Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Диаграмма бурения. Основные параметры диаграммы бурения.

Диаграмма бурения - это график зависимости проходки долота за один оборот от удельной (приведенной к единице диаметра долота) осевой нагрузки. Выше отмечалось, что такая зависимость обладает критериальными свойствами. Метод анализа процесса бурения с использованием диаграммы бурения впервые разработан Бингхэмом М.Г.

Результаты стендового бурения, заимствованные из работы [140]. Информативность графических изображений зависимостей v_м(G), полученных при разных n, невысока. Создается чисто зрительное впечатление, что бурение при n = 940 мин^-1более эффективно только потому, что при этом достигаются самые высокие v_м.

На рис. 7.3.3 те же результаты представлены в координатах d(g). Видно, что эффективность разрушения с увеличением n существенно уменьшается (вывод, как видно, противоположен предыдущему), переход с одного режима разрушения на другой выражен более определенно.

При турбинном бурении зависимость v_м(G), если к ней не прилагается зависимость n(G), практически не пригодна для анализа и использования с целью совершенствования процесса бурения. Но если первую разделить на вторую и получить, заменив попутно G на удельную осевую нагрузку на долото g, зависимость d(g), то появляется возможность для серьезных обобщений. На рис. 2.1.3 показаны зависимости n(g) и d(g), полученные П.Ф. Осиповым при турбинном бурении скв. 70-Кудиновская. Скорость вращения измерялась гидравлическим турботахометром. Если зависимости v_м(g), как известно, при турбинном бурении имеет явно выраженный максимум (на рисунке они не показаны), то зависимости d(g) представляют собой прямые (почти без разброса опытных точек), исходящие из начала координат, что является признаком того, что режим разрушения при этом был поверхностным на всем диапазоне изменения g.

Рис. 7.3.3. Диаграмма бурения мрамора на стенде в атмосферных условиях долотом 1В-140 Т (1В6аТ) с промывкой водой (обработка опытов Ю.Ф. Потапова и В.В. Симонова).

Приведенные на рис. 7.3.4 результаты промысловых исследований согласуются с результатами аналогичных исследований, выполненных М.Т. Гусманом и А.И. Агеевым [34]. Они установили, что при бурении однородных пород зависимость d(g) не зависит от числа секций в турбобуре. Оказалось, что первичные зависимости v_м(g) и n(g), относящиеся к турбобурам с различным числом секций, отличаются весьма существенно и характеризуются большим разбросом точек, но при этом зависимости d(g) образуют одну общую прямолинейную зависимость, исходящую из начала координат. Последнее свидетельствует о поверхностном режиме разрушения и о том, что при турбинном бурении в однородных породах одной и той же зависимости d(g) может соответствовать бесчисленное множество первичных зависимостей v_м(g) и n(g), связанных с изменением числа секций, изменением расхода бурового раствора, с износом узлов турбобура и т. п.

Приведенных примеров достаточно для доказательства явных преимуществ, которые предоставляются исследователю использование d вместо v_м.

Бингхэм М.Г., доказав критериальный характер зависимости d(g), развил метод анализа указанной зависимости при бурении шарошечными долотами, по существу, до теории буримости.

Основные выводы Бингхэма М.Г. свелись к следующему:

1. Применение зависимости d(g) позволяет систематизировать множество частных зависимостей v_м(g,n), полученных в различных геолого-технических условиях.

2. Для каждого типа вооружения долота существует верхнее предельное положение графика зависимости d(g), соответствующее бурению в атмосферных условиях с промывкой водой или продувкой газом. Графики зависимости v_м(g), полученные при разных n таким свойством не обладают.

Рис. 7.3.4. Диаграммы турбинного бурения (скв.70 - Кудиновская, задонско-елецкий горизонт):

А - интервал бурения 2142 - 2150 м;

Б - интервал бурения 2086 - 2096 м

3. Существование верхнего предельного положения зависимости d(g) придают ей характер диаграммы, когда об особенностях конкретно протекающего процесса судят по тому, как они располагаются на диаграмме бурения.

