Материал: Григорян, Н. А. Бурение наклонных скважин уменьшенных и малых диаметров

наблюдается стабилизации механических скоростей бурения и бо­ кового фрезерования. Возможно, что такое явление появится при больших значениях

Графики на рис. 42 показывают, что увеличение отклоняющей силы на долоте снижает механическую скорость бурения по ги­ перболической зависимости и увеличивает механическую скорость бокового фрезерования по кривой параболы. Эмпирически зависимости Уф и vM от соотношения выражают уравне­ ниями

в эти уравнения, для условий проведения экспериментов изменя­ ются в пределах

Из изложенного следует, что при искривлении ствола для пол­ ного использования боковых фрезерующих способностей долот не обязательно иметь слишком высокие значения отклоняющей силы на долоте. Это может быть достигнуто при определенных соотно­ шениях Рот/Рос, которые зависят от конструктивных особенностей долот, механических свойств горных пород и числа оборотов до­ лота.

Влияние числа оборотов долота на механические скорости бурения и бокового фрезерования

Эксперименты для установления зависимостей изменения меха­ нических скоростей бурения и бокового фрезерования от числа оборотов долота проводили при постоянных значениях соотноше­ ния Рот!Рос. на известняке и мраморе. Разбуривали их трехшаро­ шечным долотом 1В-132С.

В случае разрушения известняка при совместном действии от­ клоняющей силы и осевой нагрузки увеличение числа оборотов долота от 50 до 400 об/мин вызывает рост механической скорости бурения (рис. 43, а). При этом начиная с « = 280 об/мин механиче­ ская скорость бурения увеличивается более интенсивно, чем при меньших скоростях вращения долота. Из рис. 43, # следует, что зависимость ом (п) представляет криволинейную функцию с пока­ зателем степени больше единицы. С увеличением числа оборотов долота в указанных пределах механическая скорость бокового фре-

верования также увеличивается, но начиная с 280 об/мин темп ро­ ста Сф от а несколько снижается.

Увеличение числа оборотов долота от 50 до 400 об/мин при разрушении мрамора также вызывает рост механических скоро­ стей бурения и бокового фрезерования (рис. 43, б). Однако в от­ личие от известняка здесь темп роста механической скорости бо­ кового фрезерования выше /г = 280 об/мин не снижается, а увели­ чивается.

При разрушении мрамора зависимости ом (п) и цф (/г) пред­ ставляют степенную функцию с показателем степени больше едп-

Характерно то, что в случае совместного действия отклоняющей силы и нагрузки, на долото при увеличении числа оборотов долота механическая скорость бурения растет в большей степени, чем ме­

лишь в 1,47 раза. В случае разрушения мрамора изменение числа оборотов долота в указанных пределах при значении соотношения Рот/Рос = 0,20 вызывает рост механической скорости бурения в 1,96 раза, в то время как механическая скорость бокового фрезе­ рования возрастает лишь в 1,37 раза. Такое явление может быть объясненотем,- что когда полностью используется боковая фрезе­ рующая способность долота и корпус его упирается в стенку сква­ жины, то-определенное время, пока долото не углубится и не поя­ вится возможность для бокового разрушения породы, фрезерова­ ниястенки не будет, что приведет к снижению Оф. Поскольку за это:Время забой разрушается, то при росте числа оборотов щ, уве­

132'

личивается в большей степени. В результате получается, что раз­ рушение забоя под действием осевой нагрузки протекает беспре­ рывно, в то время как фрезерование стенки ствола вследствие ограничивающего фактора протекает периодически. После углуб­ ления долота на определенную глубину этот цикл повторяется и т. д.

Из изложенного становится ясным, что максимальное использо­ вание боковой фрезерующей способности трехшарошечного долота в случае сравнительно высоких скоростей бурения может быть осу­ ществлено при больших числах оборотов долота. Этим и объясня­ ется относительно более высокая эффективность применения уко­ роченных и коротких турбобуров при искривлении стволов наклон­ ных скважин.

