Влияние скорости вращения долота на диаграмму бурения.

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_v и K_s от 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_s всегда 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_s1 и 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^-1 наблюдается устойчивое уменьшение K_v и K_s , что прослеживается и на рис. 2.1.2. По-видимому, увеличение K_v и 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_v и (или) K_s при 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.