Условия работы шарошечного инструмента.
Характер и интенсивность износа шарошек зависят как от режима работы инструмента, так и от свойств горных пород (твердости, абразивности и трещиноватости). Этими факторами и определяется в основном технология бурения шарошечным инструментом. Технологический режим работы инструмента характеризуется: осевой нагрузкой, скоростью соударения и временем контакта зубьев шарошек с породой, на которые влияют частота вращения, конструктивные параметры шарошек (шаг зубьев, геометрическая форма и кинематика движения), а также интенсивность удаления продуктов разрушения.
Изменение одного из факторов влечет за собой необходимость изменения других с целью получения высокой эффективности работы инструмента. В породах I-VI категории по буримости, увеличение осевой нагрузки дает прирост механической скорости бурения практически до полного погружения в породу зубьев шарошек, но с какого-то значения осевой нагрузки темп прироста механической скорости бурения начинает падать, что связывается с увеличением площади контакта зубьев шарошек с породой.
При бурении в более твердых породах (VIII-X категорий по буримости) внедрения зубьев на большую глубину достигнуть практически невозможно даже при очень высокой осевой нагрузке. В таких условиях происходит поверхностное или в лучшем случае усталостно-объемное разрушение породы.
Эффективность работы шарошечного инструмента существенно зависит от частоты его вращения, с которой связаны скорость соударения и время контактов зубьев шарошек с породой, а также количество актов воздействия зубьев на породу в единицу времени. Влияние последнего фактора совершенно очевидно – чем больше актов воздействия в единицу времени, тем выше скорость бурения. Повышение частоты вращения с целью увеличения актов воздействия зубьев шарошек на забой в единицу времени и скорости соударения зубьев с породой в известных пределах имеет положительное значение. Но это приводит к уменьшению времени контакта зубьев шарошек с породой и соответственно объемов разрушаемой породы и в итоге к снижению конечных результатов работы инструмента. Устранить это противоречие можно только за счет изменения шага зубьев и величины смещения шарошек, так как от этих параметров зависит время их контакта при взаимодействии с породой. Увеличение шага зубьев и смещение оси шарошек до известных пределов позволяет получить достаточно оптимальные значения времени контакта с породой при повышенной частоте вращения, что обеспечивает рост эффективности разрушения породы. Установлено, что за счет снижения частоты вращения с 750 до 200 об/мин величина углубки резко возрастает в случае применения шарошек с увеличенным вдвое шагом. Следовательно, определять рациональную частоту вращения долота необходимо с учетом диаметра долота, шага зубьев, смещения осей шарошек и времени контакта зубьев с породой.
Технология отработки породоразрушающего инструмента шарошечного типа.
Отработка предусматривает подбор инструмента, компоновка снаряда, определение рациональных параметров режима бурения применительно к типам пород, параметрам и техническому состоянию скважины и характеристике бурового оборудования. При этом определяют продолжительность рейса, величину углубки скважины за рейс.
Подбор породоразрушающего инструмента. Тип и параметры породоразрушающих инструментов выбирают в конкретных случаях в соответствии с конструкцией скважины и с учетом механических свойств горных пород. Особенно сложно подобрать инструмент, соответствующий характеристике горных пород или геологическим условиям бурения. Получение наилучших показателей возможно только в том случае, если будут учтены основные свойства разбуриваемых горных пород: твердость, хрупкость или пластичность, абразивность, трещиноватость, устойчивость.
При использовании долот, не соответствующих условиям их эксплуатации, получают заниженные показатели бурения и преждевременный износ инструмента, в основном опор шарошек и их вооружение (зубьев или штырей). При несоответствии долота характеру разбуриваемых пород, наличии большого количества абразивных частиц шлама в промывочной жидкости, при работе с чрезмерно высокой осевой нагрузкой могут интенсивно изнашиваться опоры с образованием большого люфта или заклиниванием подшипников. Вследствие применения инструмента, не соответствующего характеру пород, могут интенсивно изнашиваться зубья даже при бурении с оптимальной осевой нагрузкой. В случае бурения абразивных пород износ зубьев увеличивается с ростом частоты вращения. В этом случае особенно интенсивно изнашиваются не только зубья или твердосплавные штыри, но и тела шарошек и их опор.
Стойкость опор зависит от динамических нагрузок, которые определяются амплитудой вертикального перемещения шарошек при их перекатывании и скоростью падения зубьев. Из опыта бурения скважин известно, что до 80 % долот выходит из строя вследствие износа опор с еще достаточной работоспособностью вооружения.
Компоновка бурового снаряда. Для бурения геологоразведочных скважин с получением образцов пород собирают буровой снаряд, состоящий из шарошечной коронки, колонковой трубы или двойного колонкового снаряда, утяжеленных и бурильных труб. Для бескернового бурения к колонковой трубе присоединяется долото.
В связи с необходимостью создания на шарошечные долота больших осевых нагрузок при бурении применение УБТ совершенно необходимо. Диаметр УБТ должен быть не более чем на один размер меньше диаметра породоразрушающего инструмента.
Бурильные трубы подбирают также в соответствии с диаметром бурового инструмента. При диаметре инструмента 59 мм диаметр бурильных труб должен быть менее 50 мм (с ниппельным соединением); для долот диаметром 76 мм – не менее 50 мм с замковыми соединениями; для долот диаметром 93 мм – трубы диаметром 50 или 65 мм с муфтово-замковыми соединениями.
Подбор параметров режима бурения. В рейсе обычно выделяется три периода работы шарошечного породоразрушающего инструмента: приработка, установившийся режим работы и катастрофический износ.
В первый период (обычно 10—15 мин) отработка инструмента ведется на пониженных режимах, когда происходит выравнивание зубьев по высоте и устраняются некоторые дефекты, связанные с наплавкой зубьев твердым сплавом или их закалкой. Механическая скорость колеблется и снижается вследствие роста площади контактной поверхности зубьев.
Во второй период отработку следует вести при наиболее рациональном сочетании параметров режима бурения, критерием чего могут служить механическая скорость или углубка за рейс, а также уровень подводимой мощности к инструменту Первые два критерия используются в зависимости от глубины бурения (скважины), а третий является дополнительным.
До какого-то критического значения глубины скважины за критерий оптимальности принимается максимальная механическая скорость бурения. Осевая нагрузка доводится до значения, допускаемого его характеристикой (прочность с учетом твердости пород искривление скважин и др.), а частота вращения увеличивается до критического значения. С некоторой критической глубины скважины и ростом времени, затрачиваемого на спуско-подъемные операции, следует пользоваться вторым критерием — максимальной углубкой за рейс. В этом случае надо подбирать такое сочетание параметров режима бурения, при котором будет получена максимальная углубка на долото при достаточно высокой скорости бурения. Этого можно достичь ограничением частоты вращения инструмента при оптимальной осевой нагрузки в соответствии с типом пород.
Как показывает опыт эксплуатации шарошечных долот, при бурении геологоразведочных скважин значения осевой нагрузки чаще всего ограничиваются стойкостью опор, а не вооружения шарошек. Оптимальная осевая нагрузка по эффективности отработки вооружения в 2-4 раза выше нагрузки, подбираемой по эффективности отработки опор.
Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 1439;