Необходимо отметить, что поскольку за каждый оборот до­ лота все три шарошки фрезеруют стенку ствола, то возможности перемещения долота в боковом направлении (в' пределах завеса шарошек) больше, чем в осевом. Это вызвано тем, что отдельные участки забоя разрушаются только отдельными венцами шарошек, за исключением периферийного участка, который разрушается пе­ риферийными зубьями всех трех шарошек. Если в результате та­ кого троекратного действия периферийных зубьев трех шарошек за каждый оборот долота кольцевая периферийная зона забоя бу­ дет разрушена на определенную величину; то это не значит, что долото сможет перемещаться в осевом направлении на такую же величину. Этому будут препятствовать центральные участки забоя. Долото переместится в осевом направлении лишь после того, как все участки забоя будут разрушены.

Учитывая изложенное выше и ограниченную боковую фрезеруг ющую способность трехшарошечных долот, можно отметить, что практикуемое при проходке наклонных скважин мероприятие, ко­ гда в случае работы с отклонителем с целью интенсивного искрив­ ления ствола снижают механическую скорость бурения, вряд ли можно считать оправданным. Достигнутые в современном состоя­ нии техники и технологии бурения наклонных скважин интенсив­ ности искривления ствола могут быть получены и при относи­ тельно больших механических скоростям бурения. Снижение ограничения механической скорости бурения при работе с откло­ нителем позволит в некоторой степени уменьшить износ элементов опоры н вооружения трехшарошечных долот и повысить их произ­ водительность.

Моментоемкость трехшарошечных долот при фрезеровании стенки ствола

Известные исследовательские и экспериментальные работы по изучению потребного вращающего момента на. долоте проводились для условии бурения вертикальных скважин.

Следуя В.. С. ..Федорову [70], можно отметить, что в процессе зарезки нового ствола, когда отсутствует осевая нагрузка на

133

долото, подводимый к нему вращающий момент Мд затрачивается на фрезерование стенки ствола Мф, на разрушение забоя в радиаль­ ном направлении Мрр (ввиду конусности шарошек и забоя), на преодоление бокового трения долота о стенки скважины Мбто (от

на вращение долота в промывочной жидкости Мг, на трение долота о стенки ствола Мтс (без Р0т), т. е.

Значения Мтс и Мг от отклоняющей силы не зависят, поэтому обозначим

м 0= м гс+ м г.

Влияние Моп и Мдоп выразим через к. п. д. долота г). Тогда вы­ ражение (91) примет вид

лений на долоте при увеличении отклоняющей силы на 1 тс, т. е. удельный момент на долоте на отклоняющую силу (на процесс фрезерования стенки ствола и бокового трения).

Момент М0 зависит от диаметров скважины и долота, коэффи­ циента трения материала долота о породу, параметров промывоч­ ной жидкости и других факторов.

В процессе зарезки нового ствола момент на долоте Мд в за­ висимости от величины отклоняющей силы будет характеризо­ ваться удельным моментом М "д, значение которого зависит от

конструктивных особенностей и состояния долота, механических свойств проходимых пород и скорости вращения долота.

На рис. 44 представлены зависимости момента на долоте от от­ клоняющей силы при фрезеровании стенки ствола в образцах из­ вестняка и мрамора боковыми поверхностями трехшарошечного долота 1В-132С при различных скоростях вращения.

Графики Мд(Рот) показывают, что с увеличением отклоняющей силы вращающий момент на долоте возрастает линейно, но с раз­ личной интенсивностью в зависимости от скорости вращения и диаметра трехшарошечного долота. При этом темп роста вращаю­ щего момента на долоте характеризуется удельным моментом на

134

отклоняющую силу М" д, который представляет угловой коэффи­ циент рассматриваемых зависимостей, т. е.

где 0 — угол наклона прямых МД(Р0т) к оси абсцисс.

Рис. 44. Зависимости момента на долоте от отклоняющей силы при боковом фрезеровании долотом 1В-132С:

о — известняка; б — мрам ора; «1=35; «2=50; л3= 80; л<=190; л5=280; лб=400 об/мин

Значения удельного момента на долоте на отклоняющую силу М"я для указанных выше типов трехшарошечных долот при фре­

зеровании стенки ствола в образцах известняка и мрамора с раз­ личными скоростями вращения представлены в табл. 16.

135