Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 [ 82 ] 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332

нет промысловых статистических данных о работе долот на рассматриваемой площади или в определенном интервале, а также если нужно уточнить параметры режима бурения, выбираемые на основе промысловых статистических данных, для выявления потенциальных возможностей технической оснащенности буровых установок и т.д.

Определение осевой нагрузки на долото. Минимальную осевую нагрузку на долото (кН), при которой объемное разрушение породы имеет преобладающее значение, можно определить следующим образом:

а) для упругохрупких и упругопластичных пород

G0t = 0,1рфFt; (8.20)

б) для пород, не дающих хрупкого разрушения, т.е. для пластичных пород

G0t = 0,1рoфFt, (8.21)

где Ft - опорная площадь рабочей поверхности долота, см2; рф и р0ф - в

МН/м2.

Максимальную осевую нагрузку (кН) на шарошечное долото, при которой поверхностное разрушение упругохрупких и упругопластичных пород еще имеет преобладающее значение, находят по формуле

Gпt = 0,1ру.фFt, (8.22)

где ру.ф - предел усталости породы в условиях забоя, МН/м2.

Если бурение ведется в породах, не дающих хрупкого разрушения, то поверхностное разрушение начинается при осевой нагрузке на долото, меньшей G0t.

Усталостно-объемное разрушение породы преобладает при осевой нагрузке на долото Gуt, причем

Gпt < Gуt < G0t. (8.23)

Если известно критическое напряжение а породы в барах, то осевую нагрузку G0t на долото в килоньютонах можно подсчитать по формуле

G0t = 0,1aFt. (8.24)

Поверхностные разрушения горных пород, не дающих хрупкого разрушения, наблюдаются при G < G0t.

Максимальную осевую нагрузку на долото (кН) при разбуривании пластичных пород шарошечными долотами, исходя из особенностей разрушения этих пород при бурении, можно определить по формуле

Gyt = 0,1р0ф F5м.дt, (8.25)

или по формуле

G,t = 0,1а F5мдt, (8.26)

м.дt

где F5мдt - уравновешивающая площадь долота при максимально допустимом погружении 5м,дt его рабочих элементов в породу, см2:

5м.дt =(3-1 hzмt ; 5м.дt =(4-1 hzмt; (8.27)

hzмt - высота самых низких зубцов долота, мм.

Осевая нагрузка на долото, скорость его вращения и подача промывочной жидкости не должны превышать значений, обусловливаемых техническими возможностями буровой установки.

Пример 1. Определить осевые нагрузки G0t, Gу и Gпt на трехшарошеч-ное долото. Опорная площадь F1 = 1,46 см2, рф = 1290 МН/м2 и руф =

= 475 МН/м2.

Минимальную осевую нагрузку на долото при преобладающем значении объемного разрушения породы подсчитываем по формуле (8.20)

= 0,1-1290-1,46 = 188,3 кН.

По формуле (8.22) находим осевую нагрузку на долото при преобладающем значении поверхностного разрушения породы

Gп( = 0,1-475-1,46 = 69,3 кН.

Согласно неравенству (8.23) усталостно-поверхностное разрушение породы при рассматриваемых условиях имеет преобладающее значение при осевых нагрузках на долото, заключенных в пределах от 69,3 до

188,3 кН, т.е.

69,3 < GУ( < 188,3 кН.

Пример 2. Определить максимальную осевую нагрузку на шарошечное долото, если р0ф = 196 МН/м2 и Рдмд = 2,03 см2.

По уравнению (8.25) имеем Gt = 0,1-196-2,03 = 39,8 кН.

Определение частоты вращения долота. Объемное разрушение горной породы при бурении зависит не только от выбора требуемой осевой нагрузки на долото, но и от подбора соответствующей продолжительности т контакта зубьев шарошек с породой. Минимально необходимая продолжительность тм.н контакта зависит от свойств породы и других факторов и колеблется от 3 до 8 мс.

Максимально допустимую частоту вращения (мин - 1) шарошечного долота для обеспечения минимально необходимой продолжительности контакта зубьев с породой определяют по формуле

= 0,6 • 10, (8.28)

тм.н zD

где dш - диаметр шарошки, мм; тм,н - в мс; z - число зубьев на периферийном венце шарошки; D - диаметр долота, мм (для современных шарошечных долот отношения dш/D колеблется в пределах от 0,595 до 0,7).

При расчетах можно принимать тм,н = 68 мс для упругохрупких пород, тм,н = 57 мс для упругопластичных и тм,н = 36 мс для пород, не дающих хрупкого разрушения (пластичных).

Пример 3. Определить максимально допустимую частоту вращения долота из условия обеспечения объемного разрушения упругопластичной горной породы, если диаметр шарошек dш = 95 мм, диаметр долота D = = 145 мм, число зубьев на периферийном венце z = 19.

Принимая тм.н = 6 мс, по формуле (8.28) находим, что

пмд = 0,6 • 105 -95-= 345 мин

При поверхностном разрушении породы шарошечными, лопастными и фрезерными долотами механическая скорость проходки возрастает прямо пропорционально увеличению скорости вращения долота до практически применяемых в настоящее время скоростей вращения долота.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ БУРЕНИЯ РАСЧЕТНЫМ ПУТЕМ ДЛЯ АЛМАЗНЫХ ДОЛОТ

Основными критериями при выборе параметров режима алмазного бурения должны быть допустимая нагрузка на алмазы и критическая окружная скорость, определяемые соответственно прочностью алмазов и существующими нормами промывки и твердости пород.

Нагрузку на долото (кН) рекомендуется определять по формуле

G = 0,1aршSк, (8.29)

где а - коэффициент, учитывающий характер разрушения породы на забое и прочность алмазов (для условий бурения отечественными алмазами в Республике Башкортостан коэффициент a принимается равным 0,5-0,8); рш - твердость породы по штампу, МН/м2; 8к - контактная площадь алмазов, установленных на торцовой части долота, см2.

Для практических расчетов можно пользоваться формулой

5к = 0,03dcAт, (8.30)

где 5к - в мм2; 0,03 - коэффициент, характеризующий степень внедрения алмазов при хрупком разрушении породы; кт - число алмазов на торцовой поверхности долота; dc - средний диаметр алмазов, мм.

В начале бурения новым долотом нагрузка не должна превышать 5- 10 кН. Для трещиноватых пород расчетные нагрузки рекомендуется уменьшать на 50 %.

Количество промывочной жидкости (л/с) рекомендуется определять по формуле

Q = KS,, (8.31)

где K0 = 0,06-0,10 см3/(ссм2) - размерный коэффициент очистки (охлаждения) забоя, характеризующий расход жидкости на площади забоя 1 см2 за 1 с; 5з - площадь забоя скважины, см2.

Частота вращения алмазных долот (мин - 1) определяется исходя из критической окружной скорости юкр коронки диаметром D:

n = 60юкр/(лD), (8.32)

где D - в м; юкр - в м/с.

Обычно юкр = 3-5 м/с. При большей скорости наблюдается зашламле-ние алмазных долот.

При бурении плотных, монолитных, малоабразивных пород увеличение частоты вращения неопасно. При бурении трещиноватых неоднород-