Расчет частоты вращения породоразрушающего инструмента

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

Каждому классу пород и типу долот соответствуют свои оптимальные частоты вращения инструмента, при которых разрушение горных пород максимально. Расчет частоты вращения для шарошечных долот производится из условий:

• создания оптимальной линейной скорости на периферийном венце шарошки;

• по времени контакта зубьев долота с горной породой;

• по стойкости опор.

Для безопорных долот расчет производится только из условия создания необходимой линейной скорости на периферии долота. Расчет в этом случае ведется по формуле:

, (10)

где V_л– рекомендуемая линейная скорость на периферии долота, м/с;

D_д– диаметр долота, м.

Для шарошечных долот линейная скорость принимается: в породах М – 3, 4-2, 8 м/с; в породах МС – 2, 8-1, 8 м/с; в породах С – 1, 8-1, 3 м/с; в породах СТ – 1, 5-1, 2 м/с; в породах Т – 1, 2-1, 0 м/с; в породах К – 0, 8-0, 6 м/с.

Для алмазных и ИСМ долот V_л= 3-5 м/с, для долот PDC V_л= 1-2 м/с.

Меньшие значения линейной скорости берутся

• в трещиноватых неоднородных породах;

• в твердых абразивных породах;

• при повышенных осевых нагрузках;

• для шарошечных долот с твердосплавным вооружением.

Расчет частоты вращения шарошечного долота n₂по минимально допустимому времени контакта зуба долота с породой ведется по формуле:

, (11)

где d_ш– диаметр шарошки, мм;

τ – минимальное время контакта зуба долота с породой, мс;

z – число зубьев на периферийном венце шарошки;

D_д– мм.

Для современных шарошечных долот в среднем d_ш=0, 65 D_д. Минимальное время контакта для упруго-пластичных пород равно 5-7 мс, для упруго-хрупких – 6-8 мс, для пластичных – 3-6 мс. Меньшие значения принимаются в более твердых породах. Число зубьев на периферийном венце шарошки зависит от типа долота, его диаметра и номера шарошки. В среднем оно может быть принято для долот диаметром 142, 9-190, 5-20 шт; 215, 9-244, 5-22 шт; 269, 9-349, 2-24 шт.

Максимально допустимая частота вращения шарошечного долота n₃по стойкости опоры ведется по формуле

, (12)

где α – коэффициент, характеризующий свойства горной породы;

Т_о– стойкость опоры, час;

Т_о= 0, 0935*D_д (13)

где D_д– мм.

Для мягких пород α =0, 7-0, 9, для средних α =0, 5-0, 7, для твердых α =0, 3-0, 5, то есть с увеличением твердости пород этот коэффициент уменьшается.

Для шарошечных долот из рассчитанных значений n₁, n_2,n₃первое является оптимальным, а принятое не должно быть больше меньшего из значений n₂и n₃. Для безопорных долот принимается значение n₁.

Общие рекомендации по осевой нагрузке на долото и частоте вращения инструмента сводятся к следующим:

• с увеличением твердости горной породы осевую нагрузку следует увеличить при одновременном снижении частоты вращения;

• в трещиноватых неоднородных породах указанные параметры процесса бурения следует снижать;

• в течение рейса осевая нагрузка постепенно увеличивается.

В Приложении 18 приводится пример оформления результатов проектирования частоты вращения породоразрушающего инструмента по интервалам бурения.

Приложение 1

Пример оформления краткого описания места проведения работ (месторождения)

Таблица 1 – Географическая характеристика района строительства

Наименование	Значение
Месторождение (площадь)	Южно-Майское месторождение
Характер рельефа	Равнина
Покров местности	Тайга
Заболоченность	Высокая
Административное расположение: - республика - область (край) - район	РФ Томская Александровский
Температура воздуха, °С - среднегодовая - наибольшая летняя - наименьшая зимняя	-2, 0 +35 -53
Максимальная глубина промерзания грунта, м:	1, 15
Продолжительность отопительного периода в году, сутки
Продолжительность зимнего периода в году, сутки
Азимут преобладающего направления ветра, град	Юго-западное
Наибольшая скорость ветра, м/с:	до 20
Метеорологический пояс (при работе в море)	-
Количество штормовых дней (при работе в море)	-
Интервал залегания многолетнемерзлой породы, м - кровля - подошва	Нет
Геодинамическая активность	Низкая

