Шнековое бурение неглубоких скважин

При проектировании технологического режима шнекового бурения неглубоких скважин необходимо выбрать такие значения подачи бурового инструмента и частоты его вращения, которые обеспечивают непрерывный и полный вынос разрушенной породы шнеком.

Шнековое бурение в породах I-III категории по буримости может осуществляться без приложения к долоту дополнительной осевой нагрузки. Дополнительную осевую нагрузку следует предусмотреть при забуривании скважин (в мерзлых породах при бурении по сухим плотным глинам и пескам).

Минимальная частота вращения шнека nmin (в мин-1), обеспечивающая транспортирование пород вверх, определяется по формуле

              (16.1)

где α - угол подъема винтовой линии ребра шнека; ƒ_ш=0,2 - коэффициент трения породы о винтовую поверхность шнека; R - радиус шнека, м; ƒ_с=0,5÷0,6 - коэффициент трения породы о стенки скважины; К₁=0,8÷0,9 - коэффициент, учитывающий заполнение шнека; К₂=0,9 -коэффициент, учитывающий действие сил трения на транспортируемые частицы.

Частота вращения (в мин¹), необходимая для обеспечения производительности шнека, определяется по формуле

                   (16.2)

где α_r=arctgS_ш/2πr - угол подъема винтовой линии у бурильной трубы радиусом r; S - шаг винтовой линии.

Скорость бурения v_ш в зависимости от частоты вращения в породах IV-VI категорий по буримости выражается формулой

ν_ш=К_рn^λ             (16.3)

где К_р - опытный коэффициент, зависящий от осевой нагрузки Р_ш:

Рш,кН	Кр	Рш,кН	Кр
11,3	0,0043	15,2	0,0150
12,9	0,0125	18,0	0,0270

В выражении (16.3) λ - показатель степени: 1,8 - для аргиллитов и песчаников. Рекомендуемые частоты вращения, мин^-1: для известняков - 80-130, для аргиллитов - 130, для песчаников - 100-110.

Максимально допустимая скорость бурения vш имеет вид:

             (16.4)

где R и r - радиусы шнека и трубы шнека, м; φ₃=0,2÷0,5 - коэффициент заполнения свободного сечения шнека; v_z - вертикальная составляющая скорости движения породы, м/мин; j=1,1÷1,2 - коэффициент, учитывающий расширение скважины вследствие разбуривания; k_р - коэффициент разрыхления породы.

Пример 16.1. Определить минимальную частоту вращения шнека диаметров D_ш=230 мм (230- 10-3м).

Решение. Угол подъема спирали α=13°, K₁K₂=0,8 по формуле (16.1) получаем

Пример 16.2. Найти минимальную частоту вращения шнека D_ш=185 мм (185·10^-3м), при которой разрушенная порода будет перемещаться к периферии шнека и транспортироваться на поверхность.

Решение. Находим:

r=102·10^-3:2=0,051м; шаг спирали S_ш=125·10^-3м.

Определяем α_r

Принимая ƒ_min=0,2 по формуле (16.2) определяем n_min

Пример 16.3. Определить максимально возможную скорость бурения в глинистых породах с галькой, если известно, что υ_z=7м/мин, К_р=1,4; R=73·10^-3м; r=30·10^-3м.

Решение. Принимая ψ_з=0,3; j=1,2 и подставляя заданные величины в формулу (16.4), найдем

Вывод: максимально допустимая скорость бурения не должна превышать 3,26 м/мин, в противном случае разбуренная порода не успеет подняться с забоя к устью.