В Тюменському індустріальному інституті розроблений спосіб ультразвукового контролю ступеня зношення озброєння долота, що базується на вимірюванні відображеної від зубця звукової енергії, що виробляється п’єзокерамічним випромінювачем.

Недоліком даного способу є складність установки і налагодження п’єзокерамічного випромінювача в долоті і труднощі вимірювання відбитої ультразвукової хвилі. Спосіб не апробований в промислових умовах, не встановлена залежність між зношенням зубців шарошки і інтенсивністю відбитої хвилі.

Певний інтерес має спосіб контролю зношення озброєння долота на основі даних про гранулометричний склад шламу, запропонований В.Е. Копиловим і І.Л. Гурєєвим [24].

При горизонтальному або близькому до нього напластуванні м’яких і пружнопласних порід буровий шлам має форму плоских пластинок. Авторами зроблено висновок, що товщина плоских частин гірських порід відповідає глибині заглиблення зубців долота в породу. Отже, вимірюючи товщину плоских пластинок шламу, можна судити про зношення озброєння долота. Для цього запропонований спеціальний аналізатор, який дозволяє через кожні 20-30 хвилин виміряти і зафіксувати товщину частин шламу в очисній системі свердловин. Відношення поточної товщини частин до їх товщини на початку буріння служить показником ступеня зношення зубців шарошкового долота.

Спосіб має обмежену область застосування, в основному, внаслідок вимог до монотонності зміни твердості порід і необхідності вимірювання через 20-30 хвилин в кожній пробі 100-200 частин шламу однієї і тієї ж фракції.

З приведеного аналізу видно, що досі немає методів вимірювання зношення озброєння доліт, які б дозволяли одержувати інформацію про цей важливий показник процесу буріння під час роботи долота. Тому дуже важливо і необхідно встановити зв’язок показників зношення долота з такими показниками процесу буріння, як проходка і швидкість проходки, і потім використовувати результати для непрямої оцінки зношення озброєння долота.

Проблемі контролю технічного стану доліт непрямими методами присвячено досить багато наукових робіт, з яких найбільш цікавими і інформативними є [21, 24 та ін.].

Зокрема, в роботі [25] ця задача була вирішена на базі емпіричної залежності між механічною швидкістю і проходкою на долото. При цьому автор вважає “… що таким шляхом можна прийти до більш правильного розв’язку, так як немає необхідності завчасно задаватися будь-яким законом зміни механічної швидкості…”. Можна показати, що таке твердження хибне, а вихідна система рівнянь несумісна.

Дійсно, оптимальна тривалість роботи долота на вибої свердловини автором визначалась на підставі результатів розв’язку системи рівнянь

(1.22)

де – постійні коефіцієнти, що характеризують систему “долото-порода”;

– рейсова швидкість буріння;

– відповідно час буріння і час, який витрачається на спуско-підіймальні і допоміжні операції;–

проходка на долото.

В [25] рішення системи рівнянь (1.22) має такий вигляд

,

а оптимальна тривалість буріння, при якій рейсова швидкість максимальна: .

Але перші два рівняння системи (1.22) є несумісним, оскільки перше рівняння описує процес буріння з постійною механічною швидкістю, а друге – більш складний закон зміни швидкості в часі. Доведемо несумісність цих рівнянь, для чого підставимо перше рівняння в друге і визначимо вираз для проходки на долото

. (1.23)

З (1.23) визначимо механічну швидкість буріння

. (1.24)

Підставляючи (1.24) і (1.23) в друге рівняння системи (1.22), одержимо:

.

З останнього випливає протиріччя: 1=0, звідки видно, що система рівнянь (1.22) є несумісною.

Цей факт можна пояснити тим, що дослідники притримуються різних, часто протилежних поглядів на залежності показників процесу буріння від параметрів режиму. Використовувати ці залежності можна тільки після їх детального дослідження, враховуючи умови буріння свердловини і використані технічні засоби [26].

Основні критерії технічного стану доліт при бурінні свердловини, які були запропоновані різними авторами, приведені в табл. 1.1.

Критерії 1-3 відображають техніко-економічну доцільність продовження буріння, але не вказують момент підйому долота.

Критерії 4-5 слабо відображають реальні процеси на вибої свердловини. Графіки мають декілька максимумів, що призводить до помилок у визначенні часу перебування долота на вибої свердловини.

Критерії 6-11 в більшій мірі характеризують вибійні процеси, так як основуються на аналізі механічної швидкості проходки під час довбання і в його кінці.

Критерії 12-15 більш тісно пов’язані зі станом опор долота – збільшенням сили тертя в опорах кочення, їх заклинюванням, заїданням, а також з поломкою.

Аналіз критеріїв, основаних на використанні рейсової швидкості, показує, що ні один з них не дає однозначної відповіді про раціональний час роботи долота на вибої свердловини. Дійсно, умова, наприклад, , є необхідною, але недостатньою. Це пояснюється тим, що для різних сполучень параметрів режиму і в області допустимих значень можна одержати множину пересічених кривих і, в яких виконується умова . Геометричне місце цих точок утворює випуклу криву, максимум якої визначає час підйому долота для заміни. Вказане вище розповсюджується і на інші критерії, які використовують співвідношення між механічною швидкістю проходки та іншими показниками процесу. Отже, застосування критеріїв визначення часу перебування долота на вибої свердловини без визначення достатніх умов не може дати необхідного ефекту.

Перевірка критеріїв технічного стану доліт і , які отримали найбільше визнання, показала, що у більшості випадків спостерігається недопустима перетримка доліт, яка сприяє росту аварійності в бурінні. Це викликано тим, що час перебування долота на вибої вибирається у відриві від