Выбор долота

Задачу выбора типа долота для разбуривания конкретной горной породы или пачки пород ВНИИБТ предлагает решать с помощью специальной методики, основанной на статистической обработке обширной промысловой информации.

На основе региональных исследований физико-механических свойств горных пород определяются классификационные характеристики пород, и строится мелкомасштабный геологический разрез (табл. 2.10). Для разделения проектного геологического разреза на характерные пачки используется метод реперных долот, который позволяет, обоснованно группировать смежные разности горных пород в характерные пачки или разделять эти разности в отдельные пачки, а также устанавливать четкие границы залегания этих пачек пород.

Выбор рациональных типов долот осуществляется по Обобщенной классификационной таблице соответствия типов шарошечных долот свойствам горных пород (ОКТ) (рис 2.1) или по Классификационной таблице парных соответствий категорий твердости и абразивности пород типам шарошечных долот (КТС) (рис.2.2).

Рис.2.1. Обощённая классификационная таблица соответствия типов шарошечных долот свойствам горных пород Структура ОКТ (см.рис 2.1) разработана таким образом, что гистограммам содержания (в %) в пачках разных по твердости и абразивности горных пород классификационно поставлены в соответствие определенные типы шарошечных долот, наилучшим образом (по минимуму эксплуатационных затрат на проходку 1 м скважины) обеспечивающие это соответствие. Выбор рационального типа долота осуществляется путем сравнения гистограмм, полученных при построении МКР, с типовыми гистограммами в ОКТ. Например, если при построении МКР получены гистограммы, в наибольшей степени совпадающие по форме и абсолютным значениям содержания пород с различными категориями твердости и абразивности, соответствующие типовым гистограммам в ОКТ, расположенным во второй строке сверху, то для такой пачки рациональным будет долото типа МЗГ.

В случае, если гистограммы, полученные в МКР, значительно отличаются от типовых в ОКТ, то необходимо выбирать рациональный тип долота по КТС.

Величина Е_уд представляет собой меру эффективности работы долота в конкретных условиях и характеризует взаимодействие между долотом и породой:

         (2.3)

породы за 1 мин, м3,

Е_д=Р_д2πRn;           (2.4)
V=πR²υ_м;               (2.5)

R - радиус долота, м.

Е_уд зависит от типа и конструкции долота и не учитывает основные механические свойства пород. Однако то обстоятельство, что при бурении мягких и твердых горных пород значения Е_уд различны, позволяет использовать эту величину как метод для выбора соответствующего типа долота.

При заданных способе бурения и сочетаниях параметров режима бурения критерием выбора рационального типа долота для конкретной породы является стоимость 1м проходки (в руб.)

      (2.6)

где С_д - стоимость долота (с учетом соответствующих порайонных надбавок снабженческих организаций), руб.; t_б среднее значение времени механического бурения, руб.; t_спо- продолжительность спускоподъемных операций, ч; t_в- продолжительность вспомогательных операций за рейс, ч; С_ч - стоимость 1ч работы буровой установки по затратам, зависящим от продолжительности ее работы, руб/ч: h - среднее значение проходки на долото, м.

Выбор долот на основе минимальной стоимости 1 м проходки обеспечивает самое низкое значение стоимости в данном интервале скважины.

Однако во всех случаях следует рассмотреть возможность применения новых, ранее не использовавшихся на площади высокопроизводительных породоразрушающих инструментов, в т.ч. и долот с новым типом опор, вооружения схемой промывки.

При оценке возможности применения лопастных долот следует учесть большой вращательный момент, необходимой для работы таких долот, наличие твердых и абразивных пропластков, снижающих способность этих долот.

На выбор алмазных и ИСМ долот, а также долот фрезерного типа влияет наличие твердых и абразивных пород, возможность использования турбобуров. При этом необходимо учесть положительные факторы алмазного бурения: уменьшение количества спускоподъемных операций и отсутствие вращения бурильной колонны. Уменьшение воздействия на стенки скважины при алмазном бурении имеет большое значение при наличии во вскрытом разрезе неустойчивых пород.

Интервалы гидромониторной промывки выбирают с учетом потерь давления при заданной по технологическим условиям подаче насосов. Вид опоры (низкооборотная или высокооборотная) и окончательный шифр долота выбирают после определения его рациональной частоты вращения и способа бурения. Бурильные головки и керноотборные снаряды выбирают с учетом рекомендаций, изложенных выше и действующих руководящих документов.