Таблица 2 – Экономическая характеристика района строительства и пути сообщения

Наименование	Значение
Электрификация	ЛЭП Резервный источник – ДЭС-200
Теплоснабжение	Котельная ПКН-2
Основные пути сообщения и доставки грузов - в летнее время - в зимнее время	по воздуху на вертолетах автотранспорт по зимникам
Близлежащие населенные пункты и расстояние до них	Пионерный (270 км) Стрежевой (145 км) Александровское (311 км)

Приложение 2

Пример представления обзорной карты района работ

Рисунок 1. Обзорная карта района работ

Приложение 3

Пример оформления стратиграфического разреза месторождения

Таблица 3 – Проектный стратиграфический разрез

Интервалы разреза с различными геолого-техническими условиями	Стратиграфическая приуроченность	Коэффициент кавернозности в интервале	Угол залегания пластов
от	до	мощность	название свит	индекс

			Четвертичные отложения	Q	1, 3	0-5
…	…	…	…	…	…	…

Приложение 4

Пример оформления литологического разреза месторождения

Таблица 4 – Прогноз литологической характеристики разреза скважины

Индекс стратиграфического подразделения	Интервал, м	Горная порода
от	до	Краткое название	Процент в интервале

Q			пески
суглинки
глины
алеврит
…	…	…	…	…

Приложение 5

Пример оформления таблицы свойств горных пород по разрезу скважины

Таблица 5 – Прогноз физико-механических свойств горных пород по разрезу скважины

Индекс стратиграфического подразделения	Интервал, м	Краткое название горной породы	Плотность, г/см³	Пористость, %	Трещиноватость	Глинистость, %	Абразивность	Категория пород
от	до	По буримости	Породы промысловой классификации

Q			алевриты	2, 0		-		-	I	Мягкая
суглинки	2, 2				IV
глины	2, 1				X
пески	2, 4				IV
…	…	…	…	…	…	…	…	…	…	…

Приложение 6

Пример оформления таблицы градиентов давлений по разрезу скважины

Таблица 6 - Прогноз давлений и температур по разрезу скважины

Индекс стратиграфичесгого подразделения	Прогнозируемый интервал	Градиент давлений	Температура в конце интервала, ⁰С
Пластового, (кгс/см²)/м	Порового, (кгс/см²)/м	Гидроразрыва, (кгс/см²)/м	Горного, (кгс/см²)/м
от	до	от	до	от	до	от	до	от	до

Q				0, 100		0, 100		0, 200		0, 20
P₃ cr			0, 100	0, 100	0, 100	0, 100	0, 200	0, 200	0, 20	0, 20
…	…	…	…	…	…	…	…	…	…	…	…

Приложение 7

Примеры оформления краткой характеристики геологических условий бурения

В интервале 2890-3500 м залегают граниты. Это может привести к снижению механической скорости бурения и преждевременному выходу из строя породоразрушающего инструмента. Следовательно, для успешного прохождения данного интервала оценивается возможность применения метода шароструйного бурения.

…

В интервале 2550-3000 м забойные температуры могут достигать 180-220 ^оС, что может стать причиной преждевременного загустевания цементного раствора при тампонировании. Поэтому для успешного заканчивания скважины проектируется использование метода двухступенчатого цементирования.

…

Интервал 450-680 м сложен «шоколадными» глинами, обладающими высокой набухаемостью и текучестью. Поэтому в данном интервале во избежание осложнений проектируется использование ингибированного раствора в совокупности с сочетанием параметров режима бурения, обеспечивающих наивысшую механическую скорость бурения.

…

Интервал 650-900 м характеризуется как интервал с несовместимыми условиями бурения, что определяется соотношением градиентов пластового давления и давления гидроразрыва. Следовательно, в этом интервале необходимо проектирование технической колонны, либо профильного перекрывателя.