4. При совершенной очистке забоя зависимость d(g) можно аппроксимировать двумя прямыми, одна из которых исходит из начала координат или из точки близко к нему расположенной, а продолжение второй, которую Бингхэм называет “рабочей” линией, отсекает от оси g положительный отрезок 0g_o, являющийся (при бурении новым долотом) эквивалентом прочности породы (в дальнейшем при обозначении отрезка 0g_o ограничимся величиной g_o). Использованию приема замены кривой двумя прямыми он придает настолько важное значение, что свою теорию даже назвал “методом линейной аппроксимации”.

5. При “несовершенной” очистке забоя опытные точки образуют линии, отклоняющиеся вниз от второй из упомянутых прямых.

6. Каждое долото может быть оценено “коэффициентом эффективности” m_эф, который подсчитывается на основании углового коэффициента рабочей линии K_v при бурении долотом без износа с промывкой водой в атмосферных условиях и величины g_o:

m_эф = K_v g_o^0,5,
причем m_эф не зависит от износа вооружения долота.

7. Величины углового коэффициента рабочей линии K_v (отношение Dd к Dg) и g_o зависят от типа вооружения долота, типа бурового раствора, величины давления на забой, интенсивности промывки и скорости вращения долота.

8. При изменении скорости вращения долота n или замене долота на долото с другим скольжением зубьев (смене типа вооружения) изменяются величины угловых коэффициентов прямых, но величина g_o остается неизменной.

9. По мере уменьшения высоты зубьев долота в результате их износа возрастает величина g_о и уменьшаются угловые коэффициенты прямых.

Отношение угловых коэффициентов рабочей линии и начальной, по мнению М.Г. Бингхэма, всегда равно 2.

Если соединить основные результаты изложенных ранее исследований (В.С. Федорова, В.В. Симонова и др.) с основными положениями теории буримости Бингхэма М.Г., то появится возможность построить контуры искомой диаграммы бурения, действительно отражающей основные закономерности процесса бурения пород шарошечным долотом. На рис. 7.3.4 показана такая диаграмма. Видно, что общий вид зависимости d(g), полученной в забойных условиях, представлен теми же элементами, что и аналогичная зависимость, полученная при бурении в атмосферных условиях. Отличаются они только тем, что вторая линия располагается ниже первой. На той и другой зависимости выделяются:

Рис. 7.3.4. Общий вид диаграммы бурения: 1 - бурение в атмосферных условиях; 2 - бурение в забойных условиях.

- линии поверхностного разрушения (прямые 0a и 0a^*), которые обозначим абревиатурой ЛПР (по Бингхэму - это вторичная рабочая линия);

- линии объемного разрушения (прямые ab и a^*b^*), которые в дальнейшем будем называть ЛОР (по Бингхэму - это рабочая линия);

- удельная осевая нагрузка на долото g_s, соответствующая переходу от поверхностного режима разрушения к объемному; она в дальнейшем изложении будет называться критической удельной осевой нагрузкой;

- удельная осевая нагрузка g_v, соответствующая началу отклонения опытной линии от идеальной ЛОР; линии при g > g_v в дальнейшем будут называться (без указания причин такого отклонения) “линиями замедления” (ЛЗ), поскольку на этой линии происходит явное замедление прироста d;

- удельная осевая нагрузка g_м, соответствующая максимуму d_м;

- мера реальной прочности породы - отрезок 0g_o, отсекаемый от оси удельной осевой нагрузки продолжением ЛОР; в дальнейшем вместо 0g_o будем указывать только g_o;

- угловой коэффициент ЛПР K_s (отношение d /g) как мера эффективности бурения в режиме поверхностного разрушения забоя;

- угловой коэффициент ЛОР K_v(отношение d /(g-g_o)) как мера эффективности бурения в режиме объемного разрушения забоя.

