Технология бурения скважин

 

Для направления  об/мин

Аналогично считаем  для других интервалов.

Для второго интервала n_τ(2) = (572-760) об/мин

Для третьего интервала n_τ(3) = (382-478) об/мин

Для четвертого интервала n_τ(4) = (290-350) об/мин

Для пятого интервала n_τ(5) = (260-310) об/мин

При бурении первого  и пятого интервалов необходимо использовать низкооборотные двигатели (редукторные, винтовые забойные двигатели). При бурении остальных интервалов можно использовать высокооборотные двигатели типа ТСШ. Таким образом, при бурении всех интервалов принимаем турбинный способ бурения.

 

 

 

 

 

2.9. Проектирование  режима бурения по интервалам

2.9.1. Расчет  осевой нагрузки на долото

 

Расчет  будем вести  по рекомендациям методических указаний /7/.

Определим величину нагрузки на долото, которая обеспечивает разрушение породы (G_q)

                (2.32)

где Р_ш – твердость по штампу, табл. 2.4;

F_k -  площадь контакта долота с породой, м²;

    F_k =0,4·R·η_п·в_z,            (2.33)

Для бурения первого  интервала

    F_k = 0,4·196·0,8·8 = 500мм² = 500·10^-6м

    кН

Аналогично считаем  других интервалов и результаты сводим в табл. 2.6

Таблица 2.6 Результаты расчета  осевой нагрузки и площадки контакта по интервалам

Параметры	Интервалы бурения, м
	0-110	110-780	780-1270	1270-2080	2080-2250
	500	320	188	188	214
Gq·kH	160	150	131.6	109	150
Gq max ·kH	180	190	160	150	181.9

 

2.9.2. Проектирование  расхода бурового раствора

Расчет произведем по рекомендациям /7/

    Q_min < Q < Q_т             (2.34)

где Q_min – минимальный расход, позволяющий осуществить вынос выбуренной породы, м³/с;

Q_т – технологически необходимый расход, позволяющий хорошо очищать забой, м³/с

    ,          (2.35)

где d_r – диаметр частиц выбуренной породы, м;

ρ_r – плотность частиц породы табл. 1.5, кг/м³;

ρ_z – плотность раствора в заколонном пространстве /1/, кг/м³;

F_кп – площадь кольцевого пространства, м²

    ,           (2.36)

где К – коэффициент  каверзности, табл. 1.3;

 d_н – наружный диаметр бурильных стальных труб, м

Для направления м³/с

Аналогично счтитаем для других интервалов результаты представим в виде табл. 2.7

    ,         (2.37)

где Р_max – максимальное давление на выкиде насоса, МПа

    ,          (2.38)

G_max -  суммарная нагрузка на долото. Примем по величине G_qmax табл. 2.6, кН;

G_вр – вес вращающихся деталей двигателя, кН;

    G_вр = (0,4-0,48)·G_дв,             (2.39)

G_дв – вес забойного двигателя, кН;

где Т_п – усилие на осевой опоре забойного двигателя, кН;

F_р – площадь, на которую действует гидравлическая нагрузка, м²

    ,            (2.40)

d_т – средний диаметр турбинок, м;

Р_т – перепад давления в забойном двигателе, МПа;

Р_оч – давление, расходуемое на очистку скважины от выбуренной породы, МПа

    ,           (2.41)

V_м – механическая скорость бурения /1/, м/с;

Н – интервал бурения  или глубина скважины, м;

Р_rq – перепад давления в долоте, МПа

    ,          (2.42)

Р_r – гидравлическое давление. Для данного расчета величиной Р_r пренебрегаем, МПа;

а_i – коэффициент гидросопротивления, независящий то глубины

    ,            (2.43)

а_мс = 0,107м^-4 – гидросопротивления в манифольде;

а_ш = 0,052м^-4 – гидросопротивление в стояке;

а_в = 0,044м^-4 – гидросопротивление в вертлюге;

а_тв = 0,04м^-4 – гидросопротивление в ведещей трубе;

в_i, в_j – коэффициенты гидросопротивлений, зависящие от длины

                (2.44)

d_в – внутренний диаметр труб

,            (2.45)

l_i, l_j – длины секций бурильных труб

Для направления (первый интервал) 0-110м

    ,   

   

   

   

Аналогично считаем  гидросопротивления для других интервалов.

Для второго интервала 110-780м

         

Для остальных интервалов

         

а_i = 0,107 + 0,052 + 0,044 + 0,04 = 0,243м^-4.

Подставив формулы (2.42) и (2.38) в (2.37) получаем

    ,         (2.46)

Для бурения первых двух интервалов выберем предварительно двигатель ЗТСШ 1 – 240. Для него при Q = 32л/с М = 2,7 кН·м, ∆Р = 5,5МПа; длина двигателя 23,2м, G_qв = 59,75кН, G_вр = 23,9 кН, F_p = 0,0177м². Для бурения остальных интервалов выберем предварительно двигатель ЗТСШ 1 – 195. Для него при Q = 30л/с М = 1,5 кН·м, ∆Р = 3,9МПа; длина 25,7м, G_qв = 47,9кН, G_вр =19,16 кН, F_p = 0,0118м².

При расчете Q_т будем считать, что длина УБТ составляет 12м. ТБПВ 500м, а остальное ЛБТ.

Для направления

    л/с

Аналогично считаем Q_т для остальных интервалов.

Для бурения первого интервала принимаем расход Q равным 56л/с, чтобы избежать разрыва стенок скважины.

