2.11.Понятие о режимах бурения скважин и их параметрах; влияние параметров режима бурения на технико-экономические показатели бурения.

Эффективность бурения при рационально выбранном типе породоразрушающего и технологического инструмента зависит от правильного сочетания параметров режима:

• частоты вращения бурового снаряда

• осевой нагрузки на инструмент

• расхода промывочной жидкости.

Оптимальным режимом бурения является такое сочетание их значений, которое обеспечивает заданные (экономически обоснованные) механическую скорость бурения, проходку за рейс и расход материалов, не превышающий нормативного значения. Для решения особых технологических задач (повышение выхода керна, отбор технологических проб полезного ископаемого, управление трассой скважины, бурение в особо сложных геологических условиях и др.) применяют специальные режимы бурения.

При разработке режима бурения необходимо учитывать следующие факторы:

• для каждого типоразмера породоразрушающего инструмента характерны свои оптимальные параметры режима бурения

• основное влияние на рациональное сочетание параметров режима оказывают твердость и трещиноватость горных пород: при выборе параметров режима бурения необходимо учитывать состояние скважины

• существенное влияние на выбор режима бурения имеют такие свойства горных пород, как анизотропия, косослоистость, сланцеватость, перемежаемость по твердости, способствующие искривлению скважины

• бурить породы с такими свойствами необходимо на специальных режимах.

Исследованиями и практикой установлено, что во всех группах пород по буримости в особенности - в I-III группах, механическая скорость бурения растет с увеличением частоты вращения до 2000 мин^-1 и более при алмазном бурении и до 400-450 мин^-1 при твердосплавном. Частоту вращения рекомендуется снижать:

• при бурении очень твердых пород, когда невозможно обеспечить достаточно высокие осевые нагрузки на породоразрушающий инструмент

• при бурении неоднородных, чередующихся по твердости пород

• при бурении в условиях зашламования

• при специальных режимах бурения

Механическая скорость бурения возрастает и с увеличением осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент, но только до определенных пределов. Если она выше оптимальной, как правило, происходит резкое увеличение расхода истирающих материалов и даже разрушение коронок; скорость в данном случае может даже расти, но лишь за счет интенсивного износа инструмента. Осевые нагрузки ниже оптимальных, наоборот, приводят к зашлифовыванию резцов, что проявляется в быстром снижении механической скорости и прекращении проходки. Оптимальное соотношение параметров режима бурения определяется для каждых конкретных горно-геологических и технических условий бурящейся скважины. Методы поиска оптимальных сочетаний могут быть традиционными (ступенчатое изменение каждого параметра) или вероятностными (одновременное изменение двух или даже трех параметров). Последние в известной мере свободнее от субъективизма, чем первые. При традиционной методике разработки режима оптимальное значение осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент выбирают из нескольких последовательно увеличиваемых нагрузок. На каждой ступени нагрузка должна увеличиваться на одинаковую величину, при этом пропорциональное увеличение механической скорости бурения показывает, что оптимальная нагрузка на коронку еще не достигнута. Снижение механической скорости при переходе на следующую ступень показывает, что коронка начала работать в условиях чрезмерного шламообразования. В этом случае необходимо уменьшить осевую нагрузку на 1 ступень и перейти на предыдущую нагрузку, которая в данных условиях будет оптимальной. При бурении пород пластичного и хрупкопластичного разрушения по достижении ступени нагрузки, при которой механическая скорость уменьшается, необходимо увеличить расход промывочной жидкости и искать нагрузки при увеличенных количествах очистного агента. Количество промывочной жидкости, подаваемой на забой скважины, должно в первую очередь обеспечивать очистку забоя от разрушенной породы. Недостаток очистного агента приводит к скоплению на забое скважины шлама, который препятствует нормальному процессу разрушения горной породы и приводит к неоправданному росту мощности, затрачиваемой на бурение. Чрезвычайно большой расход промывочной жидкости вызывает наоборот быстрый вынос частиц разрушенной породы с забоя, что приводит к нежелательным явлениям размыва керна, эффекту гидравлического подпора и другим. Во всех случаях, с повышением механической скорости бурения должен увеличиваться расход жидкости, подаваемой на забой скважины. С увеличением твердости горных пород объем промывочной жидкости уменьшается. В породах хрупких и упруго-хрупких (кристаллические, изверженные, метаморфические) бурение ведется на максимальной частоте вращения. В породах пластичного и хрупкопластичного разрушения (глинистые, песчаноглинистые сланцы, аргиллиты и другие породы), шлам которых обладает способностью налипать на коронку и спрессовываться, бурение необходимо вести на более низких частотах вращения в зависимости от диаметра коронки. Частота вращения снижается при увеличении трещиноватости горных пород на 20-50% по сравнению с бурением в монолитных породах. Осевую нагрузку при бурении трещиноватых горных пород необходимо снижать до 40-50% от номинальной во избежание преждевременного выхода коронки из строя. Заключительным этапом разработки технологии бурения является ее постоянное совершенствование на базе новейших достижений науки и техники. Среди методов совершенствования технологического процесса проведения скважин в первую очередь должны быть выделены те, которые существенно влияют на качество, производительность и стоимость бурения.

Основные факторы, влияющие на технико-экономические показатели бурения, - компонентный состав, плотность, вязкость, показатель фильтрации и другие параметры буро­вого раствора.