Если нанести на один график все возможные зависимости d(g), полученные в данных условиях разными типами долот при различных скоростях вращения (в том числе при n > n_кр), то самое верхнее положение займет М-диаграмма, ниже нее расположатся в порядке уменьшения смещения осей (от типа МС до типа ОК) предельные Д-диаграммы, а ниже соответствующих предельных - простые диаграммы (зависимости), полученные при n > n_кр. Из всех диаграмм только параметры М-диаграммы являются характеристикой разбуриваемой породы и условий бурения. Поскольку относительное расположение предельных Д-диаграмм по отношению к М-диаграмме не зависит от условий бурения (предполагается, что отсутствуют искажающие факторы, какими являются, например, резонансные колебания в бурильной колонне, нессответствие изготовления и сборки конкретного долота техническим условиям, осложнения в скважине), то создается благоприятная ситуация, когда для прогнозирования положения любых диаграмм (как предельных, так и обычных) достаточно знать информацию о М-диаграмме. Именно это обстоятельство является первым и наиболее важным аргументом в пользу утверждения, что диаграмму бурения можно считать методической основой для разработки модели бурения шарошечным долотом.

М-диаграммы (или МЗ-диаграммы), таким образом, наиболее ценны, они являются информационной базой для прогнозирования положения других (для других типов долот или при n > n_кр) зависимостей d(g), что необходимо для моделирования вариантов долблений. Однако опытное получение их не всегда возможно по той причине, что долота типа М применяются в глубоком бурении не так часто, как, например, долота типа С или СЗ. Делать же специальные информационные долбления ради опытного получения М-диаграмм потребует дополнительных затрат, поскольку бурение долотом типа М окажется заведомо неэффективным. Проблема будет решена, если будет разработана методика расчетного прогнозирования М-диаграмм на основе полученных опытным путем Д-диаграмм. При наличии такой методики вопрос выбора типа долота для создания базы данных становится уже только вопросом предварительной договоренности. В практическом отношении, по мнению автора, целесообразно создавать базу данных на основе Д(СЗ)-диаграмм. Это, с одной стороны, повысит точность диаграмм для наиболее популярного типа долота СЗ (заодно и ближайших “соседних” не менее распространенных типов МС, МСЗ, Т и ТЗ), а с другой, - облегчит пополнение базы данных новой информацией.

Для завершения доказательства способности метода анализа диаграммы бурения стать основой моделирования процесса бурения и отработки шарошечного долота достаточно обнаружить, что влияния параметров режима бурения и износа вооружения долота на процесс разрушения забоя, отражаемые изменением параметров диаграммы бурения, подчиняются одним и тем же законам и их проявление не зависят от условий бурения. Об этом - следующий подраздел.

65.Требования, предъявляемые к математической модели отработки шарошечного долота

1,3

1. Описание раздела по буримости.

Интервалы бурения	G₀	Ks	Kv	Nкр
От	До

2. Констр. Скв

- диаметры долот по интерв бурения

- rб.р. и реол пар-ры по интерв бурения

- состав БК по интервалам бурения

- градиент Рпл по интерв бурения

Мат. Модель – набор вычислений, алгоритмов описывающих основные закономерности процессов происходящих в скважине.

Процесс отработки долота делится на отдельные временные отрезки DT_i внутри которого износ не влияет на результат бурения, но после истечения DT_i начисляются все виды износа долота.

66. Диаграмма бурения как методологическая основа моделирования бурения. Понятие о приведенном угловом коэффициенте.

1,3

Диаграмма бурения - это график зависимости проходки долота за один оборот d от удельной (приведенной к единице диаметра долота) осевой нагрузки g. Выше отмечалось, что такая зависимость обладает критериальными свойствами. Метод анализа процесса бурения с использованием диаграммы бурения впервые разработан Бингхэмом М.Г. [141].

10. Величины углового коэффициента рабочей линии K_v (отношение Dd к Dg) и g_o зависят от типа вооружения долота, типа бурового раствора, величины давления на забой, интенсивности промывки и скорости вращения долота.