Таблица 2.7 Результаты расчета  расхода промывочной жидкости

Расход	Первый интервал	Второй интервал	Третий интервал	Четвертый интервал	Пятый интервал
Qmin, м3/с	0,056	0,040	0,025	0,026	0,025
Qт, м3/с	0,085	0,056	0,039	0,037	0,035
Q, м3/с	0,056	0,047	0,032	0,032	0,025

 

2.9.3. Расчет  частоты вращения долота

Расчет произведем по рекомендациям методических указаний /7/

    ,            (2.47)

где Q_дин – динамическая нагрузка на долото, кН;

    Q_дин = (0,15 – 0,25)G_q,            (2.48)

С_m = 5100м/с – скорость звука в материале бурильного инструмента;

E = 2, 1·10-3м² – площадь вала забойного двигателя;

R_м – мгновенный радиус долота, м;

τ_к – время контакта вооружения долота с забоем (3÷4)млс

    R_м = (0, 55÷0, 72) R,            (2.49)

sin β = 0,8 – синус угла наклона оси шарошки и оси долота

Для бурения первого  интервала 0-110м

    об/мин

Аналогично считаем n_τ для других интервалов. Результаты сводим в табл. 2.8

     Таблица  2.8 Результаты расчета частоты  вращения долота

Частота	Первый интервал	Второй интервал	Третий интервал	Четвертый интервал	Пятый интервал
nτ об/мин	382÷443	626÷686	394÷463	286÷350	260÷310

 

2.9.4. Обоснование  максимальной величины давлений на выкиде буровых насосов

Расчет максимальной величины давления произведем по формуле (2.38) /7/

Для бурения первого  интервала (0-110м)

МПа

аналогично считаем  для остальных интервалов, и результаты сводим в табл. 2.9

 

Таблица 2.9 Результаты давления на выкиде насосов

 

Давление	Первый интервал	Второй интервал	Третий интервал	Четвертый интервал	Пятый интервал
Рmax, МПа	11,2	12,1	14	13,1	15,8

 

Расчет Р_max для пятого интервала выполнен в п. 3.25

 

2.11. Выбор забойных двигателей по интервалам

Выбор забойных двигателей осуществим по методике, изложенной в  работе /7/.

Рассчитаем момент, необходимый  для разрушения  горных пород (М_с)

    ,            (2.58)

где М_у – удельный момент на долоте ;

 

    ,            (2.59)

М_гп – коэффициент трения, 0,94- для мягких пород; 0,1 – для твердых; 0,22 – для средних; 0,28 – для мягких с пропластками средних пород;

G_с – статистическая часть осевой нагрузки

    ,кН;            (2.60)

М_о – момент на трение долота о стенки скважины и буровой раствор, Н·м;

    М_о =550·Д_д,            (2.61)

М_п – момент, затрагиваемый на трение в осевой опоре забойного двигателя, Н·м;

    ,            (2.62)

где r_п – средний радиус трения в осевой опоре /5/, м;

К_тр – коэффициент трения в резинометаллической опоре 0,08÷0,1 для высокооборотных двигателей, 0,2÷0,3 для низкооборотных (типа Д) двигателей;

М_к – момент, затрачиваемый на вращение калибратора, Н·м;

    ,            (2.63)

Gрад – радиальное усилие на рабочие элементы калибратора 3кН – для нового калибратора с R_к > R; 2кН – для изношенного калибратора с R_к = R; 1кН – для изношенного калибратора с R_к < R

R_к – радиус калибратора, м;

К_р – учитывает свойства пород: 0,5 – для мягких пород; 0,15 – для твердых; 0,33 – для средних; 0,42 – для мягких с пропластками средних

 

Рассчитаем М_с для бурения первого интервала 0-110м

    Н·м

 

Аналогично считаем М_с для других интервалов. Результаты сводим в табл. 2.11

Выбор забойного двигателя  осуществим по значениям Q, n_т, М_с, пересчитав параметры двигателей, получаемые при наших плотностях раствора и расходе. Пересчитанные значения приводим в табл. 2.11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.11 Расчетные  значения параметров забойных двигателей

№ интервала	Интервал по стволу, м		Необходимые значения			Тип двигателя	Пересчитанные значения
	от  (верх)	до (низ)	Принятое значение расхода  м3/с	м, Н·м	n, об/мин		non, об/мин	Мon, Н·м	∆Р, МПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	0	110	0,056	4222	382-443	ЗТСШ 1-240 (2 секции) АО ГТШ ЗТСШ 1 -240 (1 секция	779   292 779	6339   5556 3169	13   10,3 6,5
2	110	780	0,047	3396	626-686	Тn РТ -240 ЗТСШ 1 -240 (2 секции) ЗТСШ 1 -240 (1 секция) ЗТСШ  -240 (2 секции) А9Ш	649 653   653   617   436	2100 4465   2233   4135   3760	4,5 9,3   4,6   8,3   8,8
3	780	1270	0,032	2600	394-463	ТРХВ -195 ТРХН – 195 АГТШ – ТЛ А 7 ГТШ	400 368 366 341	2850 2136 3135 2529	8,8 6,8 9,6 9,12
4	1270	2080	0,032	2202	286-350	ЗТСШ - 195	705	2428	9,3
5	2080	2250	0,025	2137	260-310	ЗТСШ 1 – 195 Д 1 – 195 ТРМ – 195 Т	426 78 175	1686 3200 3200	4,5 4 3