Работа с трехконусным буровым долотом: как вес бурового долота и частота вращения на самом деле влияют на породу.
Трехконусное долото на дне скважины выполняет с пластом одну из трех функций. Только одна из них — бурение.
При малой нагрузке на долото — ниже предела прочности породы на сжатие — зубья не врезаются в породу. Они скользят по дну, перемалывая породу за счет трения. Проникновение незначительно. Зубья быстро изнашиваются, практически не продвигаясь вперед. Это поверхностное дробление, и это самый дорогой способ вращения долота, поскольку расходуется карбид и подшипники практически при нулевом пробеге.
При промежуточной нагрузке на шельф — приближающейся к пределу прочности породы на сжатие, но не превышающей его — зубья все еще не проникают полностью, но выполняют полезную функцию: они создают сеть микротрещин на поверхности пласта. Каждый удар зуба немного расширяет эти трещины. В конце концов, после достаточного количества циклов, порода подвергается усталости и откалывается. Это работает, но медленно. Это зона усталостного разрушения.
При полной нагрузке на долото — выше предела прочности породы на сжатие — зубья вдавливаются. Каждое проникновение зуба создает кратер в результате хрупкого разрушения. Отлетает стружка. Долото продвигается вперед. Это объемное дробление, и это единственная зона, где происходит фактическое бурение.
Секрет не только в том, чтобы набрать достаточный вес для достижения максимального объема тренировок. Дело в самом процессе выполнения упражнений.верновес иверноСкорость зависит от типа породы, в которой вы работаете. Потому что соотношение между осевой нагрузкой, частотой вращения и скоростью проходки резко меняется в зависимости от того, что находится под долотом.
Как горная порода влияет на параметры
Мягкие, пластичные образования— Глина, мягкий сланец, рыхлый песок. Зубья легко проникают в породу. Ограничивающим фактором является не проникновение в породу, а достаточно быстрая очистка скважины, чтобы предотвратить заклинивание долота. Используйте умеренную нагрузку на долото — достаточную для удержания зубьев в зацеплении, но не настолько большую, чтобы долото забивалось. Установите максимально возможную частоту вращения, которую могут обеспечить ваша буровая колонна и буровая установка, поскольку скорость проникновения в этих породах почти линейно зависит от скорости вращения. Удвоение частоты вращения примерно удваивает скорость проникновения. Зубья мало изнашиваются в мягких породах, поэтому скорость ничего не стоит.
Среднетвердые пласты— Твёрдый известняк, доломит, среднезернистый песчаник. Здесь правила игры меняются. Зубья должны раздробить породу, чтобы проникнуть внутрь, а раздробление занимает время. Удар должен распространиться по породе, должны образоваться трещины, должны отделиться осколки. Если вращать слишком быстро, зубья сдвинутся с места до того, как трещина завершится — вы оставляете частичные трещины внизу вместо того, чтобы удалять целые осколки. Результат: более высокая частота вращения не приводит к пропорционально более быстрому проникновению. Она просто быстрее изнашивает зубья, потому что они ударяются о частично трещиноватую породу на более высоких скоростях поверхности.
Реальные цифры: в породах средней твердости (около 6-7 по шкале Протодьяконова) удвоение частоты вращения может увеличить проникающую способность на 50-70%, а не на 100%. Снижение эффективности возрастает с увеличением твердости.
Твёрдые, абразивные образования— гранит, кварцит, кремень. Теперь у вас две проблемы: породе требуется время для разрушения, и порода изнашивает зубья во время работы. Частота вращения выше оптимальной активно контрпродуктивна. Зубья не могут завершить цикл разрушения на более высоких скоростях, поэтому глубина проникновения стабилизируется или даже снижается. Тем временем твердосплавные зубья трутся о твердую, абразивную породу с более высокой линейной скоростью, поэтому износ ускоряется. В каждом пласте существует практический потолок частоты вращения, за пределами которого вы просто превращаете срок службы долота в шум.
Экспериментальные данные это подтверждают. В контролируемом тесте для различных марок горных пород удвоение частоты вращения коронки привело к увеличению глубины проникновения на 93% в мраморе 4-й марки, но лишь на 28% в порфиритовом граните 9-й марки. При изменении марки горных пород от 4 до 9 увеличение частоты вращения коронки следует нисходящей кривой. В самых твердых и абразивных породах увеличение частоты вращения коронки практически ничего не дает — оно лишь сокращает срок службы коронки.
Лучшая точка на ВОБ, камень за камнем
Липкие, пластичные образования(глина, аргиллит, мягкий сланец): легкая нагрузка на долото. Эти породы легко врезаются в грунт. Слишком большой вес забивает пласт в зазоры между зубьями бурового долота, и долото набивается комками. Буровой раствор низкой вязкости и плотности помогает предотвратить набухание и застревание. Углеродистые сланцы особенно склонны к обрушению — поддерживайте гидравлическое движение и легкую нагрузку на долото.
Абразивные образования(кварцевый песчаник, конгломерат): более высокая нагрузка на долото. Если не прилагать достаточных усилий для полного сжатия зубьев, они слишком долго находятся в зоне усталости, трутся о породу и изнашиваются. Больший вес означает меньшее измельчение и большее сжатие, что парадоксальным образом снижает износ зубьев. Конгломерат увеличивает риск смещения долота и повреждения от ударов — держите колонну стабильной и не перекручивайте ее.
Трещиноватые, кавернозные образования(карстовый известняк, зоны разломов): сниженная осевая нагрузка. Когда долото натыкается на пустоту или зону трещины, вес резко сбрасывается, а затем снова резко возрастает. Высокая осевая нагрузка в таких условиях ломает зубья и повреждает подшипники. Сбавьте скорость, вращайте долото равномерно и позвольте ему пройти через зону трещины, не сопротивляясь.
Перемежающиеся формации(Чаревание твердых и мягких слоев): это самый сложный для настройки режим бурения. Долото постоянно подвергается воздействию изменяющейся прочности породы. Сила осевого давления, подходящая для твердого слоя, слишком велика для мягкого. Компромисс: настройка под твердые слои и смирение с несколько неоптимальной производительностью в мягких. Долото, выдерживающее работу в твердых слоях, бурит быстрее, чем то, которое оптимизировано для мягких слоев и разрушается в твердых.
Правило, которое всё это объединяет
ВОБ (осевой вес) определяет, насколько плотно зуб зацепляется за камень. обороты в минуту (обороты в минуту) определяет, сколько раз в минуту происходит зацепление. Но камень устанавливает предел скорости, с которой может завершиться зацепление, прежде чем зуб переместится дальше.
Если ничего больше не запомните: мягкие породы любят высокие обороты, а твердым — время. Если слишком сильно нагружать твердую породу, бурение не будет быстрее — вы просто изнашиваете долото. Если слишком сильно нагружать мягкую породу, бурение не будет глубже — вы забиваете долото. Если правильно подобрать баланс, то то самое долото, которое в последней скважине работало очень медленно, станет тем, за которое будут бороться бригады.
