Колонковое и керновое бурение - Процесс высокооборотного алмазного бурения

Процесс высокооборотного алмазного бурения

 

Основные принципы разработки технологии высокооборотного бурения определяются требованиями отраслевой методики.

Условия процесса алмазного бурения по критерию углубка

Углубказа оборот δ определяется исходя из категории пород по буримости, зернистости алмазов, соответствующих твердости пород, и ограничивается значениями, характеризующими заполирование и повышенный износ алмазов; граничные значения углубок приведены в таблице 22 При их расчете учитывалось следующее: выпуск алмазов из тела матрицы составляет для однослойных коронок не более 25% диаметров алмаза, для импрегнированных - 10%; число секторов у коронок - 4; для однослойных коронок значение углубки следует принимать, исходя из условия δrа / 4, для импрегнированных - расчетную. 

Таблица 22- Граничные условия нормального процесса алмазного бурения по критерию углубки на оборот коронки (по В. И. Васильеву и др., ВИТР)

Категория

 пород по буримости

Зернистость алмазов, шт./кар

Диаметр алмазов, мм

Углубка δ, мм/об

порог заполирования

Максимально допустимая

по расчету

по условию δ≤rа/ 4

VII - VIII

20 - 12
30 - 20

1,95
1,70

0,034
0,026

0,39
0,34

0,247
0,212

IX

50 - 30
60 - 40

1,50
1,35

0,015
0.015

0,33
0,29

0,187
0,168

X

120 - 90

1,05

0,017

0,09

0,130

XI

150 - 120

0,95

0,018

0,08

0,124

XII

400 - 120

0,86

0,020

0,07

0,107

 

Частота вращения выбирается как максимально возможная в данных условиях и ограничивается прочностью колонны бурильных труб, мощностными показателями привода станка, а также степенью трещиноватости горных пород. По найденным значениям углубки и частоты вращения определяется рекомендуемая механическая скорость бурения, которую необходимо поддерживать в течение рейса (при условии неизменной твердости горной породы).

Механическая скорость бурения поддерживается соответствующим изменением осевой нагрузки на коронку и расходом промывочной жидкости, подаваемой в скважину.

Оперативный контроль за ходом процесса ведется по изменению механической скорости бурения и мощности, затрачиваемой на бурение. Временной интервал контроля при этом не должен превышать 5 мин, так как в противоположном случае теряется связь между осевой нагрузкой и Vмех.

Послерейсовый контроль заключается в осмотре коронки, замере ее износа, определении степени отработки и пригодности ее к дальнейшей эксплуатации в соответствии с правилами рациональной системы отработки алмазных коронок. В случае недостаточного для заданных условий выпуска алмазов, коронка направляется на электрохимическую заточку (ЭХЗ).

Структура разработки режима и управления процессом бурения при использовании показателя «углубка за оборот коронки» показана на рисунок 81

clip_image259

Рисунок 81- Схема разработки и управления процессом высокооборотного алмазного бурения (ВИТР).

Особенности управления процессом бурения

При выборе параметров режима бурения и управления ими в процессе бурения необходимо учитывать некоторые особенности этого метода.

В таблице 23 приведен широкий диапазон значений углубок и выбрать те из них, которые соответствуют (но не превышают) нормативному износу коронок и расходу алмазов. Для этого рекомендуется использовать номограмму Рисунок 83, которая построена на основании производственных норм расхода алмазов. Практика показывает, что при бурении твердых горных пород нижний предел значений углубок должен быть не менее 0,02 мм/об, верхний - не более 0,10 - 0,12 мм/об.

clip_image261

Рисунок 82- Номограмма для определения нормативного ресурса коронки.

Q - общее содержание алмазов в коронке; q - производственная норма расхода алмазов; Н - нормативная наработка на коронку, м. Ход номограммы: q Q  →  Н.

 

В случае если выбранный (или имеющийся в наличии) тип породоразрушающего инструмента не имеет достаточного выпуска алмазов из тела матрицы и не в состоянии обеспечить достаточный межконтактный зазор и соответствующую механическую скорость, коронку следует подвергнуть электрохимической заточке. Это же относится и к коронкам, уже бывшим в употреблении

Выбор частоты вращения

При выборе и поддержании частоты вращения за максимально возможную в данных условиях (с учетом ограничений по прочности колонны и мощности привода) следует принимать ту, при которой сохраняются одинаковые темпы роста Vмех и n. Если это условие нарушается из-за недостаточной мощности привода, следует возвратиться на ближайшую частоту вращения, удовлетворяющую поставленному условию. Проверку соответствия nи Vмехусловию обеспечения роста сменной производительности с учетом глубины скважины, длины колонкового снаряда и времени спускоподъемных операций рекомендуется проводить по номограмме Рисунок 83 Порядок работы с номограммой заключается в определении для конкретных условий отношения длины колонковой трубы и времени одной спускоподъемной операции и нахождения затем по номограмме Vмехпри котором обеспечивается прирост сменной производительности Псм.

clip_image263

Рисунок83-. Номограмма определения оптимальной сменной производительности.

Ход номограммы: lкr→Vмех→Псм..

Пример: при глубине скважины L=1000 м и длине колонковой трубы  lк= 3 м отношение lк/Тr 3,0/2,3=1,3. Этому значению соответствует прирост Псм при увеличении Vмех до 4 м/ч. Дальнейший рост Vмех практически не изменяет Псм. Следовательно, применять значения Vмех свыше 4 м/ч нецелесообразно.

 

Выбранная частота вращения должна обеспечивать стабильный характер работы колонны бурильных труб (без сильных вибраций). Критерием стабильной работы может служить амплитуда колебаний расхода мощности на диаграммах ваттметров-самописцев любого типа: при размахе колебаний амплитуды, не превышающих 2 кВт от общего уровня затрат мощности, обеспечиваются наилучшие показатели бурения.

Определение начальной осевой нагрузки на коронку

Оптимальная углубка поддерживается в течение рейса изменением осевой нагрузки на коронку. Для определения начальной нагрузки и диапазона ее возможного изменения с учетом прочностных свойств алмазов и допустимых нагрузок на колонну труб следует придерживаться загрузочных характеристик коронок в соответствии с рекомендациями.

Для облегчения работы бурильщика рекомендуется номограмма Рисунок 84 для определения допустимых нагрузок на коронку (правая часть номограммы) или на торцевой алмаз (левая часть). На номограмме показана область оптимальных нагрузок с учетом границ заполирования и повышенного износа алмазов. Суммарное значение осевой нагрузки для однослойных коронок определяется непосредственно из номограммы, для импрегнированных коронок результат делится на

clip_image265

Рисунок 84 Номограмма определения допустимых осевых нагрузок на коронку при поддержании постоянной углубки

Ход номограммы:   Кz Рмах →  РminZmFH..

При определении режима приработки новой коронки или заточенной ЭХЗ рекомендуется учитывать, что первоначально работает около 20% торцевых алмазов, а по мере приработки коронки чисто их достигает 75 - 80%. Исходя из этого, начальную осевую нагрузку приработки можно находить расчетным способом.

Для однослойных коронок: Рна = 0,65mzFH (0,2 - 0,8) даН, где m - масса алмазов в коронке, кар; z - зернистость алмазов, шт./кар; FH - рекомендуемая минимальная нагрузка на алмаз (4 - 5 даН).

Для импрегнированных коронок: Рни - (0,2—0,8)Аcρ, где Аc - площадь торца коронки, см2, р = 30 - 50 даН/см2 - рекомендуемая минимальная нагрузка на единицу рабочей площади торца коронки.

Расход промывочной жидкости

Расход очистного агента устанавливается в зависимости от частоты вращения бурового снаряда и гидравлической характеристики алмазной коронки. При этом рекомендуется использовать разработанную номограмму определения расхода промывочной жидкости на 1 канал коронки в зависимости от линейной скорости ее вращения, отношения длины и ширины канала и проходною сечения канала по торцу коронки Рисунок 85

При работе с номограммой необходимо учитывать следующее ограничение расход жидкости на 1 канал не должен быть выше 11-14 л/мин из-за возникающего гидравлического подпора и усиливающегося угнетающего действия потока на продукты износа на забое скважины.

clip_image267

Рисунок 85- Номограмма для определения расхода промывочной жидкости на один канал коронки в зависимости от линейной скорости вращения

Vл, отношения длины и ширины канала ln/lк и проходного сечения канала по торцу коронки Р. Ход номограммы: ln/lкVлVп; SVпQ.

При подклинивании керна в колонковом наборе следует провести его ликвидацию и, если это удастся, продолжить бурение, поддерживая δопт; в противном случае рейс надо прекратить.

При склонности коронки к заполированию необходимо проводить ее заточку, переходя на пониженные значения расхода промывочной жидкости, добиваясь возвращения к δопт, при невозможности предотвратить заполирование рейс прекратить, а коронку отправить на ЭХЗ.