Бурение скважин при высоких частотах вращения

Под высокими частотами бурения понимают частоты более 700-1500 об/мин, которые обеспечиваются буровыми станками серии СКБ.

Высокоскоростная технология – одно из средств повышения производительности при алмазном бурении.

Производительность при бурении (м/ст.-смена), как известно, приближенно может быть выражена зависимостью:

, (13.8)

где Т₀ – продолжительность смены, ч;

υ_мех – механическая скорость, м/ч; Т_всп – время на вспомогательные операции в пределах рейса, ч; L – проходка за рейс, м.

Анализ статистических данных бурения при высоких частотах вращения подтверждает нелинейный характер зависимости механической скорости от частоты вращения бурового снаряда. С увеличением частоты вращения до определенного значения механическая скорость вначале возрастает, затем темп ее изменения уменьшается или даже падает.

Для реализации бурения при повышенных частотах вращения бурового снаряда и достижения больших механических скоростей необходимо соблюдение следующих основных условий: использование высокоскоростных буровых станков; применение гладкоствольных бурильных колонн, максимально приближенных к диаметру скважины (D_т /D_скв = 0,8÷0,9); проектирование бурения скважин в благоприятных геологических условиях.

При использовании технологии высокооборотного алмазного бурения считаются благоприятными следующие геологические условия:

однородные по буримости геологические разрезы, сложенные преимущественно породами VIII – IX категорий со слабой или средней трещиноватостью, в которых обеспечивается как получение высокой механической скорости, так и проходки за рейс;

пологое залегание горных пород, так как при этом отмечается наименьшее количество осложнений при отборе керна из-за его самоподклинивания;

устойчивость стенок скважин и отсутствие зон интенсивного поглощения промывочной жидкости, что позволяет бурить коронками одного диаметра и применять специальные промывочные жидкости (эмульсионные, полимерные и др.).

Рекомендации по выбору параметров режима бурения. Высокие частоты вращения и связанное с этим интенсивное шламообразование при высокой механической скорости, а также интенсивный нагрев алмазов требуют особого внимания к количеству и свойствам промывочной жидкости.

По данным практики алмазного бурения скважин на уголь количество промывочной жидкости (л/мин) рекомендуется рассчитывать по формуле В.Г. Кардыша и Б.В. Мурзакова

Q = q·S или Q = K·F (13.9)

где q – количество жидкости на 1 см² площади торца коронки, л/(мин·см²), q = 2÷4 л/(мин·см²); S – площадь торца коронки, см²; K – удельный расход промывочной жидкости на единицу площади в кольцевом зазоре между стенками скважины и бурильной колонной, л/(мин·см²), K = 2÷3 л/(мин·см²); F – площадь кольцевого зазора между стенками скважины и бурильной колонной, см².

Бурение при высоких частотах вращения обусловливает необходимость применение специальных активных промывочных жидкостей со смазывающими добавками: полимерных, эмульсионных, полимеркалиевых и др. В качестве смазывающих добавок используют эмульсол ЭН-4, Морозол, Ленол-10, Ленол-32, смазку Геол-1 и др.

В каждом конкретном случае для реализации требований по увеличению частоты вращения бурового снаряда необходимо обращать внимание на характеристики системы бурильный вал – ствол скважины и своевременно принимать меры по предупреждению разработки ствола и обрушения стенок скважин. Кроме того, следует осуществлять мероприятия по искусственному формированию ствола скважины (креплению обсадными трубами, тампонированию каверн), упрочнению бурильных колонн и их соединений, контролю за их состоянием и отработкой.