Файл: Стратиграфия и литология нефтегазоносных комплексов пород.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.10.2023
Просмотров: 584
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Под режимом бурения понимают комплекс факторов, которые определяют эффективность работы породоразрушающего инструмента на забое скважины. В качестве основных режимных параметров можно выделить следующие: нагрузка на долото Рд, кН; частота вращения инструмента n, мин-1; расход промывочной жидкости Q, л/с; тип и качество циркуляционного агента.
Расчет параметров режима бурения ведется для каждой выделенной пачки горных пород применительно к конкретному типу долота и способу бурения.
Расчёт осевой нагрузки на долото по интервалам горных пород
При роторном бурении в процессе углубления можно произвольно устанавливать любые комбинации основных параметров режима бурения. С учетом твердости пород минимальная осевая нагрузка на долото РД, обеспечивающая объемное разрушение, определяется по формуле
Pд = kзаб Pш Sк, (4.3)
где kзаб - коэффициент, учитывающий влияние факторов, действующих в реальных условиях бурения (гидростатическое давление бурового раствора, температуры, динамичность, состояние забоя и др.) и изменяющийся от 0,3 до 1,6 (наиболее часто kзаб = 0,4-0,7);
Рш - твердость породы, определенная при статическом вдавливании штампа в атмосферных условиях;
Sк - площадь контактов зубьев долота с забоем, которую приближенно можно вычислить из выражения:
SK= 1,3·D ·kn ·b, (4.4)
где 1,3 - опытный коэффициент, учитывающий фактическую среднюю
площадь контакта при нулевом погружении зубьев; b = (1,0-1,5)·10-3 - притупление зубьев, м; kп - коэффициент перекрытия резцов кп = 0,7-1,9.
Формула позволяет получить лишь ориентировочное значение Рд, поскольку не учитывает работоспособности опор и вооружения долот от частоты вращения. Если Рш и kзаб неизвестны, то Рд для шарошечных долот D > 190 мм определяется по удельной нагрузке Руд (в кН/мм):
Pд = Руд·Dд, (4.5)
где Руд - удельная нагрузка (кН/мм), значения которой возьмем из таблицы
4.2; Dд – диаметр долота.
Таблица 4.2 Рекомендуемые значения Руд
Рассчитаем осевую нагрузку исходя из рекомендуемой удельной нагрузки на долото:
Так как, на интервалах (560-1880) для бурения будем использовать долота PDC, а методик расчета осевой нагрузки для этих типов долот отсутствует. То осевую нагрузку примем из паспортных данных долот.
С учетом предельной нагрузки на долото и рекомендуемой нагрузке по паспорту, окончательно принимаем следующие нагрузки по таблице 3.3
Расчет частоты вращения долота
Эффективное разрушение горной породы при бурении происходит при условии, что время контакта рабочих элементов долота с породой было не меньше времени, которое необходимо для разрушения породы при данной нагрузке на породоразрушающий элемент.
Время контакта долота с породой определяется шагом резцов и скоростью вращения долота. Если время контакта будет меньше времени разрушения породы, то процесс деформации будет протекать не полностью, и разрушение будет носить усталостный характер, несмотря на то, что осевая нагрузка будет достаточной.
Таблица 4.3 - Осевая нагрузка по интервалам
Частота вращения (n) долота по рекомендуемой линейной скорости на периферии долота рассчитывается по формуле:
n1 = 60 VЛ / DД , (4.6)
где n1 – частота оборотов долота, с-1;
VЛ – рекомендуемая линейная скорость, м/с; (Для пород типа М и МЗ Vл
=3,4…2,8 м/с, типа МС и МСЗ Vл =2,8…1,8 м/с, типа С и СЗ Vл =1,8…1,3 м/с,
СТ и Т = 1,3-1,1 м/с.; для лопастных долот = 1,1-1,4 м/с)
DД – диаметр долота, м;
Интервал от 0 до 150 м
Vл =2,8 м/с
n1 = 60 1,8 /3,14 0,508 = 67 об/мин
Интервал от 150 до 560 м
Vл =2,6 м/с
n1 = 60 1,6 /3,14 0,3937 = 77 об/мин
Интервал от 560 до 1676 м
Vл =2,8 м/с
n1 = 60 1,3 /3,14 0,2953 = 84 об/мин
Интервал от 1676 до 1880 м
Vл =1,3 м/с
n1 = 60 1,1 /3,14 0,2159 = 97 об/мин
Опираясь на опыт бурения данной площади и опыт применения ВЗД выбираем оптимальные значения для каждого интервала. Полученные результаты сводятся в табл.4.4.
Таблица 4.4 – Частота вращения долот по интервалам
Расчет необходимого расхода промывочной жидкости
Расход промывочной жидкости определяется исходя из скорости восходящего потока vв.п и площади сечения кольцевого пространства между стенками скважины и бурильных труб по формуле:
Q (Dскв2 dб2.т. )в.п.
