Оптимизация процесса вращательно-ударного бурения
При вращательно-ударном
бурении в качестве
критериев оптимизации принимаются средняя механическая скорость при проходке
пород, не вызывающих падение последней в течение рейса, и отношение начальной
механической скорости бурения V0 к ее декременту
α(K=V0/α) при проходке пород с интенсивным падением
механической скорости в течение рейса. Величина К характеризует
производительность бурения. Физический смысл К следующий: начальная
механическая скорость характеризует интенсивность процесса разрушения породы, а
декремент скорости α — интенсивность воздействия породы и выбуренного шлама на
коронку.
В качестве управляемых факторов, по которым оптимизируется
процесс вращательно-ударного бурения, принимаются осевая нагрузка, частота
вращения снаряда и расход очистного агента. На первом этапе процесс бурения
следует оптимизировать по расходу очистного агента, так как этот параметр в
меньшей степени взаимосвязан с другими и непосредственно влияет на
энергетические показатели гидроударной машины. Таким образом, оптимизация
процесса вращательно-ударного бурения сводится к определению математических
моделей связи между критерием оптимизации (FM и К), осевой нагрузкой и частотой
вращения снаряда при постоянных значениях расхода очистного агента, энергии и
частоты ударов. По максимальному значению критерия выбирается рациональный режим
бурения.
На основании фактических данных по бурению вращательно-ударным
способом разработаны технологические рекомендации, в которых выделено четыре
группы пород:
- упруго-пластичные (область твердосплавного бурения);
- упруго-хрупкие, не вызывающие заполирования алмазов;
- упруго-хрупкие, вызывающие заполирование алмазов (область алмазного бурения);
- трещиноватые.
Упруго-пластинчатые породы (область твердосплавного бурения)
Упруго-хрупкие породы, не вызывающие заполирования алмазов (область алмазного бурения)
В табл. 7.30 приведены рекомендации по рациональным типам алмазных коронок при вращательно-ударном бурении.
Породы, вызывающие заполирование алмазов
Наибольшее влияние на процесс заполирования алмазов имеет частота вращения коронки. В табл. 7.31 приведены показатели вращательно-ударного бурения гранита (при различной частоте вращения снаряда, осевой нагрузке 15 кН, расходе очистного агента 40 л/мин на забой и 150 л/мин на гидроударник), в том числе показатели механической скорости V0, ее декремента α и их отношение (критерий оптимизации).
Трещиноватые породы
При их бурении получен наибольший рост показателей вращательно-ударного бурения по сравнению с вращательным главным образом потому, что наложение ударных импульсов уменьшает подклинивание керна.
Общие рекомендации по режимам вращательно-ударного бурения
Таблица 7.33. Рекомендации по рациональным режимам вращательно-ударного бурения
| Группа горных пород | Типичные представители породы | Категория по буримости ρм) | Характер разрушения | Тип коронки | Режим бурения | |||||
| Осевая нагрузка, даН | Частота вращения, мин-1 | Расход очистного агента, л/мин | ||||||||
| 59 | 76 | 59 | 76 | 59 | 76 | |||||
| I. Упруго-пластичные | Известняки, песчано-глинистые сланцы, лабрадориты, гранодиориты. песчаники с глинистым цементом и др. | V—VIII (8-20) |
Превалирует смятие- резание | СА5 СМ5 КС и др. |
1100 | 1400 | 450 | 350 | 100— 120 | 140—150 |
| II. Упруго-хрупкие, не вызывающие заполирование алмазов | Габбро, диориты, сиениты, порфириты, базальты, песчаники, некоторые типы гранитов и др. | IX—XI (20—70) |
Хрупкий скол, образование трещин, раздавливание, частичное резание | 01АЗ 01А4 07АЗ 04ДП 06ДП |
max | max | max | max | 110—120 | 140—150 |
| III. Упруго-хрупкие, вызывающие заполирование алмазов | Граниты, кварциты, джеспилиты, таккониты, некоторые типы песчаников и роговиков | IX—XII (20—90) |
Микрорезание, царапание породы, обусловленное шероховатостью поверхности алмаза | 02ИЗ 02И4 03И5 01АЗ 01А4 |
1000 | 1500 | 200— 800 | 150— 600 | 40 (на коронку) 120 (на гидро- ударник) |
80 (на коронку) 150 (на гидро- ударник) |
| IV. Трещиноватые | Породы I—III групп, разбитые интенсивной трещиноватостью или тектоническими нарушениями | V—XII (8—90) |
Скол, резание, микрорезание и др. | СА (для пород до VII— VIII ка- тегории) 14АЗ, 02ИЗ, 02И4 (для более твердых по род) | 3500— 1350 | 500— 1800 | 200— 300 | 150— 250 | 40 (на коронку) 120 (на гидро- ударник) | 80 (на коронку) 150 (на гидро- ударник) |
Примечание. Максимально возможные значения осевых нагрузок и частот вращения (max) следует выбирать, исходя из прочности бурильного вала и технологических ограничений по выходу керна, искривления скважины, наличия в скважине колонны обсадных труб и др. факторов.
