рА – наименьшее контактное
давление, при котором многократное приложение
нагрузки вызывает развитие трещин в породе,
приводящее к объемному разрушению. Предел
усталости ГП в 20–30 раз ниже показателя ее
твердости.

12. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Зона II (участок АВ) – контактное давление
Предел выносливости - наибольшее напряжение, при
превышает предел усталости, но остается ниже
уровня, соответствующего твердости ГП в забойных
условиях рВ. Появление трещин, сколов после
многократного воздействия нагрузки. По мере
увеличения контактного давления интенсивность
развития трещин и глубина их проникновения
растут, а требуемое количество циклов нагружения
снижается. Идет местное, локальное разрушение.
котором материал не разрушается при любом
количестве циклов нагружения.

13. РЕЖИМ БУРЕНИЯ

Зона III (участок ВС) – контактное давление
превосходит твердость ГП в забойных условиях.
Объемное разрушение ГП происходит при единичном
акте нагружения.
На величину оптимальной нагрузки для конкретной
пары «долото–ГП» оказывает влияние степень
очистки забоя от шлама, конфигурация забоя
скважины, высота зуба и т.д. С улучшением очистки
забоя от шлама (кривая ВС2) оптимальный уровень
нагрузки повышается по сравнению с кривой ВС1.

14. Частота вращения долота

Vм = n,
где – проходка
ствола скважины за
один оборот
инструмента;
n – частота
вращения, об/мин.
1 - долота
безопорные
2 - опорные

15. Частота вращения долота

У долот опорных
продолжительность
взаимодействия рабочего
органа с забоем снижается с
ростом частоты вращения.
В хрупких породах деформация происходит за
несколько миллисекунд. При повышении частоты
вращения наступает момент, когда
продолжительность взаимодействия рабочего
органа с породой начинает влиять на проходку за
один оборот.
В абразивных породах n=40–50 об/мин, для
алмазного бурения - 400 об/мин и выше.

16. Влияние расхода бурового раствора на Vм

м
Qg
Qmax Q

17.

Долота безопорные
Ресурс ограничен износом матрицы и
вооружения
1 - Стандартное долото РDС, 1991-1996 г.г.
(14 рейсов)
2 - Долото РDС противовихревой
конструкции, 1993-1995 г.г. (42 рейса)
3 - Долото РDС новой конструкции
(оптимизированный профиль и гидравлика
Switchblade), 1993-1995 г.г. (20 рейсов, ресурс
не выработан)

18.

На сегодняшний день пользуются типовой
методикой ВНИИБТ при сопоставлении новых и
применяемых (базовых) вариантов долот и
режимов их работы.
При принятии решения проводятся параллельные
испытания вариантов, сравнение по критерию С
→ min, далее оценка статистической значимости
различия вариантов одним из вариантов
статистики.
Чаще применяются статистический метод
сравнения средних арифметических значений
сопоставляемых вариационных рядов с
использованием t – критерия Стьюдента.