Знай свой пневмоударник - Часть 12

Скорость выноса буровой мелочи и обратное давление

Во время бурения очень важно поддерживать очищение дна скважины и вынос шлама и буровой мелочи из скважины. Это достигается с помощью промывочной среды  воздуха. Сжатый воздух проходит через погружной пневмоударник для:

1. Создания ударной энергии поршня

2. Очищения дна скважины и рабочей поверхности коронки от буровой мелочи

3. Выноса буровой мелочи на поверхность.

Скорость выноса для эффективного удаления буровой мелочи должна быть между 15 и 35 метрами в секунду, она определена опытным путем.

Расчет скорости выноса

Для большинства случаев применения погружных пневмоударников используется следующая формула с целью определения скорости выноса:

Альтернативный метод использует графики скорости воздуха, как показано на рисунках 2 и 3. Идите по линии Диаметр скважины вверх, до места, где она пе ресекается с линией Размер трубы. Двигайтесь горизонтально до пересечения с линией Объем воздуха. Определите скорость воздуха по диагональной линии Скорость воздуха.

Пример:

При бурении скважины 6 1/2 дюйма с использованием 5-ти дюймовой буровой трубы с объемом воздуха 450 куб. футов в минуту (13 куб. метров) идите по линии Диаметр скважины вверх до точки А, где она пересекает 5 дюймов на линии Размер буровой трубы. Затем двигайтесь горизонтально к точке В, чтобы пересечь 450 куб. футов в минуту на линии Объем воздуха. Скорость воздуха считывается в точке В, это будет примерно 24 м/с.

Для большинства случаев такое правило является справедливым, однако, оно не учитывает следующего:

1. Типа породы, ее вес и профиль буровой мелочи

2. Скорости проходки, которая является важным фактором

3. Веса колонны буровой мелочи, которая выносится на поверхность. В мягких породах скорость проходки выше, с этим связано увеличение массы буровой мелочи, требующая более высокий скорости для очистки

4. Глубины скважины. В глубоких скважинах скорость выноса бурового шлама на уровне поверхности может быть достаточной, но в глубине обратное давление сокращает объем воздуха и его скорость.

В таких случаях необходимо выполнять более сложные расчеты, основанные на кинетической энергии воздуха и относительном перемещении воздуха и буровой мелочи. Такой вид расчетов сложный и точный.

Недостаточная скорость выноса

Недостаточная скорость выноса вызывает проваливание буровой мелочи в потоке воздуха. Из-за этого возникает повторное измельчение буровой мелочи, что можно определить, исследовав буровую мелочь на поверхности на предмет из вида и размера. Признаком повторного измельчения является более округлая или закругленная форма частиц буровой мелочи. Это не только сокращает срок службы коронки, но также может снизить скорость проходки и вызвать повышение обратного давления.

Способы повышения скорости выноса

1. Перейдите на пневмоударник большего объема или на жесткий клапан большего объема.

2. Замените дроссель пневмоударника, чтобы увеличить потребление воздуха. Использование большего дросселя может также снизить производительность пневмоударника, но в то же время оно улучшает продувку и снижает обратное давление. Благодаря улучшенной продувке часто повышается скорость проходки, что компенсирует недостатки в производительности пневмоударника.

3. Снижение размера скважины.

4. Увеличение размера буровой трубы.

5. Использование перепускного переходника. Этот метод используется, как правило, для увеличения скорости выноса буровой мелочи без пропускания дополнительного воздуха через пневмоударник. Благодаря этому отмечается более низкое падение производительности, чем прприменении дросселя пневмоударника, но недостаток такого способа в более сложной настройке.

6. Увеличение рабочего давления. Вспомогательные компрессоры часто используются с дополнительными компрессорами для преодоления высокого обратного давления в глубоких скважинах. Это не только помогает преодолеть статический напор, но и увеличивает потребление пневмоударником воздуха при сохранении высокой скорости воздуха. Если есть высокое обратное давление, то рабочее давление до 52 бар считается нормальным.

7. Использование бандажа скважины для уменьшения кольцевой площади (обычно применяется для больших скважин).

8. Использование пены для улучшения выноса буровой мелочи на поверхность и для замещения воды в скважине.

9. Закачивание воды для выноса мелких фракций буровой мелочи на поверхность в потоке воздуха.

Чрезмерно высокая скорость выноса

Чрезмерно высокая скорость выноса вызывает повышенный износ погружного пневмоударника и буровой колонны. Кроме того, это может быть причиной чрезмерного износа тела коронки.

Способы снижения скорости выноса

1. Использование пневмоударника меньшего объема или переход на жесткий клапан меньшего объема.

2. Уменьшите размер дросселя, чтобы снизить потребление воздуха.

3. Увеличение размера скважины, если это возможно.

4. Уменьшение размера буровой трубы.

5. Уменьшение рабочего давления, благодаря чему снижается потребление воздуха и скорость выноса.

6. Использование коронки с лучшими продувочными характеристиками.

Обводненные скважины

Наличие воды в скважине увеличивает обратное давление в большей степени, чем буровая мелочь. После каждой замены буровой трубы или после перерыва в бурении статический напор воды увеличивается. Компрессор должен быть достаточно сильным для того, чтобы создать достаточное давление воздуха для преодоления статического напора. Один метр статического напора воды равен 0,009 бар.

После выдувания воды из скважины можно начинать бурение. Но если скорость выноса недостаточная, обратное давление возрастет до уровня, при котором поршень будет осуществлять циклические движения и отскакивать от воздушной подушки под ним. Это явление известно как "вымывание". Трудно рассчитать обратное давление вызванное водой в потоке, поскольку поток воды имеет тенденцию к нестабильности.

Продолжение статьи следует...