О влиянии параметров режима бурения на результаты работы долота.

В.С. Федоров первым показал, что при бурении однородных пород (на стенде или в промысловых условиях) всегда получаются зависимости, которые содержат информацию об изменении условий разрушения забоя по мере изменения силовых параметров. Эта информация в принципе может быть использована для совершенствования режима бурения. Попробуем оценить границы возможностей этого метода.

Рис. 1.1.2. Общий вид зависимости механической скорости бурения v_м от осевой нагрузки на долото G (по В.С. Федорову).

На рис. 1.1.2 показаны полученные В.С. Федоровым для разных пород и часто приводимые в литературе характерные графики зависимости механической скорости бурения v_м от осевой нагрузки на долото G при фиксированной скорости вращения n.

Рис. 1.1.3. Общий вид зависимости v_м(n) при различных осевых
нагрузках на долото (G₂ > G₁ ).

Если провести касательные к кривым на различных участках, то возможны три типичных случая:

- при малых нагрузках зависимость v_м = v_м (G)имеет вид прямой (например, 0A, кривая 1), исходящей из начала координат; механическая скорость растет пропорционально осевой нагрузке, что характерно для поверхностного режима разрушения (по В.С. Федорову);

- продолжение касательной к кривой отсекает от оси нагрузок положительный отрезок (например, 0G₀, кривая 1), что свидетельствует о том, что градиент изменения v_м  больше, чем в первом случае;

- продолжение касательной (например, KL) отсекает от оси нагрузок отрицательный отрезок (0L, кривая 2), что свидетельствует о том, что градиент изменения v_м  меньше, чем на предыдущем участке.

Напрашивается кажущийся очевидным вывод о том, что второй случай является предпочтительным. А третий - менее всего результативным.

В литературе очень популярно представлять зависимость v_м = v_м (G) в виде степенной функции

v_м = K₁ G ^a .                                                              

При a = 1 получаем уравнение для 1-го случая, при a> 1 - для второго, а третьему случаю соответствует значение a< 1.

По В.С. Федорову при последнем случае имеет место неудовлетворительная очистка забоя (зашламление) или внедрение зуба (зубка) долота на глубину, соизмеримую с высотой зубьев долота.

На основе изложенного можно было бы построить следующий алгоритм действий по совершенствованию режимов бурения:

- если оказалось, что a = 1, то нужно сделать все возможное, чтобы перейти на объемный режим разрушения, при котором a> 1;

- если экспериментом установлено, что a> 1, то постараться удержаться в этом режиме, отрабатывая долото при нагрузке, соответствующей максимальному значению a;

- если a< 1, то необходимо сделать все возможное, чтобы вернуться на объемный режим, обеспечив прежде всего совершенную очистку забоя, или, если последнее невозможно, уменьшив осевую нагрузку.