Термомехани-ческий способ бурения.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 9Следующая ⇒

Вращательный способ бурения гор-ных пород твердо-сплавным или алмаз-ным буровым инстру-ментом с одновре-менным нагреванием до высокой темпе-ратуры торца инстру-мента и горной породы на забое. Нагревание породы снижает ее твердость и упругость, повышает пластич-ность.

IV. Вибрационное бурение.

При вибрационном бурении используются приостренные наконечники (грунтоносы), которые соединяются через бурильные трубы с вибратором. Применяется для бурения преимущественно несвязных горных пород (пески). Углубление скважины происходит практически без разрушения горной породы за счет разуплотнения вследствие уменьшения сил трения между слабосвязанными частицами породы.

VI. Шароструйное бурение.

При шароструйном бурении для разрушения горных пород используется энергия большого коли-чества стальных или твердосплавных шаров, многократно соударяющих-ся с забоем с большой скоростью. Шары приво-дятся в движение специ-альным жидкостным или воздушным инжекторным (шароструйным) аппаратом.

При соударении шаров с горной породой со скоростью порядка несколь-ких десятков метров в секунду твердая горная порода разрушается. Продук-ты разрушения частично циркулируют с инжекти-руемой жидкостью, измель-чаются, вследствие чего шлам, образующийся при шароструйном бурении, легко выносится из скважины восходящим потоком промывочной жидкости.

На рис. 4.6 приведены схемы, поясняющие связь основных параметров резцов буровых инструментов, таких как размер, угол приострения и передний угол с твердостью горных пород.

Как следует из схемы на рис. 4.6, с увеличением твердости горных пород размер резцов Н_р уменьшается, угол приострения α возрастает, а передний угол γ_п из положительного становится отрицательным, и его отрицательное значение увеличивается по мере повышения твердости горных пород.

На рис. 4.7 приведены ориентировочные значения механической скорости бурения различными типами буровых инструментов в зависимости от категории горных пород по буримости.

Наиболее производительным из механических способов бурения скважин в твердых породах является процесс бурения забойными пневмоударниками при высоком значении давления подаваемого воздуха.

Вращательное и вращательно-ударное бурение алмазным инструментом твердых пород значительно уступают по производительности пневмоударному бурению.

В то же время следует учитывать, что выбор способа бурения, бурового инструмента и его диаметра определяется, прежде всего, решаемой бурением задачи, которая определена при производстве геологоразведочных работ геологическим заданием на бурение скважины. С учетом этого обстоятельства альтернативы вращательному бурению твердосплавными резцовыми и алмазными коронкам различного типа в настоящее время в геологоразведочном производстве нет.

Основные принципы и закономерности

Разрушения горных пород при бурении

Эффективность бурения определяется объемом разрушенной буровым инструментом породы в единицу времени. Объем разрушенной породы в единицу времени непосредственно связан с величиной мощности N, подводимой к забою.

Объем породы, разрушаемый в единицу времени, можно определить из зависимости [30]:

, (4.1)

где N – мощность, подведенная к забою для разрушения породы в единицу времени, кВт ч;

А_V – энергоемкость разрушения породы определенного объема, кВт/м³.

Объем разрушенной в единицу времени породы можно определить, используя значение скорости бурения:

, (4.2)

где v_м – механическая скорость бурения, м/ч;

F – площадь забоя скважины, м².

Из равенства формул для определения объема разрушенной породы (4.1) и (4.2) получим [30]:

. (4.3)

Из данного выражения следует общая и основная формулировка зависимости скорости бурения от основных факторов: cкорость бурения пропорциональна количеству подведенной к забою мощности, обратно пропорциональна энергоемкости разрушения породы и площади забоя.

Таким образом, интенсификация процесса разрушения горной породы при бурении может осуществляться вследствие:

- увеличения передаваемой горной породе энергии, что предполагает также необходимость снижения ее потерь при передаче от источника энергии до забоя скважины;

- уменьшения энергоемкости процесса разрушения горной породы;

- уменьшения площади забоя скважины.

В свою очередь увеличение передаваемой горной породе энергии может быть получено в результате:

- увеличения частоты вращения породоразрушающего инструмента;

- увеличения осевой статической или ударной нагрузки на породоразрушающие резцы бурового инструмента;

- передачи горной породе дополнительной тепловой энергии (термомеханическое бурение);

- передачи горной породе дополнительной гидродинамической энергии (гидромониторное бурение).

Уменьшение энергоемкости разрушения горной породы можно достичь за счет:

- создания породоразрушающего инструмента максимально соответ-ствующего по своим характеристикам прочностным свойствам горных пород;

- применения понизителей твердости горных пород (жидкости с ПАВ, применение ультразвуковых колебаний и др.);

- разработки оптимальных режимов бурения.

Реальное уменьшение потерь энергии, при передаче от источника до породоразрушающего инструмента, возможно вследствие перемещения привода вращения инструмента к забою скважины (применение забойных гидро- или электродвигателей, редукторов-мультипликаторов, повышающих частоту вращения инструмента при умеренной частоте вращения бурильной колонны).

Уменьшение площади забоя скважины происходит за счет непрерывного уменьшения диаметра породоразрушающих инструментов и площади их торца (применение, например, коронок с утонченной рабочей поверхностью короночного кольца).

Отношение =N_o в формуле (4.3) определяет значение удельной забойной мощности, подводимой к инструменту для разрушения породы, которая ограничена возможной прочностью породоразрушающего инструмента. Поэтому наиболее перспективным для достижения высокой скорости бурения является поиск условий, обеспечивающих минимальную энергоемкость разрушения породы.

На рис. 4.8 приведены экспериментальные зависимости [10], отражающие связь механической скорости бурения с мощностью, подводимой к забою. При определенном уровне подводимой мощности механическая скорость бурения начинает снижаться, и возрастают удельные энергозатраты, т.е. режим разрушения породы становится неэффективным.

Влияние площади забоя на скорость бурения при ударном разрушении горных пород определяли в процессе экспериментов в работе [12]. Результаты исследований свидетельствуют о значительном увеличении показателей бурения с уменьшением диаметра скважины (табл.4.1).

Таблица 4.1

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 308; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!