Пример 2.1. Подобрать тип шарошечного долота для выделенной пачки горных пород в интервале 300-1300 м, представленной следующими породами:

Горная порода	Известняк	Доломит	Известняк органогенный	Доломит органогенный
Интервал, м	300-400	400-600	600-900	900-1300
Кт	6	7	6	7
Ка	4	5	4	7

Решение. По формулам (2.1) и (2.2)

К_т=(6·100+7-200+6·300+7·400)/(1300-300)=6,6;
К_а=(4·100+5-200+4·300+7·400)/( 1300-300)=5,4.

Полученные данные наносятся на рис 2.2. Из рисунка видно, что расчетная точка Д наиболее близко расположена к эталонной точке, соответствующей долоту типа ТЗ, (ТКЗ). Таким образом, для бурения пачки пород с заданными значениями классификационных характеристик рациональным является долот ТЗ (ТКЗ). Рис.2.2. Классификационная таблица парных соответствий категорий твердости и абразивностя пород типам шарошечных долот.

Пример 2.2. На рис.2.3 представлены данные по 43 скважинам, пробуренным до средней глубины 2650 м. Удельные энергии четырех типов буровых долот (кривые, 1, 2, 3 и 4) наиболее часто используемых в данном районе, были определены и нанесены на график в зависимости от глубины. Долота типов, представленных кривыми 1 и 2, - штыревые, а кривыми 3 и 4 - с фрезерованными зубцами. Необходимо найти лучшие типы долот для бурения последующих скважин.

Решение. При минимальном значении Еуд, используемой как критерий для выбора долота, из рис. 2.3 видно, что долота типов 1,2 и 3 можно использовать для бурения интервалов 762-1753, 1753-2377 и 2377-2650 м соответственно. Рис. 2.3 Зависимость удельной энергии от глубины скважины для различных типов долот При выборе типов долот могут быть использованы данные о результатах бурения соседних скважин. Однако показатели свойств различных пород в том или ином интервале бурения изменяются в широких пределах и по-разному влияют на износостойкость долот, что приводит к возникновению вероятностного подхода к проблеме их выбора.

Пример 2.3. На разведочной площади должна быть заложена скважина, бурение которой, начиная с глубины 900 м, предусматривается вести со сплошным отбором керна, наружным диаметром бурильной головки 212,7 мм. На основании геолого-геофизической информации, накопленной в результате долговременного изучения геологического строения соседних районов, проектируемой скважиной предполагается вскрыть породы, литологическое описание которых приведено ниже:

Интервал бурения, м	Литологическое описание пород
0-880	Переслаивание рыхлых глин и слабосцементированных песчаников
880-1100	Глины песчанистые с прослоями слабосцементированных песчаников
1100-1550	Чередование рыхлых глин и мелкозернистых песков
1550-2000	Песок рыхлый водоносный с редкими прослоями глин известковистых
2000-2500	Чередование глин, алевролитов и песчаников
2500-3200	Глины алевролитистые известковистые с прослоями песчаников, доломитов и известняков

Требуется подобрать бурильные головки и керноприемные устройства.

Из приведенных выше данных видно, что вскрываемые породы относятся к различным литологическим разностям. С учетом данных приведенных в табл. 2.9 и данных о работе существующих керноотборных устройств в различных регионах следует рекомендовать нижеследующие шпчразмеры бурильных головок и керноотборных устройств (см. табл. 2.11)

Таблица 2.11

Интервал бурения, м	Типоразмер бурильной головки	Керноприемное устройство
0-900	Без отбора керна
900-1100	КС 212,7/80 М		УКР 172/100 «Кембрий»
1100-1550	КС 212,7/80 МСЗ КС 212,7/80 М КС 212,7/80 СЗ		УКР 172/100 «Кембрий» То же
1550-2000	КС 212,7/80 МСЗ КС 212,7/100 ТКЗ		УКР 172/100 «Кембрий» То же
2000-2500	КС 212,7/80 СЗ КС 212,7/80 СТ		УКР 164/80 «Недра» То же
2500-3200	КС 212,7/100 ТКЗ КС 212,7/80 СЗ		То же