Напомню, что мы рассматриваем осевую нагрузку на долото, как один из параметров рационального (оптимального) режима бурения. Сегодня попробуем разобраться, как работа долота на забое влияет на качественные и количественные показатели процесса бурения.
Для начала, поговорим про выбор долот при проектировании процесса строительства скважины. Есть мнение, что успех строительства скважины напрямую зависит от рационального выбора долот и грамотного подбора бурового раствора, с этим трудно не согласиться.
Основным фактором, который влияет на выбор долота, является геологический разрез скважины, то есть горные породы и их свойства. Сегодня мы не будем останавливаться на видах долот, особенностях их конструкций, назначении и т.д., наша задача – понять, как влияет осевая нагрузка на эффективность строительства скважины.
Напомню, что рациональный выбор долот должен в конечном итоге обеспечить минимальную стоимость одного метра проходки, именно этот показатель мы выбрали в виде универсального критерия оценки эффективности строительства скважины. С одной стороны, чем больше проходка на долото, тем меньше долот нужно для строительства скважины, меньше спусков и подъемов колонны бурильных труб для замены долот, что даст значительную экономию времени при строительстве скважины. С другой стороны, существуют долота, у которых проходка превышает 1500-2000м, но стоимость таких долот на порядок больше, чем у обычных долот PDC или шарошечных долот. Каждый из нас сталкивается с похожей ситуацией, когда приходится выбирать автомобиль или другую дорогостоящую технику.
Проходка на долото является, пожалуй, одним из главных показателей работы долота на забое, измеряется в метрах или часах непрерывной работы на забое скважины.
Идея такая, долото, в идеале, после окончания проходки должно быть полностью отработано (вооружение долота должно быть полностью изношено), но долото не должно быть разрушено. Разрушение долота на забое скважины – это авария со всеми, вытекающими последствиями.
Определить проходку на долото, достаточно сложная задача. Никаких формул или алгоритмов не существует, только аналитика. Зная геологический разрез будущей скважины, нужно провести анализ отработки долот на соседних месторождениях с примерно похожими геологическими условиями. Понятно, что существует достаточно большая погрешность при таком способе определения проходки на долото, но другого просто нет. После того, как долота для строительства будущей скважины выбраны, необходимо определить проходку для каждого из них.
Давайте попробуем разобраться каким образом осевая нагрузка влияет на проходку долота.
Осевая нагрузка на долото G - это сила, прижимающая долото к забою скважины в процессе бурения, измеряется в кН, в нашей стране принято измерять нагрузку на долото в тоннах.
На практике доказано, что чем выше осевая нагрузка на долото, тем выше механическая скорость бурения. Проще говоря, чем выше сила, прижимающая долото к забою с одновременным его вращением, тем быстрее происходит углубление ствола скважины. Если, для простоты, принять в виде критерия эффективности строительства скважины механическую скорость бурения, то можно утверждать, что чем выше осевая нагрузка, тем лучше. Нас сдерживает только предельно допустимая нагрузка на долото, которая определяется для каждого долота заводом изготовителем.
Каждое долото имеет паспорт, в котором указаны все его технические характеристики, в том числе и предельная нагрузка. Есть специальные технические справочники, например, «Спутник Буровика», в которых можно найти всю необходимую информацию по большинству видов долот.
Необходимо помнить, что в процессе бурения нагружать долото можно не более чем на 80 процентов от предельно допустимой нагрузки.
Так вот, можно не заморачиваться и прописать в регламенте нагрузку на долото равную 80 процентам от предельной, но мы с вами должны выбрать рациональную нагрузку.
Нагрузка на долото, в любом случае, должна превышать (причем значительно) прочность горных пород, которые предстоит разбуривать. В этом случае разрушение горной породы будет протекать в зоне, так называемого, объемного разрушения, которая считается наиболее рациональной. Мне крайне не хочется морочить вам голову графиками зависимости механической скорости бурения от осевой нагрузки на долото. Если это кому-то необходимо, информации в интернете предостаточно.
Прочность горных пород определяется экспериментально в лабораторных условиях. Именно поэтому, большой объем бурения при строительстве разведочных скважин производится с отбором керна.
Так же необходимо учитывать анизатропность горных пород, свойства горных пород, в том числе и прочность, не одинаковы по направлению воздействия на породу.
Существует достаточно большое количество справочной литературы для определения прочности той или иной горной породы, но необходимо учитывать, что геология полна загадок и сюрпризов.
Определяя нагрузку на долото, необходимо четко понимать, что сверхвысокие нагрузки резко ускоряют износ вооружения долот.
Обратите внимание, можно грузить долото по максимуму (80 процентов от предела), при обеспечить максимальную механическую скорость бурения, но проходка при таком экстремальном режиме, за счет быстрого износа вооружения, составит, например, 300м.
Можно не гнаться за механической скоростью и грузить долото с нагрузкой превышающей прочность горной породы, но не максимальной, при этом проходка возрастет, например, до 350м., что обеспечит уменьшение количества долот при строительстве скважины и сэкономит время на спуско-подъемных операциях. В итоге, скорее всего, такой режим бурения обеспечит уменьшение стоимости строительства.
Далеко не всегда, максимальные темпы строительства скважины, показывают наилучшие финансовые показатели, за счет уменьшения затрат, зависящих от времени.
В любом случае, инженер, который определяет проходку на долото, делает это с учетом осевой нагрузки. Чем больше нагрузка, тем меньше проходка. В регламенте все это четко прописано, поинтервально определены долота и прописан режим их эксплуатации.
А теперь представьте себе, что вы выбились из графика строительства, а план строительства нужно выполнить иначе у всех будут финансовые неприятности.
Проще всего увеличить нагрузку на долото, пытаясь увеличить механическую скорость бурения. Ну во-первых, нарушать регламент запрещено, по крайней мере, без согласования с заказчиком. Во-вторых, это может привести к разрушению долота на забое, а это авария, для ликвидации которой потребуется значительное время, да и скрыть ее вряд ли удастся. Можно, конечно, понадеется на русский авось и долото не разрушится на забое, но мы то сегодня говорим про рациональность, а не про удачу.
Если по каким-то причинам, вам необходимо значительно увеличить нагрузку на долото сверх прописанной в регламенте, необходимо будет уменьшить проходку на долото.
Итак вывод.
Рационально подобранная нагрузка на долото, должна обеспечить, по моему мнению, максимальную проходку на долото и безаварийную работу долота на забое скважины, что в конечном итоге обеспечит эффективное строительство скважины.
В следующей статье мы обсудим влияние частоты вращения долота на качественные и количественные показатели процесса бурения скважины.
Продолжение следует.