4 , (4.7)
где Q – расход промывочной жидкости, м3/с; Dскв – диаметр скважины, м; dб.т – диаметр бурильных труб, м;
vв.п – скорость восходящего потока, м/с, в большинстве случаев
рекомендуется принимать vв.п = 0,4 ÷ 0,6 м/с.
Рассчитаем расход промывочной жидкости по интервально:
Q
(0,5082 0,1272)0,41 0,079
Интервал 0-150: м3/с
Q
(0,39372 0,1272)0,45 0,049
Интервал 150-560: м3/с
Q
(0,29532 0,1272)0,5 0,034
Интервал 560-1676: м3/с
Q
(0,21592 0,1272)0,6 0,014
Интервал 1676-1880: м3/с
Для интервала 1676-1880 м. принимаем ВЗД Д2-195, т.к. будет обеспечиваться необходимая скорость восходящего потока.
Таблица 4.5 - Техническая характеристика ВЗД Д2-195
Для интервала 560-1676 м. принимаем, ВЗД Д1-240 т.к. будет обеспечиваться необходимая скорость восходящего потока.
Таблица 4.6 - Техническая характеристика ВЗД Д1-240
Все расчетные данные параметров режима бурения представлены в таблице 4.7.
Таблица 4.7 - Параметры режима бурения
Расчет параметров режима бурения ведется для каждой выделенной пачки горных пород применительно к конкретному типу долота и способу бурения.
Расчёт осевой нагрузки на долото по интервалам горных пород
При роторном бурении в процессе углубления можно произвольно устанавливать любые комбинации основных параметров режима бурения. С учетом твердости пород минимальная осевая нагрузка на долото РД, обеспечивающая объемное разрушение, определяется по формуле
Pд = kзаб Pш Sк, (4.3)
где kзаб - коэффициент, учитывающий влияние факторов, действующих в реальных условиях бурения (гидростатическое давление бурового раствора, температуры, динамичность, состояние забоя и др.) и изменяющийся от 0,3 до 1,6 (наиболее часто kзаб = 0,4-0,7);
Рш - твердость породы, определенная при статическом вдавливании штампа в атмосферных условиях;
Sк - площадь контактов зубьев долота с забоем, которую приближенно можно вычислить из выражения:
SK= 1,3·D ·kn ·b, (4.4)
где 1,3 - опытный коэффициент, учитывающий фактическую среднюю
площадь контакта при нулевом погружении зубьев; b = (1,0-1,5)·10-3 - притупление зубьев, м; kп - коэффициент перекрытия резцов кп = 0,7-1,9.
Формула позволяет получить лишь ориентировочное значение Рд, поскольку не учитывает работоспособности опор и вооружения долот от частоты вращения. Если Рш и kзаб неизвестны, то Рд для шарошечных долот D > 190 мм определяется по удельной нагрузке Руд (в кН/мм):
Pд = Руд·Dд, (4.5)
где Руд - удельная нагрузка (кН/мм), значения которой возьмем из таблицы
4.2; Dд – диаметр долота.
Таблица 4.2 Рекомендуемые значения Руд
| Горные породы | Руд, кН/мм |
| Весьма мягкие | ≤0,2 |
| Мягкие и среднемягкие, а также мягкие породы с прослойками пород средней твердости и твердых | 0,2-0,5 |
| Породы средней твердости с прослойками твердых | 0,5-1,0 |
| Твердые породы | 1,0-1,5 |
| Крепкие и очень крепкие породы | ≥1,5 |
Рассчитаем осевую нагрузку исходя из рекомендуемой удельной нагрузки на долото:
-
Интервал 0-150:
Pд = 0,2 · 508=101,6 кН;
Интервал 150-560:
Pд = 0,5 · 393,7=196,8 кН.
Интервал 560-1676:
Pд = 0,5 · 295,3=147,6 кН.
Интервал 1676-1880:
Pд = 0,7 · 215,9=151,1 кН.
Так как, на интервалах (560-1880) для бурения будем использовать долота PDC, а методик расчета осевой нагрузки для этих типов долот отсутствует. То осевую нагрузку примем из паспортных данных долот.
С учетом предельной нагрузки на долото и рекомендуемой нагрузке по паспорту, окончательно принимаем следующие нагрузки по таблице 3.3
Расчет частоты вращения долота
Эффективное разрушение горной породы при бурении происходит при условии, что время контакта рабочих элементов долота с породой было не меньше времени, которое необходимо для разрушения породы при данной нагрузке на породоразрушающий элемент.
Время контакта долота с породой определяется шагом резцов и скоростью вращения долота. Если время контакта будет меньше времени разрушения породы, то процесс деформации будет протекать не полностью, и разрушение будет носить усталостный характер, несмотря на то, что осевая нагрузка будет достаточной.
