МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра технологии и техники геологоразведочных работ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ПО ТЕОРЕТИЧЕСКИМ ОСНОВАМ БУРЕНИЯ

Тема проекта

«ЭКСПЕРТИЗА РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА БУРЕНИЯ РОЗВЕДОЧНОЙ СКВАЖИНЫ»

ПК00.02.01111.00

Исполнитель

Студент группы ТТР-10 Пасько А.С.

Руководитель проекта ассистент кафедры ТТГР, Хохуля А.В.

Нормоконтролёр ассистент кафедры ТТГР, Хохуля А.В.

Донецк – 2013

РЕФЕРАТ

Cтр. 44., 2 источника.,1 табл., 5 рис.

Объектом курсового проекта является разведочная скважина.

Цель проекта: провести экспертизу режимных параметров геолого-технического проекта (ГТП) бурения разведочной скважины.

Проведена экспертиза режимных параметров геолого-технического проекта колонкового бурения скважины алмазным породоразрушающим инструментом. Выполнены проверочные расчеты затрат мощности бурового станка и прочности бурильной колонны, а также гидравлические расчеты для каждого интервала скважины, для которой составлен ГТП. На основе этих расчетов, выполненных с применением персонального компьютера, проведена корректировка режимов бурения. Определены интервалы наибольшей нагрузки бурового станка, бурильной колонны и бурового насоса.

СКВАЖИНА, КОЛОНКОВОЕ БУРЕНИЕ, ГЕОЛОГО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ, РЕЖИМЫ БУРЕНИЯ, ПРОВЕРОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ, ЭКСПЕРТИЗА РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Содержание

Введение

1. Исходные данные

2. Проверочные расчеты для конечной глубины скважины……………………….…5

2.1.Расчет затрат мощности ………………………………………………………....5

2.2.Расчет бурильной колонны……………………………………………………....7

2.3.Гидравлический расчет………………………………………………………….11

3. Рекомендуемые режимы бурения скважины………………………………………16

4. Определение интервалов максимального нагружения станка, бурильной

5. колонны и насоса…………………………………………………………………….17

Заключение……………………………………………………………………………….18

Список использованной литературы…………………………………………………...19

ВВЕДЕНИЕ

Заданием курсового проекта является проведение экспертизы режимных параметров геолого-технического проекта (ГТП) колонкового бурения скважины алмазным породоразрушающим инструментом.

Экспертиза проводится с целью установления соответствия предложенных режимов бурения возможностям бурового оборудования: станка, насоса и бурильной колонны. Для этого по каждому интервалу скважины выполняются проверочные расчеты затрат мощности бурового станка, прочности бурильной колонны и гидравлические расчеты. Анализ результатов проверочных расчетов или подтверждает правильность предложенных в ГТП режимов бурения, или определяет направление их оптимизации.

Эта задача имеет важное прикладное значение, поскольку при проектировании геолого–технических проектов алмазного бурения скважин очень тяжело без большого объема предыдущих расчетов подобрать оптимальные режимы бурения. Таким образом, оптимизация режимных параметров ГТП на практике позволит повысить технико-экономические показатели бурения скважины в конкретных условиях эксплуатации бурового оборудования.

При проведении экспертизы также выделяются интервалы набольшего нагружения бурового станка, насоса, бурильной колонны. Эта информация имеет важное значение для организации работы буровой бригады, поскольку дает возможность четко оценить резервы имеющегося бурового оборудования при возникновении непредвиденной ситуации.

2 Проверочные расчеты для конечной глубины скважины

2.1 Расчет затрат мощности

Расчет затрат мощности проводится с целью проверки энергетических возможностей бурового станка по обеспечению заданных режимных параметров. Затраты мощности на бурение слагаются из затрат на разрушение породы на забое, на вращение колонны бурильных труб и потерь мощности в буровом станке СКБ-4.

Потери мощности в буровом станке:

где a, b, c, d- постоянные коэффициенты зависящие от типа станка; (a=800; b=1,5; c=0,0001; d=0);

n – частота вращения шпинделя, об/мин.

_{Nc = 800+1.5*637+0.0001*637} ² _{= 1796 Вт = 1.7 кВт}

Затраты мощности на разрушение породы на забое:

где μ – коэффициент трения коронки (μ=0,12);

А - коэффициент, учитывающий физико–механические свойства породы и характер ее разрушения (А=3,30);

ΔV – углубка коронки за один оборот (ΔV=0,05*10 ^-3 м);

D_н, D_в – наружный и внутренний диаметр коронки, м.

_{Nз = 2.6*10}^-2_(0.12+10³_*3.3*0.05*10^-3_{)*(0.059+0.042)*7000*637=3337 Вт = 3.3 кВт}

Затраты мощности на вращение колонны бурильных труб под нагрузкой:

;

где к_см – коэффициент, учитывающий вид промывочной жидкости,(к_см=1);

к_скв – коэффициент, учитывающий состояние ствола скважины,

к_м – коэффициент, учитывающий материал труб, (к_м=1);

к_с – коэффициент, учитывающий тип соединения труб, (к_с=1);

к_к–коэффициент, учитывающий кривизну свечей и соосность соединений, (к_к=1,3);

i – интенсивность искривления, (i=0,01 град/м);

D_с – диаметр скважины (средневзвешенный),м;

;

L – длина колонны бурильных труб(глубина скважины);

D_{с =}

θ – средний зенитный угол скважины;

град;

δ – зазор между бурильной колонной и стенками скважины, м;

δ = ,

где D - диаметр скважины на конкретном участке, м;

d - наружный диаметр бурильных труб, м;

δ = м;

.

Суммарные потери:

_{Мощность двигателя:}

N_дв=20 кВт;

N_дв>N;

Суммарные затраты мощности на бурение не превосходят максимальную мощность привода станка.

2.2 Расчет бурильной колонны:

Расчет на прочность:

Сложный характер работы бурильной колонны в скважине обуславливает необходимость расчетов на прочность и на выносливость.

Проверка прочности выполняется в сечениях у устья скважины (А-А), на забое (Б-Б) и в нулевом сечении с учетом суммарного воздействия всех напряжений.

При работе бурильной колонны возможны два случая её нагружения.

В первом случае, характерным для неглубоких скважин, вес бурильной колонны Q меньше требуемой осевой нагрузки Р на породоразрушающий инструмент. Поэтому буровым станком создается дополнительная нагрузка, равная Р – Q (бурение с догрузкой). При этом в сечении А-А у устья скважины возникает усилие сжатия Р – Q. В связи с тем, что длина колонковой трубы мала по сравнению с длиной скважины, её обычно не учитывают и полагают, что нижнее сечение колонны В-В расположено у забоя скважины, т.е. на расстоянии L от устья, равном глубине скважины. В сечении В-В возникает сжимающее усилие Р.

Тогда в сечении А-А колонна испытывает минимальные напряжения сжатия и максимальные напряжения кручения, а в сечении В-В максимальные напряжения сжатия и минимальные кручения. Напряжения изгиба действуют в обоих сечениях и зависят от диаметра скважины в данном сечении и наличия искривления скважины. Поэтому расчет проводится для двух сечений А-А и В-В. Нулевое сечение 0-0 в этом случае фиктивное (поскольку расположено выше устья скважины) и не рассчитывается.

Во втором, наиболее распространенном случае, когда Q>P идет бурение «с разгрузкой», при котором излишняя часть веса колонны воспринимается талевой системой или механизмом подачи буровой установки. В верхнем сечении А-А колонна испытывает напряжения растяжения, изгиба и кручения, в нижнем В-В – сжатия, изгиба и кручения. В нулевом сечении 0-0, соответствующему месту перехода сжимающих нагрузок в растягивающие, напряжения растяжения-сжатия отсутствуют. Таким образом, в данном случае колонну проверяют на прочность в трех указанных сечениях.

Вес бурового снаряда определяется по формуле:

где q – вес 1 м колонны в сборе, Н;

f – коэффициент трения бурильной колонны о лежачую стенку скважины(f=0,5);

ρ_ж – плотность промывочной жидкости, кг/м³;

ρ – плотность материала труб(ρ=7850 кг/м³);

Q>P – бурение с разгрузкой.

Площадь опасного сечения:

где d_н, d_в – наружный и внутренний диаметр бурильных труб, м.

Осевой момент инерции:

Полярный момент сопротивления кручению:

Стрела прогиба:

Расстояние до верхнего сечения А-А при бурении с разгрузкой:

где q_ф - фактический вес 1м снаряда, Н.

Расстояние до нижнего сечения В-В:

;

Угловая частота вращения:

Длина полуволны изгиба:

Расчет сечения А-А:

Напряжение растяжения:

Напряжение изгиба:

Напряжение кручения:

Суммарное напряжение:

,

Запас прочности в сечении А-А:

где σ_т – предел текучести материала труб (σ_т=500МПа).

Расчет сечения В-В:

Напряжение сжатия:

,

Напряжение изгиба:

,

Напряжение кручения:

Суммарное напряжение:

Запас прочности в сечении В-В:

где σ_В – временное сопротивление (σ_В=700МПа).

Расчет нулевого сечения 0-0:

Напряжение изгиба:

,

Запас прочности в нулевом сечении: ,

где [σ_-1] – предел выносливости материала труб ([σ_-1]=372МПа).

Во всех сечениях условия прочности выполняются.

Расчет на выносливость:

Запас по изгибающим напряжениям:

где - напряжения кручения в нулевом сечении, Па;

Условие выносливости выполняется.