Файл: 1. Основные закономерности разрушения горных пород долотами различного типа.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 25.10.2023
Просмотров: 321
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, но темп её роста для мягких пород более быстрый, так как больше глубина погружения зубьев при одинаковой нагрузке. На стенде, и в промысловых условиях наблюдается изменение темпа роста Vм от G при переходе от разрушения пород истиранием при небольшой осевой нагрузке к разрушению пород в усталостной и объёмной областях при больших нагрузках.
Если скорость вращения долота неизменна и обеспечивается достаточная чистота забоя, величина углубления за один оборот у возрастает с увеличением удельной осевой нагрузки Руд так, как это показано на рис. 2 (кривая ОАВС). Под удельной нагрузкой понимают отношение нагрузки на долото G к его диаметру.
В области ОА углубление за один оборот dу мало и возрастает очень медленно, пропорционально удельной нагрузке на долото Руд. В области усталостного разрушения углубление растет быстрее увеличения удельной нагрузки и зависимость между ними имеет степенной характер (АВ). В области эффективного объёмного разрушения породы углубление за один оборот быстро возрастает – примерно пропорционально удельной нагрузке, если обеспечена достаточная очистка забоя (ВС).
Характер зависимости между углублением за один оборот долота dу и удельной нагрузкой Руд существенно изменяется, как только очистка забоя становится недостаточной и на нём скапливаются ранее сколотые частицы, которые не успели переместиться в наддолотную зону. Такие частицы дополнительно измельчаются при новых ударах зубков шарошек по забою. Поэтому с ухудшением очистки забоя прирост углубления за один оборот долота с увеличением удельной нагрузки будет уменьшаться (ОАВДЕ).
20. Влияние расхода бурового раствора на показатели бурения.
Непрерывная циркуляция бурового раствора при бурении должна обеспечивать чистоту ствола скважины и забоя, охлаждение долота, способствовать эффективному разрушению породы, предупреждать осложнения.
Влияние расхода раствора на механическую скорость бурения показано на рис. Как видно из рисунка, при неизменной осевой нагрузке и частоте вращения долота с увеличением секундного расхода
бурового раствора улучшается очистка забоя и возрастает механическая скорость проходки. Однако увеличение секундного раствора эффективно лишь пока он не достигнет некоторой величины Qд, при Qмах механическая скорость проходки стабилизируется. Величина Qд зависит от конструкции долота, схемы очистки забоя, удельной осевой нагрузки, частоты вращения, твёрдости породы и свойств бурового раствора.
При дальнейшем возрастании расхода начнёт преобладать повышение потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве, общее давление на забой начнёт расти, и механическая скорость будет снижаться.
21. Влияние дифференциального и угнетающего давлений на показатели бурения.
Дифференциальное давление (ДД) - основной фактор, определяющий показатели работ долот. Интенсивное снижение механической скорости проходки (Vмех) происходит в начальный момент роста ДД. Дальнейшее повышение ДД сопровождается стабилизацией Vмех. С увеличением отрицательного ДД Vмех возрастает. С ростом осевой нагрузки на долото повышается чувствительность Vмех к изменению ДД. Таким образом считается, что при существующих режимах бурения ДД, как правило является основным фактором определяющим ТЭП бурения. При увеличении ДД, в зависимости от условий бурения, Vмех может уменьшиться в 2-5 раз.
Влияние ДД на Vмех заключается в ухудшении буримости ГП вследствие роста их прочности на сжатие и возникновения усилий, принимающих частицы породы (шлам) к забою. Прижимающие же силы имеют статическую и динамическую природу, и их значение представляет собой сложную функцию почти всех известных показателей, характеризующих процесс бурения.
В процессе развития трещины Рнач в ее полости практически равно 0. Т.к Ргст > Рпор, то над частицей по длине возникает динамический перепад давления (Рдп), который прижимает частицу к массиву породы, т.е. угнетает ее - Ругнет. В общем случае под Ругнет, в отличии от представлений о Рдп, понимают разность между суммарным давлением (Р) на забой и давления в трещине. Ругнет в зависимости от условий разрушения проницаемых пород может изменяться в диапазоне значений от ДД до Рзабойного. При разрушении непроницаемых пород диапазон изменения Ругнет несколько меньше.
