Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 [ 80 ] 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332

последней истиранием (поверхностное разрушение). В этом случае 5п = = 50 = const, а следовательно, Ум = n50.

Имея в виду, что на практике наблюдается и объемное разрушение, и разрушение пород истиранием, зависимость Ум = f(n) в общем виде можно представить так, как это показано на рис. 8.4.

В процессе бурения механическая скорость проходки уменьшается при условии, что процесс ведется при р = const и n = const. В этом случае снижение механической скорости проходки обусловливается только износом зубцов.

Относительное уменьшение механической скорости проходки происходит пропорционально времени бурения tб и обратно пропорционально коэффициенту износа 6(:

dУм/Ум

dtб/6t.

Коэффициент износа представляет собой логарифмический декремент убывания механической скорости проходки, равный времени, в течение которого Ум уменьшается в е раз (е - основание натурального логарифма).

Интегрируя это уравнение, получают

Ум0 =

(8.14)

Проходка на долото за время 1б выражается формулой

Лр0 = J Умdt = Ум06t(1-е-б/6t).

(8.15)

На основании опытных данных А.А. Минина и А.А. Погарского можно считать, что 1/6t изменяется приблизительно пропорционально изменению нагрузки на долото; с изменением частоты вращения отношение 1/6t увеличивается быстрее, чем растет n, особенно при больших его значениях.

Данные свидетельствуют, что и для проходки на долото существует критическое значение n, при этом оно меньше, чем для механической скорости проходки.

Рейсовая скорость проходки

Рис. 8.4. Зависимость Ум от п при поверхностном (1) и объемном (2) разрушении породы

ум6((1-е

(8.16)

Для ур также существует критическое значение n, оно меньше соответствующего значения для ум и больше, чем для Л:

ОСЕВАЯ НАГРУЗКА НА ДОЛОТО

При прочих равных условиях в зависимости от Рд может происходить разрушение породы либо поверхностное, либо объемное.

Объемное разрушение может наблюдаться после однократного воздействия на нее зубцов шарошек или после многих воздействий. Первые наиболее полные исследования и обобщения выполнил В.С. Федоров.

Влияние осевой нагрузки Рд на показатели бурения очень велико. Опытами установлено, что зависимость ум = f(Pд) весьма сложная (рис. 8.5).

Сложность этой зависимости обусловливается различными факторами, однако главнейшие из них - циклический характер разрушения породы, наличие шлама, покрывающего неровную поверхность забоя скважины, ограниченная высота рабочих элементов долот.

На рис. 8.5 кривая 1, соответствующая бурению при совершенной очистке забоя скважины, имеет три участка - Оа, ab и be, из которых Оа характеризует поверхностные разрушения породы, ab и be соответствуют объемному разрушению. Но характер кривой участка ab зависит только от особенностей разрушения, а кривой участка be - от особенностей разрушения и глубины погружения рабочих элементов долота, в частности при бурении шарошечными долотами, имеющими ограниченную высоту зубцов шарошек.

Экстремальное значение функции ум = f(Pд) обусловливается ограниченной высотой зубцов.

Наличие шлама ведет не только к снижению механической скорости проходки, но и к тому, что эта функция достигает максимума при меньших значениях Рд.

Кривая 2 на рис. 8.5 соответствует так называемому нормальному положению на забое скважины, когда зашламление (по высоте) не превышает

Рис. 8.5. Кривые изменения механической скорости проходки vM в зависимости от осевой нагрузки Рд

1/6-1/4 высоты наиболее низких зубцов шарошек, а кривая 3 - бурению при неудовлетворительной промывке скважины, когда на забое имеется значительное количество шлама.

Итак, чем больше шлама на забое, тем раньше достигается максимум ум как функции Рд и тем меньше значение этого максимума.

При высокой частоте вращения долота максимум для Ум = f(Pд) наступает при больших значениях Рд, чем при низкой частоте. Отрицательное влияние наличия шлама на Ум при более высоком n значительнее, чем при более низком.

Осевая нагрузка, при которой Ум достигает максимума, называется критической Ркр. Иногда с ростом осевой нагрузки на долото механическая скорость проходки не увеличивается, а значительно снижается. Это относится к тем случаям, когда к моменту увеличения Рд бурят при Рд > Ркр.

Долговечность шарошечных долот изменяется обратно пропорционально Рд в степени y = 0,400,45. Вероятно, показатель степени зависит от погружения зубцов шарошки. Когда зубцы не погружены в породу, Рд влияет на разрушение долота больше, чем при погружении зубцов в породу.

С увеличением Рд растут Ум и h. Следовательно, сокращается время на бурение скважины и спускоподъемные операции (в результате уменьшения числа этих операций, числа замен долота). С ростом Рд увеличивается и рейсовая скорость проходки Ур.

При увеличении n механическая скорость возрастает, но проходка на долото уменьшается. Следовательно, в этом случае общая продолжительность спускоподъемных операций возрастает.

Для проходки на долото h и рейсовой скорости проходки Ур также имеются критические значения осевой нагрузки Рд, которые обозначим соответственно РдУр и Pдh. Между этими критическими значениями существуют соотношения

РдУм > PДУр, РдУм > PДh, РдУр > PДh.

Значение показателей степени при Рд колеблется в пределах 1,1 - 1,5; чаще y = 1,1.

Если диапазон изменения n и Рд сравнительно невелик, то можно пользоваться формулой

У м1 = п1рд1 .

Ум- п2рд2

В зарубежной нефтегазовой промышленности отсутствуют единые твердо установленные и обоснованные параметры режима бурения, которые рекомендовались бы для разбуривания пород с разными механическими свойствами. Для каждого района имеются параметры режима бурения, которые считаются наилучшими.

Большинство фирм, как тех, которые ведут бурение на промыслах, так и тех, которые выпускают долота, рекомендуют бурить при высоких нагрузках из расчета 1-3 m на 1 диаметра долота, при больших количествах бурового раствора, обеспечивающих скорость восходящего потока в кольцевом пространстве 0,7-1,2 м/с, при относительно низкой частоте вращения ротора (долота) в пределах 150 - 200 мин - 1, но не выше 300 мин- .