Основные выводы Бингхэма М.Г. свелись к следующему:

11. Применение зависимости d(g) позволяет систематизировать множество частных зависимостей v_м(g,n), полученных в различных геолого-технических условиях.

12. Для каждого типа вооружения долота существует верхнее предельное положение графика зависимости d(g), соответствующее бурению в атмосферных условиях с промывкой водой или продувкой газом. Графики зависимости v_м(g), полученные при разных n таким свойством не обладают.

67. Методика проведения тест-бурения путем ступенчатого изменения нагрузки на долото с целью получения диаграммы бурения.

1,3

68. Получение диаграмм роторного бурения методом “выработки забоя”.

Выходим на нагрузку, фиксируем обороты.. станция фиксирует всё СГТИ во время нормального бурения фиксируем подачу всё не подаём более, а долото себе вращается вырабатывает забой углубляется, но снаружи мы не подаём инструмент за счёт упругости самого инструмента, а ведь это длинный инструмент, нагрузку сбросил на 5 тонн колонна удлинилась….и в итоге мы получаем 1 рисунок…. удельная нагрузка ….рисует точки …зависимость получена опытным путём…. 10-12-15 минут … ушло не2, не3 часа. Зная закон Гука. Фиксируем изменение нагрузки по мере разгрузки получаю 2 зависимость если хочу получить опытным путём – совпадает с расчётами. Состав пород и глубину колонны – более ничего не надо.

69. Использование метода “выработки забоя” при турбинном бурении.

70. Понятие о критической скорости вращения долота и методика ее определения.

1,3

71. Сочетание параметров, количественно описывающее буримость породы.

1,3

72. Влияние типо-размера долота на диаграмму бурения.

1,3

Рис. 2.2.10. Диаграмма бурения (скв. 31-Восточная Возейю; интервал 1506-1719 м; n = 90 мин ^-1): 1 - долото 295,3 СЗ-ГНУ R23, интервал 1655-
1660 м; 2 - долото 295,3 М-ГВ, интервал 1590-1594 м.

На рис. 2.2.10 приведена диаграмма, полученная в интервале бурения, сложенном весьма однородными породами, которая отражает влияние типа вооружения на диаграмму бурения. Видно, что влияние схоже с влиянием n: при переходе с долота тип М на долото типа СЗ уменьшились угловые коэффициенты ЛПР и ЛОР, но величина g_o при этом осталась неизменной. Видно, что изменение типа вооружения долота не влияет на g_s.

Аналогичные результаты были получены Лебединской Е.Н. [87] по результатам бурения 55 скважин в Белоруссии.

На рис. 2.2.11 показана диаграмма бурения, построенная после обработки результатов опытного бурения на стенде, содержащихся в работе [20]. Оказалось, что величины K_vпри постепенном переходе от типа М к типу вооружения К (а именно: М, МС, С(СЗ), СТ, Т, ТКЗ, К) соотносятся как 1: 0,89: 0,75: 0,64: 0,49: 0,41: 0,32.

Отношение K_v на рис. 2.2.10 составляет 1: 0,78, что весьма близко к результатам стендовых опытов (1: 0,75; рис. 2.2.11).

73. Влияние скорости вращения долота на диаграмму бурения.

1,3

6.3.1. Влияние скорости вращения на ДБ.

Узловыми вопросами влияния n на диаграмму являются:

- влияние n на g_o, K_v, K_s;

- зависимость отношений угловых коэффициентов K_vи K_sот скорости вращения долота.

Изменение n не влияет на g_o, если опыт не искажен влиянием износа долота.

Бингхэм М.Г. [141] считает, что отношение m = K_v/ K_sвсегда равно 2. Но такое утверждение, как показывает анализ (с учетом того, что g_o = const), означает, что при изменении n значение g_s должно оставаться всегда постоянным (рис. 2.2.1). Последнее не согласуется с опытными данными: при поверхностном разрушении (ЛПР) влияние n на d проявляется существенно меньше, чем при объемном разрушении (ЛОР), а потому с увеличением скорости вращения долота величина g_s должна возрастать, что и наблюдается в опытах.

