Оптимизация процесса бурения заключается в определении оптимального сочетания величины параметров режима бурения (F, n, Q, П). Показатель, по которому оценивается эффективность бурения, называется критерием. Такими критериями может служить
- длительность бурения скважины tб: долото на забое скважины работает при таких значениях параметров режима бурения, которые обеспечат минимальное время бурения скважины tб = (tб)min,
- стоимость одного метра проходки (экономическая скорость бурения): долото на забое скважины отрабатывает при таких значениях параметров режима бурения, чтобы обеспечить минимальную стоимость 1 м проходки C = Cmin.
Cогласно исследованиям В.С.Федорова, механическая скорость в процессе бурения изменяется по экспоненциальному закону
,
где Vo – начальное значение механической скорости, k – коэффициент, величина которого зависит от износа вооружения долота.
Связь между проходкой на долото hд и его долговечностью tб устанавливается формулой
.
Выражение для рейсовой скорости Vр через полученное выражение для проходки на долото примет вид
,
Из формулы следует, что величина рейсовой скорости зависит от четырех параметров: tб, t сп, k, Vo.
Графики изменения величин Vм, Vр, С приведены на рис.13. Если механическая скорость бурения постоянно снижается с увеличением про-должительности бурения, то изменение рейсовой скорости и удельных затрат отличает более сложное поведение.
  |
Резкий спад механической скорости бурения шарошечным долотом по сравнению с ее начальной величиной свидетельствует о катастрофическом износе вооружения долота. Резкое повышение крутящего момента свиде-тельствует о катастрофическом износе опоры долота.
Рейсовая скорость возрастает до своего максимального значения (Vр)max, а затем снижается. Время достижения максимального значения рейсовой скорости определяет оптимальное время бурения (tб)опт данным долотом.
Величина С с ростом времени бурения вначале снижается, но при достижении значения tэ начинает возрастать. Экономически выгодная про-
должительность бурения tэ указывает на момент подъема долота из скважины.
Если ставится задача обеспечения минимальных сроков строительства скважины (бурение скважины по заданной траектории до проектной глубины), то оптимальной стратегией бурения будет та, которая обес-печивает замену породоразрушающего инструмента при достижении максимальной величины рейсовой скорости.
Если же преследуется задача минимизации затрат на строительство скважины, то замену инструмента необходимо проводить по достижении времени бурения величины tэ. Критерий C = Cmin более обобщающий, чем критерий tб = (tб)min, так как он учитывает больше факторов.
Большие значения механической скорости бурения не могут быть решающим фактором для оценки производительности труда буровой бригады, т.к. это может быть достигнуто при таких значениях осевого усилия и частоты вращения, при которых происходит не только значи-тельный износ инструмента, требующий замену долота, но и возникает аварийная ситуация, связанная с поломкой долота.