Осевая нагрузка на долото

Осевую нагрузку на долото следует устанавливать, изменяя скорость движения, т. е. подачи на забой бурильного инструмента. Нагрузка на долото должна создаваться весом бурильных и утяжеленных труб. Увеличение осевой нагрузки способствует росту скорости проходки, которая может изменяться в зависимости от крепости и других характеристик проходимых пород.

Важное значение в процессе бурения скважины на воду имеет равномерность подачи бурильного инструмента на забой, сочетаемая с правильным выбором нагрузки на долото и его отработкой. Равномерная подача инструмента — один из основных факторов увеличения механических скоростей. При проходке твердых пород долотами шарошечного типа увеличение нагрузки приводит к повышению скорости бурения при условии одновременного увеличения скорости вращения ротора. При этом очень часто равномерность подачи обусловливает также и сокращение расхода буровых долот на 1 м проходки.

Повышение скорости бурения при увеличении осевой нагрузки на долото находится в прямой зависимости от количества и качества промывочной жидкости, которая в процессе разрушения породы должна обеспечить своевременную очистку забоя от шлама. Для лучшей очистки забоя нагрузка, созданная бурильным инструментом на всю площадь соприкосновения долота с породой, отнесенная к единице площади (т. е. удельное давление), должна превышать сопротивление породы разрушению долотом при соответствующем профиле зуба шарошечного долота. Необходимо, чтобы при бурении скважины по время работы долота на забое поддерживалось относительно постоянное удельное давление, а суммарная нагрузка на долото непрерывно изменялась в требуемых пределах, при этом обязательно следует учитывать состояние бурильного инструмента. Это имеет важное значение при бурении водяных скважины большого диаметра при малых диаметрах бурильного инструмента.

Буровые установки типа УРБ-ЗАМ не имеют индикаторов веса, с помощью которых должна осуществляться равномерная подача инструмента с определенной нагрузкой на долото. В результате равномерная подача часто осуществляется при помощи ленточного тормозного приспособления буровой лебедки станка.

Бурильщик должен уметь равномерно подавать инструмент на забой. В процессе бурения скважины новым долотом, т. е. в начале нового рейса, бурильщик должен очень осторожно замедлить спуск и с наименьшей нагрузкой проработать ствол скважины начиная с 5—10 м от забоя. Только по достижении первоначальной глубины можно увеличить нагрузку до определенной для данного горизонта величины.

Осевую нагрузку на долото следует создавать за счет применения утяжеленных бурильных труб. Длину утяжеленных бурильных труб (УБТ) нужно подсчитать таким образом, чтобы 75% их общего веса создавали нагрузку на долото, а 25% их веса составляли силу, растягивающую колонну бурильных труб. Эта закономерность приемлема при соотношении диаметров бурильных труб и долота 1: 2.

При бурении скважин на воду осевая нагрузка на долото создается весом УБТ из расчета 300—500 кг на 1 см диаметра долота, а при форсированном режиме бурения нагрузку дополнительно увеличивают на 40—50%.

Накопленный большой опыт бурения скважин на воду показывает, что большие скорости проходки при существующем парке буровых насосов (ИГр) иногда вызывают осложнения в стволе. При этом недостаточная производительность буровых насосов не обеспечивает своевременный и полный вынос разбуренной породы на поверхность. В связи с этим при бурении в мягких породах нагрузку на долото следует несколько ограничивать. После разбуривания такого участка и перед подъемом инструмента для смены сработанного долота ствол скважины должен быть промыт из расчета не менее двух циклов находящегося в нем раствора.

Создание вертикальности ствола скважины, пробуренной для эксплуатации водоносного горизонта, имеет особое значение, так как это необходимое условие при эксплуатации глубинными погружными насосами. Кроме того, в искривленном стволе значительно ухудшаются условия работы бурильного инструмента, осложняются спуско-подъемные операции, а также работы, связанные с ликвидацией осложнений. Применяемые утяжеленные бурильные трубы (УБТ) благодаря своей жесткости меньше подвержены продольному изгибу, вследствие чего устраняются многие факторы, способствующие искривлению скважины.

Для предупреждения искривления скважины необходимо снижать нагрузку на долото при переходе из пласта одной твердости в пласт другой твердости, при бурении трещиноватых пород; ири увеличении плотности и твердости проходимых пород; при увеличении механической скорости, так как вследствие недостаточной производительности насос ИГр не может обеспечить очистку забоя н вынос шлама на поверхность; кроме того, осевая нагрузка для долот трехшарошечного типа в скальных породах должна составлять примерно 300—350 кг на 1 см диаметра долота, в рыхлых и мягких породах — 70—100 кГ.

Несоблюдение перечисленных условий приводит к искривлению ствола скважины. Спущенная в искривленную скважину колонна обсадных труб затрудняет цементирование колонны вследствие прилегания части ее к стенкам скважины. При этом цементный раствор неравномерно поступает по окружности трубы и в затрубном пространстве не образуется сплошное цементное кольцо.

Скважины могут искривляться вследствие геологических и технических причин. К геологическим относятся: частая перемежаемость проходимых пород с резко отличающейся друг от друга крепостью; большие углы падения пластов (особенно при прохождении в твердых породах); наличие валунов, заключенных в мягких породах. К техническим причинам искривлений скважины относятся: несовпадение центра кронблока и устья скважины; негориэонтальная установка стола ротора; кривизна ведущей и бурильных труб; раскачивание ведущей трубы в процессе бурения и особенно в начале забуривания скважины; бурение скважины большого диаметра бурильным инструментом малого диаметра; отсутствие в колонне бурильного инструмента УБТ или недостаточное его количество; большой зазор между роторными вкладышами и квадратными зажимами (он должен быть не более 2—3 мм на сторону); нарушение условия, при котором забуривание скважины следует начинать при минимальных скорости вращения ротора и нагрузке на долото.

В практике бурения скважин на воду широко применяются буровые установки типа УБР-4ПМ, которыми бурят скважины на воду глубиной до 1000 м. Ha этих буровых станках применяют гидравлический индикатор веса типа ГИВГ, который показывает вес свободно подвешенного инструмента; нагрузка определяется как разность первоначального веса инструмента и веса инструмента, частично поставленного на забой. По диаграмме индикатора веса можно проанализировать время, затраченное на бурение и другие вспомогательные операции.