Технологический режим роторного бурения

При роторном способе бурения основные режимные параметры - осевую нагрузку, частоту вращения долота, расход бурового раствора - можно изменять с пульта бурильщика, т.е. можно в определенных пределах одновременно повышать или понижать, фиксировать один из них на одном уровне и изменять уровни других. Это позволяет подбирать лучшие   сочетания параметров для конкретных условий бурения.

Осевая нагрузка устанавливается с учетом типа долота, механических свойств пород, других параметров режима бурения и определяется из расчета удельной нагрузки на 1 см диаметра долота, которую рекомендуется принимать при бурении очень мягких пород 500-1000 Н, мягких - 1000-2000, пород средней твердости - 2000-4000, плотных твердых пород -3000-6000 и твердых окремненных и кремнистых пород 9000-12000 Н.

Для приработки опор шарошечных долот в течение первых 5-10 мин необходимо работать при пониженной осевой нагрузке.

Следует иметь в виду, что механическая скорость проходки повышается с увеличением нагрузки на долото лишь до определенного предела. Чрезмерная нагрузка сопровождается уменьшением механическом скорости.

Частота вращения долота принимается равной 20 -300 об./мин, за рубежом практикуется 25-40 об./мин. Это связано с тем, что снижаются затраты энергии на холостое вращение колонны, увеличивается долговечность долот и бурильных труб, уменьшаются вибрации и вероятность поломок труб. Мягкие породы бурят при больших частотах вращения долота и небольшой осевой нагрузке. В твердых породах частота вращения уменьшается, а нагрузка на долото увеличивается.

Расход промывочной жидкости при роторном бурении определяют исходя из скорости выходящего потока, величина которой должна быть не менее 0,8-1,2 м/с. В мягких породах интенсивность шламообразования больше и поэтому значение скорости должно быть больше, чем при бурении твердых пород.

При турбинном бурении основной параметр, от которого зависят остальные, - количество прокачиваемой промывочной жидкости. Изменение подачи промывочной жидкости влечет за собой изменение частоты вращения снаряда и изменение нагрузки, которую можно приложить к долоту.

При постоянном расходе промывочной жидкости увеличение осевой нагрузки на долото вызывает автоматическое уменьшение частоты вращения вала турбобура.

Постепенно измененяя осевую нагрузку на долото, можно найти такую частоту вращения, при которой мощность и КПД турбобура, а также механическая скорость бурения достигают максимальной величины.

На практике частоту вращения принимают равной 250-800 об./мин (с редукторами 200-300 об./мин). На рис. 4.39 приведена принципиальная схема наиболее простого по конструктивному исполнению турбобура Т12МЗ.

Рис. 4.39. ТурбобурТ12МЗ:
1 — переводник; 2 — роторная гайка; 3 — кольца подпятников; 4 — стальные диски; 5 — разделяющие кольца; 6 — корпус статора; 7 — вращающийся ротор; 8 — корпус турбобура; 9 — стальная втулка; 10 — ниппель; 11 — нижняя опора; 12 — вал

Расход промывочной жидкости, обеспечивающий устойчивую работу турбобура, определяется его технической характеристикой. Количество промывочной жидкости, необходимое для очистки забоя от шлама, определяется по скорости восходящего потока, которая в зависимости от буримости породы принимается равной 0,8-1,5 м/с.

Основные особенности режима бурения винтовыми двигателями (принципиальная схема двигателя Д-85 и его рабочая характеристика показаны соответственно на рис. 4.40 и 4.41) связаны с их рабочими характеристиками, которые резко отличаются от характеристик турбобура. Относительно большой крутящий момент, низкая частота вращения и меньшая длина делают винтовой двигатель более предпочтительным при бурении высокоабразивных пород, при наборе зенитного угла наклонно направленных скважин.

Рис. 4.40. Забойный винтовой двигатель Д-85: 1 — корпус; 2 — ротор; 3 — статор; 4, 5 — оси статора и ротора

Рис.  4.41. Рабочая характеристика винтового забойного двигателя

Перспективен такой двигатель и для бурения пластичных пород, залегающих на большой глубине, вследствие меньшего перепада давления, чем в турбобуре.

С винтовым двигателем можно успешно использовать шарошечные долота с большим скольжением, долота ИСМ и алмазные. Одно из преимуществ бурения винтовым двигателем - возможность контроля отработки долота по изменению давления на стояке. По мере увеличения крутящего момента и изнашивания опор давление повышается.

Частота вращения электробура (схема установки для бурения электробуром показана на рис. 4.42) устанавливается на стадии проектирования режима бурения подбором типа электробура и числа редукторов.

Рис. 4.42. Схема установки для бурения электробуром:
1 — долото; 2 — электробур; 3 — кабель; 4 — бурильная труба; 5 — ротор; 6 — пульт управления; 7 — ведущая труба; 8 — токоприемник; 9 — наружный кабель; 10 — гибкий шланг; 11 — вертлюг; 12 — лебедка; 13 — распределительное устройство; 14 — регулятор подачи инструмента; 15 — трансформатор; 16 — станция управления электробуром

Опыт бурения подтвердил целесообразность использования одной или двух редукторных вставок, снижающих частоту вращения в 2- 4 раза. Осевая нагрузка, как крутящий момент, позволяет судить о состоянии долота, знать, что больше износилось - опора (момент и сила тока возрастают) или зубья (момент и сила тока снижаются при постоянной осевой нагрузке). Это позволяет лучше отработать долота и своевременно их поднимать.

Расход промывочной жидкости может устанавливаться независимо от других режимных параметров. Как и при роторном бурении, при бурении электробуром избыточное давление насосов может быть использовано в насадках гидромониторных долот.

Использование телеметрической системы измерения положения ствола скважины и контроля положения бурильной колонны и отклонителя позволяет успешно применять электробур при проводке наклонно направленных скважин и борьбе с их произвольным искривлением при частом чередовании по твердости наклонно залегающих пород.