22. Особенности технологии бурения и нагрузки, действующие на бурильную колонну при роторном способе.
При роторном бурении вращение долоту передается от вращающего его механизма — ротора, устанавливаемого на устье, через колонну БТ, выполняющих функцию полого вала. Ротор используется и для удержания на весу колонны бурильных и обсадных труб при их спуске, подвеске, отвинчивании. Привод ротора осуществляется от лебедки через карданный вал либо цепную передачу. С ростом глубины скважины возрастает давление в нагнетательной линии буровых насосов. Если сюда ещё добавить давление для работы забойных двигателей, то насос будет работать под повышенной нагрузкой, что может привести к его поломке.
Роторное бурение имеет ряд преимуществ, перед бурением забойными двигателям:
Снижение гидравлических потерь и рабочего давления;
Увеличение расхода раствора, необходимого для промывки скважины;
Применение БР повышенной плотности (для вскрытия зон с АВПД);
Возможность продувки забоя воздухом и промывкой аэрированной жидкостью с высокой степенью аэрации;
В процессе бурения БК подвергается действию статических, динамических и переменных (в том числе циклических) нагрузок. Основные нагрузки на БК (общие при роторном бурении и бурении с забойным двигателем):
осевая нагрузка растяжения от собственного веса БК, подвешенной в скважине, и перепада давления в долоте;
продольное усилие сжатия в нижней части БК, разгруженной на забой;
осевые динамические (инерционные) нагрузки, возникающие при проведении СПО;
дополнительные осевые нагрузки, (при подъеме БК, при освобождении от прихвата.
Действие нагрузок при роторном способе бурения:
Дополнительные переменные изгибающие нагрузки, возникающие при вращении БК;
Крутящий момент, необходимый для вращения БК в скважине и подвода мощности к долоту;
Изгибающий знакопеременный момент при вращении БК и искривленном стволе скважины.
23. Особенности технологии бурения и нагрузки, действующие на бурильную колонну при бурении забойными двигателями.
При бурении забойными двигателями, в отличие от роторного бурения, БК не вращается и не затрачивается на это мощность БУ, снижается аварийность и износ БТ. Применяют гидравлические и электрические забойные двигатели, преобразующие соответственно гидравлическую энергию БР и электрическую энергию в механическую на выходном валу двигателя. Гидравлические забойные двигатели выпускают гидродинамического и гидростатического типов. Первые из них называют турбобурами, а вторые - винтовыми забойными двигателями, электрические - электробурами.
Бурению забойными двигателями характерны следующие особенности:
1) При выборе ПРИ целесообразно использовать долото типа ДАУ, РДС, ГНУ (моментоёмкость двигателя большая, что позволяет бурить при более интенсивной нагрузке);
2) ВЗД имеют жёсткие характеристики (приёмистость двигателя большая, что позволяет бурить при более интенсивной нагрузке), а турбобуры - мягкую;
3) В компоновку включается сифонный клапан.
4) При запуске ВЗД, инструмент нагружают плавно, не доходя до забоя 10-15 м двигатель запускают. При остановке ЗД перед завершением бурения 10 минут промывают без нагрузки, затем поднимают на 10-15 м и только потом выключают;
5) Не допускают перегрузки ЗД, т.к. возможно изменение реактивного момента, из-за которого возможен отворот инструмента;
6) При использовании ВЗД обязательно вращают колонну (для предупреждения осложнений и проверки технологических параметров);
При всех способах бурения БК находится в условиях сложного напряжённого состояния: различные её участки в один и тот же момент времени подвергаются действию различных динамических нагрузок. Всё их многообразие можно привести к силам и моментам, вызывающим:
1) Нормальные напряжения, направленные вдоль оси колонны, растяжения, сжатия, поперечный и продольно-поперечный изгибы; изгиб под действием поперечных сил, продольно-поперечный изгиб. Эти напряжения обусловлены действием собственного веса БК, течением и давлением ПЖ, инерционными силами, поперечными и другими.
