Методы изучения показателей бурения

К этой группе относятся методы изучения скорости (продолжи­тельности) бурения, числа оборотов долота и веса инструмента (нагрузки на долото). Важнейшим среди всех является метод "продолжительности бурения (механический каротаж). Он ос­нован на изучении времени, затрачиваемого на бурение опреде­ленных интервалов глубины.

На первом этапе развития метода рабочую (ведущую) тру­бу размечали на метровые интервалы и записывали время, за которое каждая метка подходила к столу ротора. В последние годы применяют детальный механический каротаж (ДМК) с регистрацией времени бурения небольших интервалов (0,2 или 0,4 м). Для этого в состав газокаротажных станций или специальных автоматических станций контроля параметров бу­рения (АСПБ) включают датчики глубин, связанные с ходовым концом талевого каната. Станции АСПБ автоматически реги­стрируют диаграмму продолжительности бурения на диаграм­мной ленте, протягиваемой с шагом квантования по глубине 25, 50 или 100 см. Запись осуществляется на трех масштабах про­должительности бурения Δt_б: 0—3; 0—7,5 и 0—15 мин/м. На та­ких диаграммах достаточно четко проявляются изменения Д^б в довольно большом диапазоне (от 4 до 1000 м/ч).

Скорость проходки зависит от технологических параметров бурения (тип долота, число его оборотов, нагрузка на долото, вязкость бурового раствора и т. п.), от дифференциального дав­ления (разности пластового р_пл и забойного р_з давлений) и от прочностных свойств пород — их критического напряжения σ_кр, называемого также пределом прочности или коэффициентом крепости. Этот параметр, характеризующий сопротивляемость горных пород разрушению долотом, является сложной функцией временных сопротивлений породы на сжатие и срез и зависит от характера разрушающей нагрузки (динамическая и статиче­ская). Определив по данным ДМК величину σ_кр, можно судить о типе проходимых пород.

В обломочных породах величина σ_кр зависит в основном от прочности цемента и его связи с частицами породы. Для карбо­натов и песчаников σ_кр обратно пропорционально коэффициенту пористости. Поэтому высокопористым породам соответствует повышение скорости бурения (понижение Δt_б). Наибольшие значения σ_кр (при прочих равных условиях наибольшее значе­ние Δt_б) характерны для магматических, метаморфических и сильно сцементированных осадочных пород. Пористым песчани­кам, известнякам и доломитам соответствуют средние значе­ния Δt_б, мелу и пескам — низкие. Значения Δt_б для глин растут с глубиной.

Связь продолжительности проходки с критическим напряже­нием и с технологическими параметрами описывается прибли­женной формулой

,                                                      (III.12)

где F - начальная опорная поверхность долота; n - число обо­ротов долота; G - нагрузка на долото; с - коэффициент раз­мерности.

Поскольку в формулу (III.12) входят число оборотов доло­та и нагрузка на него, то эти параметры также непрерывно ре­гистрируются в процессе ДМК.

Для исключения технологических параметров, упрощения интерпретации в ряде районов можно использовать относитель­ный параметр , где Δt_{б оп} - продолжительность бурения в некотором опорном пласте, пройденном тем же долотом. В Западной Сибири в качестве такого пласта принимают обычно глины, расположенные вблизи исследуемого пласта и пройденные при том же режиме бурения.

Для оценки прочностных свойств пород предложено также использовать количество энергии А, затрачиваемой при бурении на разрушение единицы объема породы и называемой удельной энергоемкостью пород:

,                                                                       (III.13)

где W - мощность, реализуемая на забое; S - площадь забоя; v_б - скорость бурения.

Установлено, что во многих районах наименьшая энергоем­кость характерна для пород-коллекторов с повышенными порис­тостью и проницаемостью.