Итак, можно сформулировать предварительные выводы:

1. Отношение m = K_v / K_s, по утверждению М.Г. Бингхэма, всегда равно 2, однако, как показывают опыты, m с увеличением скорости вращения долота имеет тенденцию к уменьшению, если n > n_кр. (Далее будет показано, что m_пр равно не 2, как считает Бингхэм, а 2,3).

2. Если опытным путем получена диаграмма бурения для некоторого n₁, определены для нее оба угловых коэффициента (K_s1и K_v1), то по фактической величине m₁ можно судить о том, насколько данная диаграмма “далека” от предельной, при которой m = 2,3.

Опытное бурение блоков известняка шарошечными долотами диаметром 140 мм провели А.В. Зубарев и др. [52]. На рис. 2.2.3 приведена диаграмма бурения, полученная в результате обработки указанных опытов. Видно, что полученная диаграмма подтверждает изложенные ранее выводы. Оказалось, что точки, соответствующие n = 67, 128 и 346 мин^-1 располагаются достаточно близко друг от друга, но при промежуточном значении n = 238 мин^-1наблюдается устойчивое уменьшение K_vи K_s, что прослеживается и на рис. 2.1.2. По-видимому, увеличение K_vи K_s при n =346 мин^-1 объясняется воздействием динамической составляющей нагрузки (но при отсутствии резонансных колебаний) и проявляется исключительно при бурении на стенде в атмосферных условиях.

Результаты стендового бурения (с имитацией и без имитации “забойных” условий), как известно, обладают наибольшей достоверностью в силу контролируемой однородности пород и высокой точности измерения параметров режима бурения. Несколько меньшую достоверность имеют результаты промышленного бурения, особенно в глубоких скважинах. М.Г Абрамсон и др. [2, 3] провели цикл исследований в реальных условиях бурения взрывных скважин в карьере месторождения лезниковского гранита. Опытное бурение отличалось достаточно высокой однородностью пород и осуществлялось практически в атмосферных условиях с промывкой скважин водой. Каждая опытная точка представляла результат одного рейса. Результаты исследований были подвергнуты переработке с целью построения диаграмм бурения. Удалось построить 5 диаграмм бурения различными типоразмерами долот. В табл. 2.2.1 приведена сводка параметров этих диаграмм.

Из анализа данных табл. 2.2.1 следует, что:

- во всех случаях g_o не зависит от n;

- на 3-х диаграммах из 5-ти параметры диаграммы бурения не зависят от n в пределах изменения последнего от 67 до 346; на 2-х других отмечено уменьшение K_vи (или) K_sпри переходе на n =346;

- отношение m=K_v / K_s, как правило, близко к 2,5 и имеет тенденцию к уменьшению по мере увеличения n.

Результаты анализа, как видно, не противоречат выводам, полученным на основе предыдущих исследований.

На рис. 2.2.5...2.2.11 показаны примеры диаграмм бурения, полученных в промысловых условиях. На диаграммах указаны величины угловых коэффициентов и значения m= K_v/ K_s.

В табл. 2.2.2 приведены результаты анализа 190 диаграмм бурения, построенных по данным тестовых исследований режима бурения при проводке опорно-технологических скважин (ОТС) в различных районах Европейской части России (Волгоградская область, Республика Коми, Ставропольский край), из которых 113 получены Осиповым П.Ф. или при его непосредственном участии (площади Кудиновская, Вост. Возейю, Вост. Уса). Остальные 77 диаграмм бурения, построены по материалам бурения ОТС в Ставропольском крае (площади Зимняя Ставка, Правобережная и Плавленская), любезно предоставленным В.Д. Кокаревым.

Все скважины были оснащены специальными контрольно-измерительными приборами для измерения и регистрации параметров режима бурения и проходки. В интервалах бурения, где проводились исследования, не было пластов с АВПД.