Приложение 8.1

Пример оформления характеристики нефегазоводоносности по разрезу скважины

Таблица 7 - Нефтегазоводоносность по разрезу скважины

Индекс стратиграфического подразделения	Интервал	Тип коллектора	Плотность, кг/м³	Свободный дебит, м³/сут	Газовый фактор (для нефтяных пластов), м³/м³	Относится ли к источникам водоснабжения, краткая характеристика химического состава (для водяных горизонтов)
от	до

Нефтеносность
J₃			Поров.		28, 9		-
Газоносность
J₁			Поров.	0, 68		-	-
Водоносность
K₂ip			Трещин.			-	Нет. Минерализ. – 14, 2 г/л. Хим. состав (преобладающий): Cl^- - 257, 5 мг/л, Na⁺ - 266, 5 мг/л

Приложение 8.2

Пример оформления краткой характеристики флюидосодержащих пластов

Разрез представлен 4 нефтеносными, 2 газоносными и 5 водоносными пластами. Скважина проектируется для эксплуатации интервала 2900-2950 м (нефтеносный), поскольку он обладает наибольшим ожидаемым дебитом. Не смотря на это, конструкция скважины проектируется так, что перебуриваются все флюидонасыщенные пласты для обеспечения возможности их дальнейшей эксплуатации. Для обеспечения района бурения питьевой и технической водой проектируется вертикальная скважина глубиной 450 м для эксплуатации водоносного горизонта 380-395 м.

Приложение 9.1

Пример оформления таблицы возможных осложнений по разрезу скважины

Таблица 8 – Возможные осложнения по разрезу скважины

Индекс стратиграфического подразделения	Интервал, м	Тип осложнения	Характеристика и условия возникновения
От	До

Q – P₃nk			Поглощение бурового раствора	Интенсивность – 10 м³/час, потери циркуляции – нет. Возникает при превышении градиента поглощения вследствие несоблюдения режима бурения и плотности бурового раствора.
К₁ gn			Осыпи и обвалы горных пород	Осыпи и обвалы из-за неустойчивости глинистых пород, возникающие при повышенной водоотдаче бурового раствора и его слабой ингибирующей способности.
J_2-3vs			Нефтепроявление	Нефтепроявление с плотностью флюида 0, 749 г/см³. Возникает при снижении противодавления на пласт ниже гидростатического.
J₁			Прихватоопасность	Некачественная очистка бурового раствора, высокая водоотдача, ведущая к интенсивному набуханию и выдавливанию в ствол текучих глинистых пород.
Pg_2-3cg + K₂ sl			Кавернообразование	Неустойчивость стенок скважины из-за несоблюдения свойств бурового раствора
…	…	…	…	…

Приложение 9.2

Пример оформления краткой характеристики возможных осложнений

В разрезе представлен ряд интервалов, в которых возможно возникновение осложнений в процессе бурения. Самыми распространенными являются поглощения, но в большинстве случаев они имеют малую интенсивность, что не требует проектирования дополнительных средств для их предупреждения и ликвидации. В интервале 400-600 м возможны высокоинтенсивные поглощения бурового раствора. Следовательно, необходимо запроектировать использование наполнителей бурового раствора.

В интервале 650-780 м прогнозируется высокая вероятность желообразования, поэтому необходимо запроектировать процесс бурения таким образом, чтобы количество спускоподъемных операций снизить до минимума.

В интервале 560-650 м ожидаются высокоинтенсивные осыпи и обвалы стенок скважины. Поэтому рекомендуется спроектировать для него буровые растворы с минимальной водоотдачей для снижения вероятности набухания и диспергирования глин.

