Часть 9
Частота вращения породоразрушающего инструмента
Частота вращения породоразрушающего инструмента – это второй параметр режима бурения, который обеспечивает осевое вращение инструмента и позволяет ему работать по забою.
Частота вращения может создаваться несколькими способами:
Роторное вращение – это вращение, которое осуществляется с поверхности. При этом вращается вся бурильная колонная посредством приводной энергии от ротора (традиционное историческое исполнение) или системы верхнего привода (более современное исполнение).
В этом случае вращение приходит на к долоту с некоторым «опозданием», которое возникает из-за скручивания инструмента в результате совместного влияния боковых сил (сил трения о стенки скважины при вращении) и сил упругости металла (учитывая, что бурильная колонна отличается по этому параметру в виду различий исполнения оборудования).
В идеальном представлении частота вращения на устье скважины, передаваемая от ротора или СВП мгновенно передается на долото. В реальном представлении (особенно с увеличением глубины и сложности профиля скважины) будет наблюдаться равно как эффект частичного затормаживания передачи вращения, так и его «рывковый» вид (замедленное вращение будет сменяться кратковременными рывками).
Нужно давать себе отчет в том, что в любом случае все обороты, которые генерирует ротор, так или иначе, дойдут до долота – если этого не будет происходить, то это указывает на накопление внутренней энергии деформации в бурильной колонне, что может привести к ее поломке.
Возможный диапазон частоты роторного вращения обуславливается мощностью ротора или системы верхнего привода и противодействующим им силам в скважине (прежде всего силы трения о стенки, а также реактивный момент на долоте при бурении – причем значимость сил трения кратно возрастает с глубиной и усложнением профиля скважины).
Вращение с помощью забойного двигателя (ВЗД, электробур, турбобур) – это непосредственно вращение инструмента, находящегося под забойным двигателем (чаще всего это долото и наддолотный калибратор), которое обеспечивается за счет подвода энергии к двигателю с поверхности.
Диапазон частота вращения забойного двигателя определяется его конструкцией, мощностью и противодействующим ему силам в скважине (прежде реактивный момент на долоте при бурении).
По сути – частота вращения, генерируемая забойным двигателем, должна мгновенно и равномерно передаваться на долото, но нужно учитывать факт, что возможна иная ситуация (рывки, подтормаживания), если забойный двигатель находится в состоянии сильного износа.
Совмещенное вращение – это тип вращения, когда производится одновременное вращение с поверхности (ротором или СВП) и используется забойный двигатель на забое.
В этом случае принято считать, что частота вращения на долоте будет равна сумме частот вращения с поверхности и генерируемой забойным двигателем. Это обусловлено принципом относительности движения, который справедлив, как для линейного, так и для вращательного движения.
Важно осознавать, что при совмещенном вращении слагаемое, отвечающее за забойный двигатель (при условии его исправности), будет постоянным, а слагаемое, отвечающее за роторное вращение – будет иметь переменный вид, в зависимости от величины сил трения о стенки скважины. Но, если оценивать количество циклов вращения на долоте за период времени, то они должны быть равны числу оборотов сгенерированных за этот период со стороны ротора (СВП) и забойного двигателя.