Рис. 2.2.5. Диаграмма бурения (скв. 31-Восточная Возейю; интервал опытного бурения 1590-1594 м; долото 295,3 М-ГВ; n = 70 мин^-1)

Из 190 диаграмм 128 (67,4 %) представлены только ЛПР, что характерно для всех площадей. И только 21,6 % диаграмм содержат ЛОР, при этом ЛПР не всегда подтверждены опытными точками (исследования начинались с достаточно высоких осевых нагрузок на долото, иначе говоря, за пределами ЛПР), что часто затрудняло более точное определение отношения K_v/ K_s. В 11 % случаев не удалось расшифровать результаты исследований по причине чрезмерного разброса опытных точек вследствие влияния изменчивости пород на коротких интервалах тестового бурения и искажающего влияния волновых процессов в бурильной колонне. Наконец, на 59 диаграммах из 190 (31,1 %) установлено образование псевдо-ЛОР. Этот вариант диаграммы бурения требует специального обсуждения, что будет сделано несколько позднее.

Рис. 2.2.7. Диаграмма бурения долотом К-214СГ (скв. 65-Право-бережная, глубина скв. 2538 м, n = 80 мин^-1.)

Влияние n на диаграмму бурения, когда его удавалось определить экспериментально (рис. 2.2.6А, 2.2.8, 2.2.9), всегда отличалось тем, что с увеличением скорости вращения долота значения K_s и K_v уменьшались, но при этом величина g_o оставалась почти всегда неизменной.

В отличие от стендового бурения (рис. 2.1.4...2.1.8, 2.2.3, табл. 2.2.1) изменение n в промысловых условиях всегда сопровождается изменением величин K_s и K_v, если n > 20...30 мин^-1 (рис. 2.2.9). Это обстоятельство снова подводит к выводу, что существует некоторая критическая величина n_кр и что влияние n на положение ЛПР и ЛОР имеет место только при n > n_кр. При бурении в атмосферных условиях или на небольших глубинах и малых дифференциальных давлениях n_кр может достигать сотен об/мин (рис. 2.1.4, 2.1.5).

Увеличение глубины скважины и дифференциального давления p_диф сопровождается уменьшением n_кр. Для проницаемых пород величина n_кр, вероятнее всего, больше, чем для непроницаемых. Таким образом, n_кр является, наряду с K_s, K_vи g_o, одной из характеристик породы. И еще один важный вывод: существование n_крдает веские основания на поиск и обнаружение универсального решения в отношении количественного влияния n на положение ЛПР и ЛОР на диаграмме бурения.

Выше было отмечено, что в 31 % случаев (табл. 2.2.2) на диаграммах образовались псевдо-ЛОР. Внешне они похожи на “нормальные” ЛОР (отсекают положительный отрезок от оси нагрузок). Примером такой диаграммы является диаграмма на рис. 2.2.6Б, которая количественно описывает случай, когда при g_o.кв < 0,5 кН/мм порода на забое практически не разрушается. Все обнаруженные в промысловых условиях диаграммы с псевдо-ЛОР характеризуются низкими значениями d (как правило, меньше 0,5 мм при g > 0,7 кН/мм) и аномально большими K_v.кв (рис. 2.2.7). В некоторых особо тщательно проведенных экспериментах псевдо-ЛОР предшествует псевдо-ЛПР, которая внешне похожа на обычную ЛПР, но имеет чрезвычайно малую величину K_s.кв, в результате чего отношение этих коэффициентов K_v.кв / K_s.кв получается также аномально большим, иногда более 10, что, кстати, является одним из признаков псевдо-диаграммы. Параметр g_o.кв является не мерой прочности породы, а началом перехода на истинную ЛПР, которая, строго говоря, как показал на типовом графике зависимости v_м(G) еще В.С. Федоров, а затем и Бингхэм М.Г., начинается не из начала координат, а только после достижения некоторой нагрузки. Диаграмма бурения на рис. 2.2.6А может также служить иллюстрацией к изложенному с той лишь разницей, что g_o.кв, по-видимому, мало и близко к нулю.

