Колонковое и керновое бурение - Расчет параметров режимов бурения.

Расчет  параметров  режимов  бурения.

 

Режим  алмазного бурения  определяется  тремя параметрами: частотой вращения коронки, осевой нагрузкой на коронку, расходом промывочной жидкости.

Частота вращения бурового снаряда.При выборе частоты вращения следует учитывать, что в твёрдых породах при увеличении частоты вращения коронки механическая скорость растёт при неизменном расходе алмазов.

 При выборе максимально возможной частоты вращения необходимо учитывать:

Ø  физико-механические свойства горных пород,

Ø  глубину и диаметр скважины,

Ø  качество изготовления и степень износа бурильной колонны,

Ø  тип и конструкцию бурильной колонны,

Ø  тип коронки,

Ø  расход промывочной жидкости,

Ø  предельно допустимый расход алмазов,

Ø  возможность обеспечения кондиционного выхода керна,

Ø  возможность снижения вибрации бурового снаряда.

Физико-механические свойства горных пород.

В породах хрупких и упругохрупких (кристаллические, изверженные, метаморфические 1-3 групп по твёрдости) бурение ведётся при максимальной частоте вращения бурового снаряда. При бурении пород пластичного и хрупкопластичного разрушения (аргиллиты, глинистые и песчанно-глинистые сланцы и другие породы, шламкоторых способен спрессовываться в плотную массу и налипать на коронку) бурить следует на низких оборотах вращения.

Частоту вращения бурового снаряда рекомендуется снижать:

Ø     в весьма твёрдых кварцевых ожелезнённых породах (джеспилиты, роговики, яшмы);

Ø     в сильнотрещиноватых, раздробленных породах;

Ø     при бурении неоднородных пород, состоящих из слоёв пород,  значительно различающихся по твёрдости;

Ø     в мягких породах с твёрдыми включениями;

Ø     в абразивных породах (с целью уменьшения износа коронок);

Ø     при бурении пород, трудно поддающихся кернообразованию.

Глубина и диаметр скважины.

С увеличением глубины скважины и её диаметра резко уменьшается жесткость бурильной колонны, возрастают силы трения её о стенки скважины, растёт расход мощности на вращение колонны бурильных труб. Эти обстоятельства при использовании буровых труб, не соответствующих диаметру скважины или сильно изношенных по телу, ограничевают частоту вращения до определённых пределов, обуславливают её снижение, если бурение не сопровождается использованием антивибрационных смазок.

Качество изготовления и степень износа бурильной колонны.

Прочность бурильной колонны и степень её обуславливают необходимость дифференцированного подбора параметров: при использовании бурильных труб первого класса по износу частота вращения бурового снаряда увеличивается до максимально допустимых пределов; при применении бурильных труб второго класса по износу частота вращения должна снижаться на 20-30% по сравнению со значениями параметров, рассчитанными для бурильных труб 1 класса годности.

 

Тип и конструкция бурильной колонны.

 При алмазном бурении рекомендуется применять бурильные колонны, имеющие: гладкую наружную поверхность; минимальный зазор колонна – скважина, не превышающий 0,88 – 0,93; геометрическую точность, обеспечивающую использование прямолинейных (с малой кривизной) бурильных и колонковых труб. Бурильные колонны, предназначенные для бурения скважин комплексами ССК (снаряд со съёмным керноприёмником), а также колонны ниппельного соединения (СБТН, ЛБТН) обеспечивают использование высоких частот вращения бурового снаряда.

Тип коронки (расположение и качество алмазов в матрице).

Выбор частоты вращения дифференцирован для однослойных и импрегнированных коронок. Последние менее восприимчивы к ударным нагрузкам, поэтому для них допустимы высокие частоты вращения. Однослойные коронки более подвержены ударным нагрузкам, поэтому для них свойственны пониженные частоты вращения.

Расход промывочной жидкости.

 При увеличении частоты вращения бурового снаряда повышается механическая скорость бурения, возрастает количество продуктов разрушения горных пород на забое скважины. Для обеспечения эффективной работы коронки при высоких частотах вращения следует увеличивать подачу промывочной жидкости на забой скважины, так как при недостаточной её подаче могут возникнуть благоприятные условия для зашламования коронки, что требует снижения частоты вращения.

Расход алмазов.

 С увеличением частоты вращения инструмента возрастает удельный расход алмазов при бурении сильно абразивных , трещиноватых и перемежающихся по твердости горных пород. Обеспечение нормативного расхода алмазов ограничивает применение высоких частот вращения бурового снаряда.

Выход керна.

При бурении монолитных, слаботрещиноватых, в высшей степени твёрдых, очень твёрдых, твёрдых, средней твёрдости горных пород высокие частоты вращения не оказывают отрицательного влияния на обеспечение кондиционного выхода керна. При бурении трещиноватых, сильнотрещиноватых, очень трещиноватых пород не рекомендуются высокие частоты вращения во избежание самозаклинивания керна и уменьшения линейного отбора образцов.

Вибрации бурового снаряда.

  При работе на высоких частотах вращения возникают вибрации бурильной колонны, вызывающие интенсивное разрушение и заклинивание керна, повышенный износ алмазов, отрыв и поломки секторов матрицы выкрашивание из неё алмазов, снижение технико-экономических показателей и уменьшение выхода керна. На практике этот фактор определяющий при выборе частоты вращения бурового снаряда и решающий при регулировании параметров режима бурения.

Осевая  нагрузка  на  коронку.

При выборе осевой нагрузки рекомендуется учитывать геологические, технические и технологические факторы.

Геологические факторы.

При бурении монолитных пород 8-12 категории по буримости следует принимать во внимание, что малые удельные нагрузки приводят к заполированию алмазов и прекращению углубки скважины, а чрезмерно большие вызывают интенсивное разрушение алмазов и преждевременный износ коронки. При бурении в трещиноватых перемежающихся и слоистых породах, особенно если угол встречи их с направлением скважины меньше 90 градусов, необходимо снижать осевую нагрузку, так как большие величины нагрузки будут приводить к возникновению ударных нагрузок, скалыванию алмазов и разрушению матрицы коронки. Аналогичное требование и при бурении горных пород, имеющих крупнозернистую структуру, крупные включения твердых минералов в более мягкой основной массе. В общем случае влияние геологических факторов можно сформулировать так: осевые нагрузки увеличиваются с повышением твердостигорных пород и уменьшаются при снижении их твердости.

Технические факторы.

К ним относятся тип и конструкция коронки: величина качество алмазов, насыщенность алмазами, величина выпуска из матрицы, степень затупления алмазов и др. Так, при использовании однослойных коронок осевая нагрузка постепенно увеличивается с затуплением объёмных алмазов и достигает максимума к концу отработки коронки. Применение импрегнированных коронок позволяет поддерживать осевую нагрузку по мере отработки коронки постоянной, так как на торце коронки постепенно обнажаются новые алмазы и режущая способность инструмента восстанавливается. Коронки, армированные более мелкими алмазами, требуют меньшей осевой нагрузки при бурении одной и той же горной породы, чем инструмент с крупными алмазами. Породоразрушающий инструмент с алмазами, имеющими заданную величину выпуска, всегда будет иметь большую насыщенность, чем коронки, армированные алмазами без заданной величины выпуска. Высокая насыщенность алмазами обуславливает необходимость создания повышенной осевой нагрузки на коронку. Коронки с развитой промывочной системой позволяют эффективно бурить горную породу при больших значениях осевых нагрузок без возникновения явления загрязнения скважины. Инструмент с обычной промывочной системой не может эффективно разрушать породу при высоких осевых нагрузках. Полированные алмазы и алмазы 15 группы (целые кристаллы с незначительным и небольшим искажением и другие) могут выдержать высокие осевые нагрузки, применение которых не рекомендуется, так как ведёт к увеличению расхода алмазов, что способствует изменению пространственного положения скважины и приводит к более или менее сложным авариям.