Приложение 10

Пример оформления таблицы запланированных испытаний и исследований в процессе бурения

Таблица 9 – Исследовательские работы

Интервал, м	Тип работ	Общие параметры	Оборудование
От	До
		Стандартный каротаж	Группа сложности – 2. В открытом стволе. Во время остановок процесса бурения.	Э-1, Э-2; КЗ-741; ЭК-М
		Геолого-технические исследования	Группа сложности – 2-3. В открытом стволе. В процессе бурения.	Станция ГТИ «Разрез-2»
		Термометрия	Группа сложности – 2-3. В обсаженном стволе.	ТЭГ-36
		Отбор керна	Диаметр – 100 мм.	215, 9/100 В 12122 АМ, СК – 178/100
…	…	…	…	…

Приложение 11.1

Пример оформления совмещенного графика давлений и выводов к нему

Рисунок 2. Совмещенный график давлений

Пример оформления описания совмещенного графика давлений

Анализ совмещенного графика давлений позволяет сделать заключение, что зон несовместимых по условиям бурения в разрезе нет. Поэтому проектируется одноколонная конструкция скважины.

…

Анализ совмещенного графика давлений позволяет сделать заключение о наличии интервала несовместимого по условиям бурения – 1200-1350 метров. Поэтому проектируется спуск и крепление технической колонны в интервале 0-1370 метров.

Приложение 11.2

Пример оформления таблицы исходных данных для проектирования конструкции скважины

Таблица 10 – Исходные данные для расчета конструкции скважины

Параметр	Описание	Значение
Тип скважины	Нефтяная, газовая, газоконденсатная
Дебит, м³/сут	Значение проектного дебита рассматриваемого к разработке пласта
P_ПЛ^МАКС, МПа	Максимальное пластовое давление
L, м	Длина скважины
Ρ _ф, г/см³	Плотность пластового флюида
gradP_ГР, МПа/м	Градиент давления гидроразрыва под башмаком кондуктора

Приложение 11.3

Пример оформления раздела с запроектированными данными конструкции скважины

Таблица 11 – Результаты проектирования конструкции скважины

Название колонны	Глубина спуска, м	Интервал цементирования, м	Внешний диаметр обсадной колонны, мм	Диаметр бурового долота на интервале, мм
Расчетная по вертикали	Запроектированная по вертикали	Расчетная по стволу	Запроектированная по стволу	По вертикали	По стволу
Направление
Кондуктор
Техническая колона
Эксплуатационная колонна
Хвостовик

Пример оформления обоснования конструкции скважины

Мощность четвертичных отложений составляет 80 метров, поэтому предварительный расчет глубины спуска направления составляет 100 м с учетом посадки башмака в устойчивые горные породы. Но в верхней части интервала 80-250 м залегают слабосвязанные породы склонные к интенсивным осыпям. Поэтому для обеспечения безаварийного бурения интервала под кондуктор спуск направления проектируется до глубины 270 м.

Рекомендуемое значение глубины спуска кондуктора составляет 685, 4 м, но выбирается глубина 900 м с учетом опыта строительства скважин на данном месторождении, а также для обеспечения посадки башмака кондуктора в устойчивые горные породы.

Кондуктор и направление цементируются на всю длину, а эксплуатационная колонна цементируется с перкерытием башмака кондуктора на 150 м, поскольку скважина нефтяная. Хвостовик не цементируется и устанавливается в интервале 2890-3200 метров (по стволу).

Рисунок 3. Проектная конструкция скважины

Приложение 12

Пример оформления обоснования выбора профиля скважины

Вариант 1

Согласно техническому заданию на выпускную квалификационную работу (курсовой проект) выбирается трехинтервальный профиль скважины, который обеспечит попадание в заданную точку пласта (смещение – 350 м). Выбор профиля также обусловлен запроектированным комплектом оборудования, в том числе технических средств для направленного бурения и контроля проводки скважины, и обеспечит свободную вписываемость и проходимость компоновок низа бурильной колонны.

Вариант 2

Учитывая исходные данные на бурение (смещение точки вскрытия пласта относительно устья скважины – 500 м, глубина по вертикали – 2550 м) наилучшим решением для вывода скважины в требуемую точку пласта является проектирование пятиинтервального профиля скважины. Кроме того, за счет 5го вертикального участка, данный профиль позволит расположить насосное оборудование в интервале кровли продуктивного пласта и увеличить дебит скважины. Выбор профиля также обусловлен запроектированным комплектом оборудования, в том числе технических средств для направленного бурения и контроля проводки скважины, и обеспечит свободную вписываемость и проходимость компоновок низа бурильной колонны.

Приложение 13.1

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