Диаграмма бурения, где вместо K_s. и K_v фигурируют K_s.кв и K_v.кв, может быть обнаружена и в стендовых условиях. На рис. 2.2.4 показана диаграмма, которая построена после обработки опытных данных А.В. Зубарева и др. [52], полученных ими при бурении на стенде образца диорита, имеющего твердость по штампу 4900 МПа. На данной диаграмме невозможно определить точное положение даже ЛПР, не говоря уже о ЛОР (все опытные точки явным образом лежат на элементах “псевдо-диаграммы”).

На любой диаграмме бурения, таким образом, область поверхностного режима разрушения состоит из двух частей: начальной, которая в дальнейшем будет называться областью псевдо-диаграммы и которая не всегда обнаруживается вследствие малых размеров, и основной, где располагается истинная линия поверхностного разрушения.

Рис. 2.2.8. Диаграмма бурения (скв. 31-Вост. Возейю; долото 295,3CЗ-ГНУ): 1 - интервал 1650-1655 м; n = 70 мин^-1; 2 - интервал 1655- 1660 м; n = 90 мин^-1; 3 - интервал 1716-1719 м; n = 70 мин^-1.

Рис. 2.2.9. Диаграмма бурения (скв. 31-Вост. Возейю; долото 215,9ТЗ-ГНУ):
1 - интервал бурения 2668 - 2673 м; n = 70 мин^-1; 2 - интервал 2718 -2722 м; n = 20 - 30 мин^-1; 3 - интервал 2718 - 2722 м; n = 70 мин^-1.

74. Влияние износа вооружения долота на диаграмму бурения.

1,3

Влияние износа вооружения долота на диаграмму бурения по промысловым исследованиям установить очень сложно в связи с тем, что объективно трудно доказать сохранение буримости пород в различные моменты времени его работы (до и после его износа). Строго говоря, для этой цели нужно проводить короткие специальные опытные рейсы с искусственно “изношенными” долотами, как это делал Бингхэм М.Г. в стендовых условиях (рис 2.3.1). Тем не менее практически во всех случаях, когда диаграммы бурения строили по тестовому бурению в конце долбления, они отличались от диаграмм в начале долбления либо увеличенным g_o.т, либо наличием только ЛПР с существенно меньшим значением K_s по сравнению с началом долбления (например, рис. 2.2.8).

На рис. 2.3.1 воспроизведена диаграмма бурения, полученная Бингхэмом М.Г. в упомянутых выше экспериментах. При этом полностью сохранена его интерпретация диаграммы. Бингхэм М.Г. указывает (и это подтверждается стендовым экспериментом и практическим опытом бурения), что полностью изношенное долото обеспечивает разрушение забоя.

Долото, имеющее некоторый износ вооружения, на диаграмме бурения характеризуется не параметром g_o, а его текущим аналогом g_o.т и коэффициентами K_s.т и K_v.т.

Количественное описание влияния износа вооружения долота на диаграмму бурения сводится, таким образом, к определению зависимости g_o.т, K_v.т и K_s.тот уровня износа зубьев (или зубков) долота.

Рис. 2.3.1. Влияние износа вооружения шарошечного долота с фрезерованными зубьями на диаграмму бурения (опыты Бингхэма М.Г.)

С одной стороны, с увеличением степени затупления зубьев возрастает g_oт, и полностью изношенное (“лысое”) долото характеризуется некоторым конечным значением g_o.пр. В связи с тем, что g_o не зависит от типа вооружения долота, отношение g_o.пр^*= g_o.пр / g_oтакже не зависит от типоразмера долота, от условий бурения. Из рис. 2.3.1 видно, что g_o.пр^* =2,5.Моделирование влияния износа долота сведется к описанию изменения относительной величины g_o^*_т (в границах от 1 до 2,5) и относительных значений угловых коэффициентов K_v.т / K_v и K_s.т / K_s от относительного износа вооружения долота, выраженного либо в долях от высоты зубьев нового долота [82], либо в долях от израсходованного ресурса долота М_в^*_т=М_в.т/ М_в, где М_в.т = å(g_in_it_i), а М_в - сам ресурс вооружения долота, характеризующий его потенциальные возможности.

