1.4 Режим буріння

Певне поєднання регульованих параметрів, які впливають на показники буріння, називають режимом буріння. До таких параметрів належать навантаження на долото і частота його обертання, кількість і якість бурової рідини, яка подається на вибій свердловини.

Значина параметрів режиму буріння може коливатися в широкому діапазоні залежно від характеру розбурюваних порід, глибини буріння, способу буріння і технічних характеристик наземного і підземного обладнання. Так, осьове навантаження на долото для роторного способу буріння може сягати 0,12…0,3 МН; для турбінного – 0,10…0,25 МН; подавання бурового розчину насосами для роторного способу складає 15…45 кВт і 13…40 кВт – для турбінного; частота обертання долота – 60…120 об/хв для роторного способу буріння і 300…700 об/хв для турбінного.

Оскільки процес буріння може здійснюватись за найрізноманітнішого поєднання параметрів з навантаження, частоти обертання долота і інтенсивності промивання, необхідно сформулювати поняття оптимального режиму буріння.

Оптимальним режимом буріння вважають таке поєднання параметрів, за якого досягаються найвищі кількісні і якісні показники за мінімальної вартості проходження.

Оптимальний режим встановлюється згідно з конкретною технологічною оснащеністю, результатами буріння свердловин у конкретній геологічній обстановці. Крім того параметри режиму впливають на ефективність буріння спільно, а тому вивчення впливу окремих факторів на показники буріння, хоч і недостатньо відображає дійсну ефективність, але водночас дають змогу встановити межі в зміні параметрів.

Дослідженнями залежності механічної швидкості буріння від частоти обертання за постійного навантаження на шарошкове долото встановлено, що швидкість буріння зростає до критичної кількості обертів, після чого падає. Зі збільшенням навантаження на долото механічна швидкість буріння зростає. Механічна швидкість буріння зростає при збільшенні витрати прокачуваного розчину. Причому, для роторного буріння зростання механічної швидкості є максимальним, після чого швидкість зменшується. Для турбінного буріння при підвищенні витрати рідини самочинно збільшується потужність турбіни і навантаження на долото, тому механічна швидкість зростає. Особливо складно встановити вплив якості бурової рідини на режим буріння. Однозначно можна стверджувати, що зменшення механічних домішок у розчині і покращання його змочувальної здатності спричиняє зростання механічної і рейсової швидкостей буріння.

Контроль за режимом буріння здійснюють використанням приладів для вимірювання маси на гаку, тиску бурового розчину, частоти обертання ротора, крутного моменту на роторі. Прилади можна встановлювати на окремих щитах або групувати в загальний вузол – пульт контролю процесів буріння (ПКБ). Для важких бурових устатковань глибокого буріння ПКБ комплектуються як показувальними, так і самописними приладами із записом параметрів на діаграмну стрічку. Бурові устатковання, які використовуються для глибоких свердловин зі складними умовами буріння, можуть оснащуватись ПКБ з пристроями для передачі показників приладів у приміщення районних інженерно-технологічних служб (РІТС). Це забезпечує цілодобову інформацію про роботу бурового устатковання. Для контролю за масою на гаку на більшості бурових устатковань використовується гідравлічний індикатор маси (ГІМ), який складається (рис.1.11) з трансформатора тиску 3, що встановлюється на нерухомому кінці талевого каната 1, закріпленого затискачем 2, манометра-показника ваги 5, реєструючого приладу 7, резервуара для рідини 8 і трубопроводів 4. Тиск, який реєструється манометром, пропорційний зусиллю, яке виникає на нерухомому кінці каната. Ціна поділки індикатора в одиницях маси на гаку визначається за формулою

(1.1)

де: – маса на буровому гаку, яка розраховується за масою бурової колони; А – показники ГІМ; 10 – умовний нуль на діаграмі ГІМ.

Рисунок 1.11 – Принципова схема гідравлічного індикатора маси:

1 – нерухомий кінець талевого каната; 2 – затискач; 3 – трансформатор тиску (давач); 4 – трубопровід; 5 – основний манометр – показник маси; 6 – панель; 7 – реєстратор; 8 – бачок з незамерзаючою рідиною

Контролюючи масу на гаку в процесі буріння, бурильник за допомогою гальма подає буровий інструмент. Проте таке подавання не забезпечує точності і постійності навантаження на долото, що встановлюються режимом буріння. У зв’язку з цим появилась необхідність у створенні автоматичного регулятора подавання долота РПД. На рис. 1.12 показано регулятор подавання долота РПДЕ-3, який складається з пульта керування 1, що вмикає давачі осьового навантаження 4 і швидкості подавання 3 з перемикачем 15, приладу реєстратора 2, давача маси 5, рукоятки керування 14, підсилювачів 11 і 12, які знаходяться в станції керування, двигуна генератора 10, силового вузла, що включає двигун постійного струму 9 і редуктор 8, ланцюгової передачі 7 з лебідкою 6. Залежно від вимог регулятор може підтримувати або постійне навантаження, або постійну швидкість подавання.

Рисунок 1.12 – Принципова схема регулятора подавання РПДЕ-3

Частоту обертання ротора вимірюють тахометрами різних конструкцій. Тиск бурового розчину визначають технічними манометрами.

Слід відзначити, що контроль і встановлення режиму буріння за поверхневими показниками, особливо в турбінному бурінні, не дає достатньо точної інформації через можливість часткового прилипання бурового інструменту до стінок свердловини, впливу гідравлічних опорів і ін. У зв’язку з цим є актуальним створення пристроїв автоматичного вимірювання тиску долота на вибій свердловини і кількості обертів турбобура безпосередньо у свердловині з передачею показників на поверхню. І хоча є декілька конструкцій подібних пристроїв, їх роботоздатність залишається низькою.