книги из ГПНТБ / Элияшевский, И. В. Типовые задачи и расчеты в бурении учеб. пособие
.pdf
И. В. ЭЛИЯШЕВСКНЙ, Я. М. ОРСУЛЯК,
М. Н. СТОРОНСНИЙ
ТИПОВЫЕ
ЗАДАЧИ
И РАСЧЕТЫ
В БУРЕНИИ
Допущено Управлением кадров и учебных заведений Министерства нефтяной промышленности в качестве учебного пособия для нефтяных техникумов
Т-'
ИЗДАТЕЛЬСТВО « Н Е Д Р А »
М о с к в а 1974
УДК 622.24.001,24 |
|
|
|
Элияшевский И. |
В., Орсуляк Я. М., |
Сторонский М. |
Н. Типовые задачи |
и расчеты в бурении. М., «Недра», 1974, 504 с. |
|
||
В книге нашли |
отражение последние |
достижения по |
технике и техноло |
гии бурения скважин. Типовые задачи и расчеты приведены с подробными реше ниями, представляющими большой теоретический и практический интерес. При решении задач использованы современные ГОСТы, технические условия, нормали. В книге даны рекомендации по выбору типов долот, их рациональной отработке. Приведен расчет колонны бурильных труб при различных способах бурения и с продувкой воздухом. Подробно рассмотрены вопросы, связанные с промывкой скважины. Даны основные формулы по определению количества буровой жидкости, воды, сухой глины и других материалов в зависимости от глубины и конструкции скважины. Большое внимание уделено выбору рацио нальных параметров режима бурения и борьбе с осложнениями. Приведены расчеты буровых вышек, талевой системы, ротора, лебедки, турбобура.
Учебное пособие предназначено для учащихся техникумов, изучающих предметы «Бурение нефтяных и газовых скважин» и «Буровые машины и механиз мы», а также может быть использовано инженерно-техническими работниками, занятыми бурением нефтяных и газовых скважин.
Таблиц 160, иллюстраций 75, список литературы — 81 назв.
Р е ц е н з е н т ы :
Ухтинский горно-нефтяной техникум (преподаватель И, Т. Трегуб); Горный инженер С. И. Шандин
© Издательство «Недра», 1974
ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебное пособие предназначается для учащихся техникумов, изучающих курс «Бурение нефтяных и газовых скважин» и «Буровые машины и меха низмы». Все задачи и расчеты, приведенные с под робными решениями, составлены с учетом последних достижений в области техники и технологии бурения скважин на нефть и газ.
В книге имеются все необходимые материалы
(формулы, монограммы, диаграммы, графики, та блицы и др.) для решения задач по буровому делу
идля выполнения курсовых и дипломных проектов.
** #
При расчетах использована метрическая система единиц измерения. Для перевода внесистемных еди ниц измерения в международную систему СИ дана табл. 55 приложения.
Учебное пособие написано согласно плану-про грамме, утвержденному учебно-методическим каби нетом Министерства нефтяной промышленности.
Главы I, VIII, XI, XII написаны И. В. Элияшев-
ским, главы II—VII и IX — Я. М. Орсуляком, гла ва X — М. Н. Сторонским.
Авторы выражают глубокую благодарность ин женеру С. Н. Шандину (Министерство нефтяной про мышленности) и инженеру И. Т. Трегубу (Ух тинский горно-нефтяной техникум) за ряд ценных
3
замечаний, которые были учтены при доработке ру кописи.
Книгу авторы пишут впервые. В связи с этим
в ней могут встретиться недоработки и недостатки.
Авторы будут благодарны читателям за критические замечания и ценные предложения, которые учтут при дальнейшей работе над книгой.
Все отзывы и пожелания просим направлять в издательство «Недра» по адресу: 103633, Москва,
К-12, Третьяковский проезд, дом 1/19.
Г л а в а I
ДОЛОТА ДЛЯ БУРЕНИЯ
ВЫБОР ТИПА И МОДЕЛИ ДОЛОТА
Долота различных типов и моделей производительно работают только в определенной породе при определенном режиме бурения. Каждую породу необходимо разбуривать таким долотом, которое дает наиболее высокие технико-экономические показатели.
В зависимости от характера разбуриваемых пород изготовляются долота следующих типов (табл. 1).
Т а б л и ц а 1
Тип доло та
м
М3
мс
мсз
с
сз
ст
т
т з
тк
тк з
к
ок
С1 *
породы
Мягкие Мягкие абразивные
Мягкие с пропластками средней твердости Мягкие абразивные с пропластками средней твердости Средней твердости Абразивные средней твердости
Средней твердости с пропластками твердых пород Твердые Твердые абразивные
Твердые с пропластками крепких пород Твердые абразивные с пропластками крепких пород Крепкие абразивные Очень крепкие абразивные
Малоабразивные средней твердости, хрупкие
* Одношарошечное.
Фрезерные долота, армированные победитом, предназначены для разбуривания вязких, хрупких, твердых и крепких пород.
Долота истирающе-режущего типа (ДИР) предназначены для бурения глубоких и сверхглубоких скважин уменьшенного диаметра в перемежающихся вязких, средней твердости и твердых породах.
Алмазные долота эффективно работают при роторном способе бурения и при работе с забойными двигателями. Проходка на алмазное
5
долото в 15—20 раз больше, чем на шарошечное. Алмазные до
лота |
предназначены |
для бурения глубоких |
интервалов |
скважин |
в породах средней |
твердости и малоабразивных. |
твердости |
||
В |
настоящее время для бурения мягких |
и средней |
||
пород применяют долота ИСМ, оснащенные сверхтвердым материа лом «славутич» марки С-3.
На выбор типа и модели долота существенное влияние оказы вают параметры режима бурения. Если есть возможность увеличить осевую нагрузку на долото и скорость его вращения, эффективное разрушение может быть достигнуто при применении долот с большим шагом зубьев. Если подача промывочной жидкости ограничена, рекомендуется применять долота с самоочищающимися шарошками с большой высотой зубьев. Если возможно работать с большим пере падом давления на долоте и высокими скоростями истечения жидкости из промывочных насадок, то следует применять долота с нижней промывкой, а также сменные насадки. По данным ВНИИБТ, приме нение правильно выбранного типа шарошечного долота обеспечивает повышение показателей бурения в среднем на 20—30%.
КРИТЕРИЙ НЕОБХОДИМОСТИ СМЕНЫ ДОЛОТА
Задача 1. Определить необходимость смены долота при бурении на глубине 1000 м при следующих условиях.
Время на спуск и подъем инструмента составляет Tz п = 2 ч. Проходка долота, замеряемая через каждые 15 мин, в одних и тех же
породах |
изменяется следующим |
образом |
(в |
м): |
h x = |
5; |
h2 — 4; |
||
h3 = 3; |
ht = |
2,5; |
hb = 2,0; h6 = |
1,5; /г7 = |
1; |
hs = |
0,5 |
и h9 = 0,3. |
|
Решение. |
Для |
получения максимального |
эффекта |
от |
работы |
||||
долота лучше всего ориентироваться на рейсовую скорость и прекра щать бурение для смены долота после достижения ее максимума.
Рейсовая скорость Vp измеряется количеством метров, пробурен ных за один рейс, отнесенных ко времени механического бурения t6, плюс время, затраченное на подъем инструмента tn, смену долота ta и спуск инструмента tc. Обозначим Тс п — tn + tR + tc.
Рейсовая скорость за отдельные промежутки времени опреде ляется по формуле
^2 > + Гс.п’
где 2Ж- — суммарная проходка на долото за время бурения 2 W - Определим рейсовую скорость за первые 15 мин бурения
vpi |
hi |
__ |
5 |
= 2,22 м/ч. |
tti^rTc. п |
|
0,25 + 2 |
6
Аналогично определим |
рейсовую |
скорость |
за 30, 45, 60 мин |
||||||
и т. д. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VP2= |
оп п т = |
3,60 м/ч; |
|
||||
|
|
|
5~т |
3 |
/ |
о п j |
|
|
|
|
|
|
о;75+г = |
4 -3 7 м /,,; |
|
||||
|
г’пл = |
5-^-~г4± — — 4,83 м/ч; |
|
||||||
|
р 4 ~ |
1 |
+ 2 |
|
|
|
|
|
|
|
V |
5 + 4 + 3 + |
2,54-2 |
= |
|
5,08 м/ч; |
|||
|
р5 |
1,25+2 |
|
|
|
|
|
||
|
5+ 4 + 3 + 2 ,5 + 2 + |
1,5 |
|
5,14 м/ч; |
|||||
|
Vр6 |
1,5+2 |
|
|
|||||
|
5 + 4 + 3 + 2,5 + 2 + 1 ,5 + 1 |
= 5,07 |
м/ч; |
||||||
|
+7 |
1,75 + |
2 |
|
|
||||
|
5+ 4 + 3 + 2 ,5 + 2 + 1 , 5 + 1 + 0,5 |
= 4,87 м/ч; |
|||||||
У |
р 8 - |
|
2 + 2 |
|
|
|
|
|
|
ур9 : |
5+ 4 + 3 + 2,5 + |
2 +• 1,5 + 1 + 0,5 + 0,3 |
= |
4,66 м /ч . |
|||||
|
|
2,25+2 |
|
|
|
|
|
||
Из расчетов видно, что долото необходимо поднять для замены при
|
ур; max = *>рв = 5,14 м/ч. |
|
|
|
||||
Тогда суммарная проходка |
составит |
|
|
|
|
|||
= 5 + 4 + |
3 + 2,5 + 2 + 1,5 = |
18 м; |
|
|
||||
общее время работы долота на забое |
|
|
|
|
||||
|
2 |
<б = 6 x 0 ,2 5 = |
1,5 ч, |
|
|
|
||
а с учетом времени на спуско-подъем |
|
|
|
|
||||
2 * б + Г с.„ = |
1,5 + |
2 = 3,5 ч. |
|
|
||||
Если поднять долото |
при _кр9 = |
4,66 м/ч,-то |
суммарная проходка |
|||||
составит |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 й = 5 + 4 + 3 + |
2,5 + |
2 + 1 ,5 + 1 + 0 ,5 + 0,3 = |
19,8 м; |
|||||
общее время |
2 7 б = |
9 х 0 ,2 5 = 2,25 ч, |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||||
а с учетом времени на |
спуско-подъем |
|
|
|
|
|||
2 ^ |
+ |
^ с| п = 2,25 + 2 = 4,25ч. |
|
|
||||
Таким образом, разница во времени составит 4,25 — 3,5 |
= 0,75 ч, |
|||||||
а за это время можно пройти новым долотом еще 5 + |
4 + |
3 = 12 м. |
||||||
7
Суммарная проходка двух долот в первом случае за время 4,25 ч
составит 18 + |
12 = 30 |
м, а |
во втором — 19,8 |
м. |
Следовательно, |
|
лучше поднять |
долото |
при |
достижении |
max |
и |
спустить новое, |
чем держать долото на забое при меньшей vp, |
|
|
||||
Эффект: 30 — 19,8 = |
10,2 |
м за одно и то же время. |
||||
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗНОСА РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ДОЛОТА И РАЦИОНАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ РАБОТЫ ДОЛОТА НА ЗАБОЕ
Задача 2. Определить коэффициент износа рабочей поверхности шарошечного долота, если за первые 15 мин работы этим долотом скважина была углублена на 7 м и за следующие 15 мин на б м.
Решение. Коэффициент износа рабочей поверхности долота 0г характеризует темп падения мгновенной механической скорости в процессе работы долота на забое и представляет собой обратную величину логарифмического декремента убывания указанной ско рости. Значение 0г зависит от абразивных свойств породы, износо стойкости рабочей поверхности долота и параметров режима бурения. Значение 0Z можно определить опытным путем, воспользовавшись формулой
lg _ Ч _
|
|
Q |
О |
О |
^ 2 |
|
^ 1 |
|
|
|
|
|
^ |
------* |
|
где |
— проходка, выполняемая долотом в данном рейсе за время |
||||||
t61; h 2 — т0 же, за время |
|
t62 = |
2161. |
Подставляя данные, получаем |
|||
|
|
|
ig —1— |
|
|
||
|
в- = |
2’3 - |
^ |
- |
° |
- в7' |
|
Задача 3. Определить рациональное время работы долота на забое при следующих условиях. Время на подъем и спуск колонны Тс п =
= |
2 ч. Коэффициент износа |
рабочей |
поверхности долота 0г = |
= |
0,617. |
|
|
|
Решение. Рациональное время работы долота на забое можно |
||
определить по формуле |
|
|
|
|
^б. р ~ |
р ^ ^ с- п’ |
|
где |
|
|
|
|
1,05 |
1,05 |
= 1,35. |
|
v% |
/ 0 , 617 |
|
Тогда
t6. р = 1,35 1 /Т = 1,91 ч.
Таким образом, рацирнальное время работы долотом на забое со ставляет около 2 ч.
8
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДОЛОТ
Задача 4. Дать сравнительную оценку работоспособности двух
долот при следующих данных: |
60 м за |
t61 = |
10 ч; |
||
а) |
первое долото прошло h 1= |
||||
б) |
второе долото прошло h 2= |
40 м за |
t62 = |
8 ч. |
|
Решение. Определим среднюю механическую скорость проходки |
|||||
первого и второго долота |
|
|
|
|
|
|
hi |
60 |
а |
. I . |
|
|
”» = - ^ - ю = е и / % |
|
|||
|
h2 - |
40 |
г |
|
|
|
Ум2 = ^62 = |
1Г = ^ М^4' |
|
||
Следовательно, работоспособнее первое долото при прочих рав |
|||||
ных условиях, так как h x > h 2и ум1 |
>> ум2. |
|
|||
Задача 5. Дать сравнительную оценку работоспособности двух |
|||||
долот при следующих данных: |
60 м за t61 = |
10 ч; |
|||
а) |
первое долото прошло hx = |
||||
б) |
второе долото прошло h 2= |
60 м за t62 = |
12 ч. |
||
Решение. Определим механическую скорость проходки первого |
|||||
и второго долота |
|
|
|
|
|
|
hi |
60 |
с / |
|
|
Следовательно, первое долото работоспособнее, так как ум1 >
>vut.
Пр и м е ч а н и е . Если проходки и механические скорости двух долот равны, то долота равноценны и преимущество в этом случае остается за долотом, стоимость проката которого дешевле.
Задача 6. Дать сравнительную оценку работоспособности двух
долот при следующих данных: |
|
|
|
|
||||
а) первое долото прошло |
hx = 70 м за |
t61 = |
15 ч; |
|||||
б) второе долото прошло h 2= |
35 м за |
t62 = |
7 ч. |
|||||
Решение. Определим механическую скорость проходки первого |
||||||||
и второго долота |
hx |
_ 70 |
/ nr-i |
I |
|
|||
|
|
^ |
|
|||||
|
|
" ^ |
i |
^ |
4’67 M/q; |
|
||
|
|
|
Д2 |
35 |
r / |
|
|
|
|
|
|
w« = 7 ^ - T - = 5m/4- |
|
||||
Так как |
h x |
h 2, a |
vMl < |
vM2, |
то |
о |
работоспособности долот |
|
следует |
судить |
по |
рейсовой |
скорости. |
Принимая время на |
|||
9