Характер изменения функции g_o^*_т (М_в^*_т) зависит от вооружения долота (фрезерованное или твердосплавное). У долот с фрезерованными зубьями вначале скорость износа сдерживается защитным армированным (наплавленным) слоем релита. На этом этапе износа контактные напряжения в породе под зубьями долот максимальны потому, что контактные поверхности пока еще малы. Через некоторое время армированный слой истирается и начинается ускоренный износ зубьев, сопровождаемый увеличением площади контакта. Но при g = const это означает уменьшение контактных напряжений. В результате скорость изнашивания начинает замедляться. На рис. 2.3.2, описанный характер износа иллюстрируется кривой 1.

Долота с твердосплавными зубьями изнашиваются иначе. Известно, что основными признаками износа зубков являются выкрашивание и сколы. Если текущая нагрузка не превышает аварийную для данного типа вооружения, то слом (скол) зубков наступает как результат либо усталости, либо их перегрузки после случайного повреждения одного или более зубков, в результате которого происходит перераспределение изгибающего момента на оставшиеся зубки. Слом зубков (тем более “уставших”) происходит лавинообразно и обычно в конце долбления. Такой характер износа отражен кривой 2 на рис. 2.3.2.

Конкретные выражения функций, описывающих зависимости g_o^*_т(М_в^*_т) приведены в разд. 3 и 5.

Обосновать приведенные виды зависимостей непосредственными экспериментами практически невозможно, но вполне возможно - косвенными методами. Дело в том, что вид зависимости должен быть зеркальным отображением зависимости v_м.т(t_б), полученной в однородных породах при постоянных g и n.

В литературе, в частности, в работе [20], приводятся зависимости v_м.т(t_б) для случаев бурения долотами с твердосплавными зубками, которые схожи по виду с кривой 2 на рис. 2.3.2: механическая скорость бурения медленно уменьшается во времени, а в конце долбления происходит интенсивное ее падение в результате “обвального” износа вооружения. Сложнее дело обстоит с вариантом бурения долотами с фрезерованными зубьями. На рис. 2.3.2 кривая 1 имеет точку перегиба, соответствующую максимальному темпу износа зубьев. Логично считать, что на кривой v_м.т(t_б) должна быть такая же точка перегиба, соответствующая максимальной скорости уменьшения скорости бурения. В литературе [168, 20] принято описывать процесс уменьшения скорости бурения экспоненциальной зависимостью вида:

v_мт = v_мo exp(- j t_б) при t_б ³ 0,

но такая функция не имеет точки перегиба. Максимум d v_мт/ dt_б этой функции достигается при t_б = 0, что может быть при использовании современных долот только при бурении очень твердых и абразивных пород.

Рис. 2.3.2. Характер зависимости g_o^*_т (М_в^*_т) для долот с различным типом вооружения:

1 - фрезерованными зубьями; 2 - твердосплавными зубками.

На рис. 2.3.3 приведены результаты механического каротажа при отработке долота К214СГ. Первые 2 часа бурения были использованы для тестового бурения с целью получения диаграммы бурения, и потому первые 10 опытных точек были исключены из анализа. Исключены были также результаты замеров, полученные сразу после наращивания, отмеченные завышенными значениями v_мт. Оставшиеся опытные точки удовлетворительно аппроксимируются функцией:

(м/ч) при t_б > 4,6 ч;

v_мт= 4,1 м/ч при t_б £ 4,6 ч.

75. Влияние дифференциального давления на диаграмму бурения.

1,3,4

6.3.2. Влияние дифференциального давления на забое на ДБ.

Выше было сказано, что одной из важнейших целей (с точки зрения решаемых

⇐ Предыдущая 1 2 34

Воспользуйтесь поиском по сайту: