Разрушенной породы о металл (fш) ……………………………. 0,3-0,5

То же о стенки скважины (f_с )…………………………………… 0,8-1,0

Производительность шнекового транспортера должна быть не меньше производительности долота с учетом разбуривания стенок скважины (коэф. 1,0-1,3) и разрыхления породы (коэф. 1,3-1,6). Взаимосвязь частоты вращения и углубки за оборот определяется, исходя из:

• возможной производительности шнекового транспортера;

• заполнения шнека, равного 0,1-0,3 шага спирали;

• разрыхления породы.

Так, для эффективного бурения шнеками необходимая частота вращения составляет:

Диаметр шнека, мм Частота вращения, мин^-1

(минимум/макс.)

70-100…………………………………….160-200/500-700

150-200…………………………………….80-100/150-200

Увеличение частоты вращения эффективно в рыхлых и сыпучих породах; снижение – в вязких.

Мощность при шнековом бурении может колебаться в широких пределах в зависимости от режима, т.е. от соотношения частоты вращения и подачи за один оборот (табл. ). Завышение частоты вращения приводит к излишнему расходу мощности, появлению вибраций и т.д. Превышение рациональной подачи нарушает стабильность работы транспортера, что в вязких породах приводит к образованию между лопастями шнеков уплотненных зон породы («сальников»), развивающихся под действием породы, поступающей с забоя за счет продолжающейся углубки. Признаком возникновения сальников является повышение крутящего момента на вращение колонны, а также прихваты в скважине.

В мощности, затрачиваемой при шнековом бурении, значительную часть занимают потери на трение долота о породу и породы о лопасти шнека. Поэтому одной из мер снижения потребляемой мощности является подача на забой скважины воды при бурении сухих и вязких пород. Вода заливается в затрубное пространство или закачивается через полый шнек.

Режим бурения пород I-III категории по буримости

При проходке мягких пород процесс разрушения породы не требует значительных затрат энергии, и скорость бурения может быть высокой. При этом большой объем выбуренной породы требует его своевременного и качественного удаления от чего зависит эффективность бурения. В этих условиях долото должно отвечать следующим требованиям:

1. режущие лопасти должны быть максимально приближены к спирали шнека;

2. переход лопастей долота на спираль должен быть плавным, без резких уступов;

3. режущие лопасти долота должны иметь оптимальные углы резания.

В устойчивых песчано-глинистых отложениях (супеси, суглинки, песчаные глины) осевая нагрузка должна поддерживаться в пределах 400-500 даН. При образовании на шнеках пробок нагрузка снижается и производится расходка снаряда.

Частота вращения при шнековом бурении должны быть в пределах 100-200 мин^-1. Меньшие значения относятся к бурению более вязких пород. Снижение частоты ниже 100 мин^-1 приводит в ряде случаев к ухудшению транспортировки породы. Увеличение числа оборотов эффективно при проходке рыхлых пород. Увеличение частоты вращения до 200 мин^-1 и более вызывает вибрацию инструмента, что ведет к его разрушению, ухудшает транспортировку породы и повышает расход мощности. Скорость вращения порядка 200 мин^-1 используется для очистки шнеков; для этого производят вращение колонны без подачи в течение 1-2,0 мин в приподнятом на 0,5-0,7 м над забоем состоянии.

Бурение сухих и водоносных песков происходит без затруднений, но следует помнить, что после извлечения инструмента стенки скважины на этом интервале могут обрушиться или заплыть. Бурение прослоев песков мощностью до 2,5-3,0 м следует проходить с максимальной скоростью, а после проходки интервала осуществлять расходку инструмента для уплотнения стенок скважины.

Интервалы неустойчивых пород значительной мощности можно бурить с одновременной обсадкой. Частота вращения при этом не должна быть более 40-60 мин^-1. Более эффективным способом проходки скважин в неустойчивых породах является бурение с использованием полых шнеков.

Вязкие и плотные глины представляют наибольшие трудности при шнековом бурении:

• обладая высоким коэффициентом трения, глины плохо транспортируются шнеками и часто образуют пробки на спиралях;

• глины при транспортировке втираются в стенки скважины и образуют толстую корку; диаметр скважины постепенно уменьшается до диаметра шнеков; увеличивается расход мощности; осложняются бурение и СПО.

Эффективность проходки глинистых пород зависит от степени обеспечения непрерывного выноса разрушенной породы на поверхность. Для этого целесообразно применять шнеки с уменьшенным шагом спирали S = (0,4…0,5) · D.

Если вязкость глин так велика, что ликвидировать пробки породы невозможно, следует вести бурение рейсами с извлечением снаряда после углубки на 1,0-1,5 м.

Итак, основным в технологическом режиме шнековом бурения в мягких породах является выбор таких значений подачи снаряда и частоты его вращения, которые обеспечивают непрерывный и полный вынос разрушенной породы шнеком.

На рис. приведена номограмма зависимости частоты вращения n, радиуса шнека R и подачи  h для шнека с R=100 мм, радиусом трубы r = 45 мм, шагом спирали S мм и коэф. трения породы о стенки скважины f_с = 0,9. Эту номограмму можно использовать для ориентировочного выбора значений подачи бурового инструмента, исходя из конкретных условий работы.

Пример пользования номограммой.

1. Исходные данные: n = 150 мин^-1 ; коэф. трения породы о шнек f_ш = 0,4.

Найдя точку пересечения кривой f_ш = 0,4 с горизонтальной линией n = 150, опускаемся по вертикали вниз, и находим максимально допустимую подачу для этих условий:  h = 17,6 мм; при этом коэф. наполнения породой межвинтового пространства К_н = 0,3 ·S; шнек работает всей шириной спирали (100-45=55 мм).

2. При бурении достигнута глубина скважины, при которой мощность привода недостаточна для работы с n = 150 мин^-1 , а следующая ступень частоты вращения равна 110 мин^-1. Аналогична п.1 находим  h = 12,7 мм при К_н = 0,3 ·S; шнек будет работать только частью ширины спирали (100-65=35 мм).

3. Если мощность привода недостаточна и при n = 110 мин^-1 , можно принять  h = 8,5 мм при условии уменьшения К_н до 0,2 ·S.

Шнековое бурение в большинстве случаев может осуществляться без приложения к долоту дополнительной осевой нагрузки. Внедрение в мягких породах происходит под действием веса шнека с породой, а также реактивного усилия, возникающего при транспортировке разрушенной породы; это дополнительное усилие достигает 80-120 даН на 1 м длины шнековой колонны. В ряде случаев в связи с этим возникает необходимость разгрузки долота во избежание резкого возрастания крутящего момента. Разгрузка осуществляется лебедкой или механизмом подачи.

Дополнительная осевая нагрузка прикладывается к долоту достигая 1500-3000 даН при забуривании скважины, особенно в мерзлых породах, при бурении по сухим плотным глинам и пескам.