2) Окружные нормальные напряжения от сил давления жидкости;
3) Радиальные нормальные напряжения от давления жидкости;
4) Касательные напряжения, обусловленные крутящим моментом;
5) Радиально-окружные напряжения в клиновых захватах.
Если скорость вращения долота неизменна и обеспечивается достаточная чистота забоя, величина углубления за один оборот у возрастает с увеличением удельной осевой нагрузки Руд так, как это показано на рис. 2 (кривая ОАВС). Под удельной нагрузкой понимают отношение нагрузки на долото G к его диаметру.
В области ОА углубление за один оборот dу мало и возрастает очень медленно, пропорционально удельной нагрузке на долото Руд. В области усталостного разрушения углубление растет быстрее увеличения удельной нагрузки и зависимость между ними имеет степенной характер (АВ). В области эффективного объёмного разрушения породы углубление за один оборот быстро возрастает – примерно пропорционально удельной нагрузке, если обеспечена достаточная очистка забоя (ВС).
Характер зависимости между углублением за один оборот долота dу и удельной нагрузкой Руд существенно изменяется, как только очистка забоя становится недостаточной и на нём скапливаются ранее сколотые частицы, которые не успели переместиться в наддолотную зону. Такие частицы дополнительно измельчаются при новых ударах зубков шарошек по забою. Поэтому с ухудшением очистки забоя прирост углубления за один оборот долота с увеличением удельной нагрузки будет уменьшаться (ОАВДЕ).
20. Влияние расхода бурового раствора на показатели бурения.
Непрерывная циркуляция бурового раствора при бурении должна обеспечивать чистоту ствола скважины и забоя, охлаждение долота, способствовать эффективному разрушению породы, предупреждать осложнения.
Влияние расхода раствора на механическую скорость бурения показано на рис. Как видно из рисунка, при неизменной осевой нагрузке и частоте вращения долота с увеличением секундного расхода
бурового раствора улучшается очистка забоя и возрастает механическая скорость проходки. Однако увеличение секундного раствора эффективно лишь пока он не достигнет некоторой величины Qд, при Qмах механическая скорость проходки стабилизируется. Величина Qд зависит от конструкции долота, схемы очистки забоя, удельной осевой нагрузки, частоты вращения, твёрдости породы и свойств бурового раствора.
При дальнейшем возрастании расхода начнёт преобладать повышение потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве, общее давление на забой начнёт расти, и механическая скорость будет снижаться.
21. Влияние дифференциального и угнетающего давлений на показатели бурения.
Дифференциальное давление (ДД) - основной фактор, определяющий показатели работ долот. Интенсивное снижение механической скорости проходки (Vмех) происходит в начальный момент роста ДД. Дальнейшее повышение ДД сопровождается стабилизацией Vмех. С увеличением отрицательного ДД Vмех возрастает. С ростом осевой нагрузки на долото повышается чувствительность Vмех к изменению ДД. Таким образом считается, что при существующих режимах бурения ДД, как правило является основным фактором определяющим ТЭП бурения. При увеличении ДД, в зависимости от условий бурения, Vмех может уменьшиться в 2-5 раз.
Влияние ДД на Vмех заключается в ухудшении буримости ГП вследствие роста их прочности на сжатие и возникновения усилий, принимающих частицы породы (шлам) к забою. Прижимающие же силы имеют статическую и динамическую природу, и их значение представляет собой сложную функцию почти всех известных показателей, характеризующих процесс бурения.
В процессе развития трещины Рнач в ее полости практически равно 0. Т.к Ргст > Рпор, то над частицей по длине возникает динамический перепад давления (Рдп), который прижимает частицу к массиву породы, т.е. угнетает ее - Ругнет. В общем случае под Ругнет, в отличии от представлений о Рдп, понимают разность между суммарным давлением (Р) на забой и давления в трещине. Ругнет в зависимости от условий разрушения проницаемых пород может изменяться в диапазоне значений от ДД до Рзабойного. При разрушении непроницаемых пород диапазон изменения Ругнет несколько меньше.
22. Особенности технологии бурения и нагрузки, действующие на бурильную колонну при роторном способе.
