Три параметра, определяющие работу каждого бурового отверстия ДТХ: вращение, подача и крутящий момент.
В основе любой операции бурения с помощью погружного бурового инструмента лежат три параметра: скорость вращения, давление подачи и момент вращения. Если все три параметра соблюдены, скважина пробурится сама собой. Если же допустить ошибку хотя бы в одном из них, вы либо потратите впустую ресурс долота, либо погнете буровую колонну, либо не продвинетесь дальше.
Проблема в том, что эти три параметра взаимозависимы и постоянно меняются — с глубиной, твердостью породы, износом бурового долота. Вот как следует рассматривать каждый из них, используя полевые формулы и эмпирические правила, которые действительно применяют опытные бурильщики.
Скорость вращения: подберите индексацию в соответствии с ударом.
Задача вращения — переместить вставки бурового долота в свежую породу между ударами поршня. Долото не должно попадать в одно и то же место дважды, но и не должно вращаться настолько сильно, чтобы оставлять сплошные гребни между ударными кратерами.
Оптимальный режим работы, основанный на полевых испытаниях в твердых породах: при каждом ударе внешние калибровочные вставки должны смещаться на одну треть или половину собственного диаметра вставки. Меньшее смещение означает повторный удар по той же породе. Большее смещение приведет к образованию гребней.
Для этого существует формула: скорость вращения равна частоте ударов, умноженной на диаметр вставки, деленной на число Пи, умноженное на диаметр отверстия.
n = f × d / (π × D)
Где n — скорость вращения в об/мин, f — частота ударов в минуту, d — диаметр измерительной вставки, а D — диаметр отверстия.
Логика проста: за один удар вставка должна перемещаться на один диаметр, а окружность отверстия определяет, сколько диаметров вставки поместится за один оборот. Формула преобразует эту геометрию в обороты в минуту.
На практике при бурении водяных скважин рабочий диапазон обычно составляет 10-30 об/мин. В твердых породах скорость ниже, поскольку для разрушения каждой породы требуется полное время контакта, а в мягких породах скорость выше, так как бурение происходит глубоко, и долото может перемещаться дальше между ударами.
Давление подачи: диапазон шире, чем вы думаете.
Задача давления подачи — удерживать долото прижатым к породе, чтобы энергия поршня шла на разрушение, а не на отскок. Оптимальное значение зависит от типа молотка, твердости породы и давления воздуха.
Рабочий диапазон составляет от 6 до 14,6 килограммов на миллиметр диаметра бурового долота. Нижний предел — для мягких пород и низкого давления воздуха. Верхний предел — для твердых пород и высокого давления воздуха.
Конкретный пример: для сверла диаметром 152 мм, работающего при давлении воздуха менее 1,7 МПа, требуется усилие подачи около 6 × 152 = 912 килограммов. В более твердых породах следует стремиться к верхнему пределу диапазона — 10, 12, даже 14 кг на миллиметр — наблюдая за поведением сверла в процессе работы.
Поправка для глубокого бурения из предыдущей статьи применима и здесь: фактическое усилие подачи в скважину равно теоретическому значению за вычетом веса бурильной колонны, молотка и долота. По мере углубления скважины вычитайте подвешенный груз из показаний измерительного прибора, чтобы фактическое усилие долота оставалось постоянным.
И то же предупреждение: чем больше подача, тем не менее, тем глубже проникновение. Поршень разрушает материал. Подача — это всего лишь поддержание контакта. Передача приводит к износу вставок, нагрузке на шлицы и изгибанию нити без какого-либо результата.
Крутящий момент: число, которое никто не вычисляет.
Крутящий момент привлекает наименьшее внимание, поскольку обычно это то, что обеспечивает вращающий двигатель. Но он имеет значение, особенно в глубоких скважинах и твердых породах.
Теоретически требуемое усилие составляет около 1,06 ньютон-метров на миллиметр диаметра бурового долота. В полевых условиях следует учитывать большее усилие — около 2,7 Н·м на миллиметр — с учетом трения в скважине, бурового шлама в зазоре и возрастающего сопротивления длинной буровой колонны.
Для сверла диаметром 152 мм требуется примерно 2,7 × 152 = 410 Н·м крутящего момента. Это рабочее значение, а не теоретический минимум. В глубоких скважинах необходимо увеличить крутящий момент. В твердых, абразивных породах также необходимо увеличить крутящий момент. Требуемый крутящий момент возрастает по мере увеличения длины буровой колонны и твердости породы.
Если вращающийся двигатель работает с перегрузкой — дергается, останавливается или перегревается — значит, требуемый крутящий момент превысил доступный. Это признак того, что нужно проверить отверстие: засорение бурового шлама, обрушение стенок или заклинивание долота. Не стоит просто ехать на низкой скорости.
Три параметра вместе
Вот структура, которая связывает все три воедино:
Скорость вращенияконтролирует, насколько далеко сверло перемещается между ударами. Слишком медленная скорость приводит к потере энергии удара на уже разрушенной породе. Слишком быстрая скорость оставляет гребни и изнашивает вставки.
Давление подачиКонтролирует, насколько надежно сверло держится на месте. Слишком слабый контроль приводит к отскоку молотка и холостому выстрелу поршня. Слишком сильный контроль приводит к износу вставок и нагрузке на шлицы.
крутящий моментЭтот параметр определяет, может ли буровое долото вообще вращаться. Недостаточный крутящий момент приводит к застреванию буровой колонны в скважине. Чрезмерное усилие на входе в скважину сигнализирует о проблеме.
Они взаимодействуют. Высокое давление подачи увеличивает требуемый крутящий момент. Высокая скорость вращения увеличивает износ вставок. Высокий крутящий момент в мягких породах означает, что долото заклинивает. Эти три показателя представляют собой систему, а не контрольный список.
Бурильщик, понимающий эту систему, не нуждается в руководстве. Он анализирует скважину — скорость проходки, поток воздуха, звук вращающегося двигателя, вибрацию через органы управления — и постоянно, небольшими шагами, регулирует все три параметра одновременно. В этом и разница между бурением по инструкции и бурением по характеристикам скважины.
