2.8. Проверочные расчеты

2.8.1. Расчет потребной мощности для бурения на предельную глубину

Все проверочные расчеты выполняются для коронки СМ5-93 при посчитанных для нее режимных параметрах (см. табл. 2.14), на предельную глубину 100 м. Окончательный выбор режимных параметров бурения производится после выполнения проверочных расчетов, показывающих осуществимость проектируемого режима работы выбранного бурового инструмента и оборудования.

Расчет потребной мощности для бурения на предельную глубину.

Мощность двигателя станка рассчитывается по формуле:

, (2.4)

где: N_б – мощность двигателя, расходуемая на забое скважины, кВт; N_з – мощность, расходуемая на забое скважины, кВт; N_т – мощность, затрачиваемая на вращение КБТ в скважине, кВт; N_ст – мощность, расходуемая в трансмиссии и других узлах бурового станка.

Мощность, затрачиваемая на забое:

При твердосплавном бурении:

, (2.5)

где: Р – осевая нагрузка на ПРИ, даН; n – частота вращения бурового снаряда, об/мин; =0,25-коэффициент трения резцов коронки о горную породу забоя; D_ср – средний диаметр коронки, м; D_ср= (D_н+D_вн)/2 (D_н и D_вн - наружный и внутренний диаметр коронки, м).

Для станка установки УКБ-200/300: n=300 об/мин, P= 560 даН

Мощность на вращение КБТ в скважине:

, (2.6)

где: N_хв – мощность, затрачиваемая на холостое вращение КБТ, кВт; N_доп – дополнительная мощность, затрачиваемая на вращение сжатой части КБТ, кВт.

, (2.7)

где: δ – радиальный зазор, м; δ=(D-d)/2=(0,093-0,055)/2=0,019; D – диаметр скважины, м; d – наружный диаметр бурильных труб, м.

кВт

Для твердосплавного:

(2.8)

где коэффициент, учитывающий влияние промывочной жидкости (технической воды) ; коэффициент, учитывающий особенности стенок скважины; коэффициент, учитывающий материал БТ (сталь); коэффициент, учитывающий тип резьбового соединения (муфтозамковое); коэффициент, учитывающий кривизну БТ.

кВт.

Проверка на крутящий момент: для данной передачи рекомендуемый минимальный крутящий момент М=400 Н·м. Крутящий момент, необходимый для вращения колонны, рассчитывается по формуле:

, (2.9)

Вывод: данные расчеты удовлетворяют техническим характеристикам установки УКБ-200/300, т.е. бурение на предельную глубину с использованием выбранного оборудования, инструмента и режимных параметров осуществимо.

2.8.2. Определение давления нагнетания насоса

Определим потребное давление в насосе на максимальную глубину скважины 100 м при диаметре 93 мм; промывка малоглинистым раствором с ρ=1030 кг/м³.

В соответствии с технической характеристикой насоса НБ3-120/40 количество промывочной жидкости принимаем равным 70 л/мин ( м³/с). Давление нагнетания 4 МПа.

Общее потребное давление, которое должен развивать насос,

(2.10)

где k - коэффициент, учитывающий необходимость запаса давления на преодоление дополнительных сопротивлений при зашламовании скважины, образовании сальников и т.п. (k = 1,3 -1,5); р₁ - давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в нагнетательном шланге, сальнике, ведущей трубе, бурильных и утяжеленных трубах, МПа; р₂ - давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в соединениях бурильной колонны, МПа; р₃ - давление на преодоление сопротивлений при движении жидкости в кольцевом пространстве скважины, МПа; р₄ - давление на преодоление сопротивлений в колонковом снаряде, коронке или долоте, МПа;

Давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в бурильных, нагнетательном шланге, сальнике рассчитывается по формуле

, (2.11)

где ρ – плотность промывочной жидкости, ρ=1030 кг/м³; d₁ – внутренний диаметр бурильных труб, d₁= 0,0505 м; l – длина колонны бурильных труб, l=100-4,5=95,5 м; V – скорость нисходящего потока промывочной жидкости, м/с:

, (2.12)

м/с;

λ₁ – безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления; D_э – эквивалентный диаметр канала потока, D_э=d₁=0,0505; Rе – параметр Рейнольдса,

, (2.13)

где - коэффициент динамической вязкости, для малоглинистого раствора = Па·с.

При значениях Rе>2000-3000 величина коэффициента λ₁ рассчитывается по формуле Альтшуля:

, (2.14)

где - эквивалентная шероховатость стенок труб, для новых труб см,

0,035;

l_э – эквивалентная длина бурильных труб, потери давления на которой приравниваются к потерям давления в нагнетательном шланге, сальнике, м

, (2.15)

где l_ш – длина шланга, l_ш=10 м; l_с – длина сальника, l_с=0,4 м; d₁ – диаметр ведущей трубы, d₁ =0,0505 м. d_ш – диаметр шланга, d_ш=0,038м; d_с – диаметр сальника, d_с=0,049 м.

таким образом

Давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении промывочной жидкости в соединениях бурильной колонны рассчитывается по формуле.

, (2.16)

где n – количество соединений в бурильной колоне, n=длина КБТ/длина 1 бурильной трубы=95,5/4,5=21; ξ – безразмерный коэффициент местного сопротивления,

, (2.17)

где d_о – наименьший диаметр проходного отверстия в бурильной колонне, d_о=0,022 м; а – опытный коэффициент, зависящий от вида соединения бурильной колоны, для труб ТБСУ с приварными замками а=2.

36,5

Давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в кольцевом пространстве скважины рассчитывается по формуле.

, (2.18)

где: ρ₁ – плотность промывочной жидкости, обогащенной шламом, кг/м³, ρ₁₌ 1050; D_э – эквивалентный диаметр кольцевого канала скважины D_э=D_c-d=0,093-0,055=0,038 м; _кр – безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления в кольцевом пространстве скважины:

скорость восходящего потока

м/с ,

где F - площадь сечения кольцевого пространства скважины,

;

, (2.19)

где ν – коэффициент кинематической вязкости, для воды м²/с.

Давление на преодоление гидравлических сопротивлений в колонковом снаряде и коронке, как правило, не рассчитывается, а принимается на основании практических данных в зависимости от длины колонкового снаряда, наличия керна, расхода и свойств промывочной жидкости. Для практических расчетов можно принимать р₄ =0,35 МПа.

Общее потребное давление, которое должен развивать насос.

МПа

Вывод: общее потребное давление, которое должен развивать насос, будет 1,13 МПа, что соответствует возможностям насоса НБ3-120/40 при подаче 70 л/мин 4МПа.