Таблица 4.3 - Осевая нагрузка по интервалам
| Интервал, м | Осевая нагрузка, кН | ||
| Исходя из удельной нагрузки | Исходя из рекомендуемой по паспорту | Окончательно принимаем | |
| 0-150 | 101,6 | 196-490 | 60-120 |
| 150-560 | 196,8 | до 392 | 120-215 |
| 560-1676 | 147,6 | 120-176 | 120-176 |
| 1676-1880 | 151,1 | 39,2-156,9 | 98-156 |
Частота вращения (n) долота по рекомендуемой линейной скорости на периферии долота рассчитывается по формуле:
n1 = 60 VЛ / DД , (4.6)
где n1 – частота оборотов долота, с-1;
VЛ – рекомендуемая линейная скорость, м/с; (Для пород типа М и МЗ Vл
=3,4…2,8 м/с, типа МС и МСЗ Vл =2,8…1,8 м/с, типа С и СЗ Vл =1,8…1,3 м/с,
СТ и Т = 1,3-1,1 м/с.; для лопастных долот = 1,1-1,4 м/с)
DД – диаметр долота, м;
Интервал от 0 до 150 м
Vл =2,8 м/с
n1 = 60 1,8 /3,14 0,508 = 67 об/мин
Интервал от 150 до 560 м
Vл =2,6 м/с
n1 = 60 1,6 /3,14 0,3937 = 77 об/мин
Интервал от 560 до 1676 м
Vл =2,8 м/с
n1 = 60 1,3 /3,14 0,2953 = 84 об/мин
Интервал от 1676 до 1880 м
Vл =1,3 м/с
n1 = 60 1,1 /3,14 0,2159 = 97 об/мин
Опираясь на опыт бурения данной площади и опыт применения ВЗД выбираем оптимальные значения для каждого интервала. Полученные результаты сводятся в табл.4.4.
Таблица 4.4 – Частота вращения долот по интервалам
| Интервал, м. | Число оборотов, об/мин. |
| 0-150 | 70 |
| 150-560 | 60-80 |
| 560-1676 | 70-90 |
| 1676-1880 | 80-100 |
Расчет необходимого расхода промывочной жидкости
Расход промывочной жидкости определяется исходя из скорости восходящего потока vв.п и площади сечения кольцевого пространства между стенками скважины и бурильных труб по формуле:
Q (Dскв2 dб2.т. )в.п.
4 , (4.7)
где Q – расход промывочной жидкости, м3/с; Dскв – диаметр скважины, м; dб.т – диаметр бурильных труб, м;
vв.п – скорость восходящего потока, м/с, в большинстве случаев
рекомендуется принимать vв.п = 0,4 ÷ 0,6 м/с.
Рассчитаем расход промывочной жидкости по интервально:
Q
(0,5082 0,1272)0,41 0,079Интервал 0-150: м3/с
Q
(0,39372 0,1272)0,45 0,049Интервал 150-560: м3/с
Q
(0,29532 0,1272)0,5 0,034Интервал 560-1676: м3/с
Q
(0,21592 0,1272)0,6 0,014Интервал 1676-1880: м3/с
Для интервала 1676-1880 м. принимаем ВЗД Д2-195, т.к. будет обеспечиваться необходимая скорость восходящего потока.
Таблица 4.5 - Техническая характеристика ВЗД Д2-195
| Показатели | Д2-195 |
| Диаметр наружный корпуса, мм | 195 |
| Длина общая, мм | 5960 |
| В том числе от торца наддолотного переводника до середины искривленного переводника | 2890 |
| Масса, кг | 1020 |
| Присоединительная резьба по ГОСТ 28487: к трубам к долоту | З-147 З-117 |
| Диаметры применяемых долот, мм |  |
| Расход воды, л/с | |
| Частота вращения вала, об/мин | |
| Перепад давления на ВЗД, МПа | |
| Момент силы на валу, кН  м | |
| Максимальный угол перекоса, градус | 1,5(3) |
Для интервала 560-1676 м. принимаем, ВЗД Д1-240 т.к. будет обеспечиваться необходимая скорость восходящего потока.
Таблица 4.6 - Техническая характеристика ВЗД Д1-240
| Показатели | Д1-240 |
| Диаметр наружный корпуса, мм | 240 |
| Длина общая, мм | 6930 |
| В том числе от торца наддолотного переводника до середины искривленного переводника | 2975 |
| Масса, кг | 1660 |
| Присоединительная резьба по ГОСТ 28487: к трубам к долоту | З-171 З-152 |
| Диаметры применяемых долот, мм |  |
| Расход воды, л/с | |
| Частота вращения вала, об/мин | |
| Перепад давления на ВЗД, МПа | |
| Момент силы на валу, кН  м | |
| Максимальный угол перекоса, градус | 1 |
Все расчетные данные параметров режима бурения представлены в таблице 4.7.
Таблица 4.7 - Параметры режима бурения
| Интервал (м) | Нагрузка на долото (кН) | Частота вращения ПРИ (с-1) | Расход бурового раствора (л/с) | |
| От | До | |||
| 0 | 150 | 60-120 | 70 | 79 |
| 150 | 560 | 120-215 | 60-80 | 49 |
| 560 | 1676 | 120-176 | 70-90 | 35 |
| 1676 | 1880 | 98-150 | 80-100 | 30 |