При роторном бурении вращение долоту передается от вращающего его механизма — ротора, устанавливаемого на устье, через колонну БТ, выполняющих функцию полого вала. Ротор используется и для удержания на весу колонны бурильных и обсадных труб при их спуске, подвеске, отвинчивании. Привод ротора осуществляется от лебедки через карданный вал либо цепную передачу. С ростом глубины скважины возрастает давление в нагнетательной линии буровых насосов. Если сюда ещё добавить давление для работы забойных двигателей, то насос будет работать под повышенной нагрузкой, что может привести к его поломке.
Роторное бурение имеет ряд преимуществ, перед бурением забойными двигателям:
Снижение гидравлических потерь и рабочего давления;
Увеличение расхода раствора, необходимого для промывки скважины;
Применение БР повышенной плотности (для вскрытия зон с АВПД);
Возможность продувки забоя воздухом и промывкой аэрированной жидкостью с высокой степенью аэрации;
В процессе бурения БК подвергается действию статических, динамических и переменных (в том числе циклических) нагрузок. Основные нагрузки на БК (общие при роторном бурении и бурении с забойным двигателем):
осевая нагрузка растяжения от собственного веса БК, подвешенной в скважине, и перепада давления в долоте;
продольное усилие сжатия в нижней части БК, разгруженной на забой;
осевые динамические (инерционные) нагрузки, возникающие при проведении СПО;
дополнительные осевые нагрузки, (при подъеме БК, при освобождении от прихвата.
Действие нагрузок при роторном способе бурения:
Дополнительные переменные изгибающие нагрузки, возникающие при вращении БК;
Крутящий момент, необходимый для вращения БК в скважине и подвода мощности к долоту;
Изгибающий знакопеременный момент при вращении БК и искривленном стволе скважины.
23. Особенности технологии бурения и нагрузки, действующие на бурильную колонну при бурении забойными двигателями.
При бурении забойными двигателями, в отличие от роторного бурения, БК не вращается и не затрачивается на это мощность БУ, снижается аварийность и износ БТ. Применяют гидравлические и электрические забойные двигатели, преобразующие соответственно гидравлическую энергию БР и электрическую энергию в механическую на выходном валу двигателя. Гидравлические забойные двигатели выпускают гидродинамического и гидростатического типов. Первые из них называют турбобурами, а вторые - винтовыми забойными двигателями, электрические - электробурами.
Бурению забойными двигателями характерны следующие особенности:
1) При выборе ПРИ целесообразно использовать долото типа ДАУ, РДС, ГНУ (моментоёмкость двигателя большая, что позволяет бурить при более интенсивной нагрузке);
2) ВЗД имеют жёсткие характеристики (приёмистость двигателя большая, что позволяет бурить при более интенсивной нагрузке), а турбобуры - мягкую;
3) В компоновку включается сифонный клапан.
4) При запуске ВЗД, инструмент нагружают плавно, не доходя до забоя 10-15 м двигатель запускают. При остановке ЗД перед завершением бурения 10 минут промывают без нагрузки, затем поднимают на 10-15 м и только потом выключают;
5) Не допускают перегрузки ЗД, т.к. возможно изменение реактивного момента, из-за которого возможен отворот инструмента;
6) При использовании ВЗД обязательно вращают колонну (для предупреждения осложнений и проверки технологических параметров);
При всех способах бурения БК находится в условиях сложного напряжённого состояния: различные её участки в один и тот же момент времени подвергаются действию различных динамических нагрузок. Всё их многообразие можно привести к силам и моментам, вызывающим:
1) Нормальные напряжения, направленные вдоль оси колонны, растяжения, сжатия, поперечный и продольно-поперечный изгибы; изгиб под действием поперечных сил, продольно-поперечный изгиб. Эти напряжения обусловлены действием собственного веса БК, течением и давлением ПЖ, инерционными силами, поперечными и другими.
2) Окружные нормальные напряжения от сил давления жидкости;
3) Радиальные нормальные напряжения от давления жидкости;
4) Касательные напряжения, обусловленные крутящим моментом;
5) Радиально-окружные напряжения в клиновых захватах.