Тема 7:Параметры режима бурения..

Практическое занятие №12:Расчет параметров режима бурения для

выделенных пачек горных пород применительно

к конкретному типу долота и способу бурения.

Цель работы: Расчет параметров режима бурения при роторном способе

бурения

Исходный материал: ГТН, исходные данные.

Ход выполнения работы:

1. Краткое объяснение преподавателем методики расчета задач.

2. Самостоятельное изучение теоретического материала 12.

3. Выполнение расчета по заданию, заданным преподавателем.

Теоретический материал 12:

Под режимом бурения понимают комплекс субъективных факторов, которые определяют эффективность работы породоразрушающего инструмента на забое скважины. Каждый из этих факторов называется режимным параметром .

В качестве основных режимных параметров можно выделить сле­дующие: нагрузка на долото р_д, кН; частота вращения инструмента n, мин^–1; расход промывочной жидкости Q, л/с; тип и качество циркуля­ционного агента.

Режимные параметры можно подразделить на две группы:

1. Первичные режимные параметры, или параметры управления;

2. Вторичные режимные параметры, или параметры контроля. Первичные параметры поддаются произвольному регулированию с

целью управления процессом бурения. Параметры второй группы на­ходятся в зависимости от конкретных условий в скважине или в случае применения забойных двигателей определяются характеристикой привода.

Сочетание режимных параметров бурения, которое обеспечивает наилучшие показатели углубления скважины, наиболее высокую эф­фективность работы породоразрушающего инструмента и необходи­мое качество буровых работ с использованием имеющегося оборудо­вания, называется оптимальным режимом бурения. Такой режим буре­ния устанавливают для конкретных геологических условий с учетом характеристик имеющегося оборудования для наиболее эффективного его использования.

Расчет параметров режима бурения ведется для каждой выделен­ной пачки горных пород применительно к конкретному типу долота и способу бурения.

12.1. Роторное бурение

При проектировании режимов бурения на хорошо изученных площадях осевая нагрузка может определяться по формуле:

p_Д= α_з р_шF_к (12.1)

где _з - коэффициент, учитывающий изменение твердости горных по­род в конкретных условиях забоя ( _з = 0,33+1,59), для практических расчетов принимается _з = 1,0; р_ш – твердость горной породы по штампу; F_к - площадь контакта зубьев долота с забоем. По формуле В.С. Федорова

(12.2)

где D_Д - диаметр долота; - коэффициент перекрытия - это отноше­ние длины образующей шарошки к суммарной длине контакта зубьев с горной породой, находящихся на одной линии; 5 - притупление зубь­ев

Значения твердости горных пород по штампу приведены в табл. 3.1. Значения , и ρ приведены в табл. 12.1 (хотя в табл. 12.1 приведены данные по долотам устаревших конструкций, их можно использовать для современных, учитывая, для каких пород они предназначены - М, С или Т).

На площадях с недостаточно изученными физико-механическими свойствами горных пород нагрузка на долото определяется через его диаметр (для мягких пород она составляет 0,002, для очень крепких -0,016 МН/см).

Частоту вращения находят в соответствии с методикой, предло­женной ВС.Владиславлевым, исходя из постоянства мощности при­вода ротора:

N = KР_{max уд}D_Дn_min, (12.3)

где K - коэффициент; Р_maxуд - максимальная рекомендуемая удельная нагрузка на 1 см диаметра долота, МН/см (рис. 12 1); D_Д - диаметр долота; n_min минимальная частота вращения стола ротора, берется по его ха­рактеристике для конкретной буровой установки. Коэффициент K можно найти по формуле:

K = N/(Ρ_iD_д n_i), (12.4)

где Рi - текущее значение нагрузки на 1 см диаметра для конкретного типа долота; ni - текущее значение частоты вращения стола ротора.

Подставив значение K в формулу (12.3) и решив уравнение относи­тельно n_i, получим формулу для расчета текущего значения частоты вращения стола ротора

. (12.5)

Т а б л и ц а 12.1

Характеристика вооружения серийных долот сплошного бурения при нулевом погружении зубцов в породу (По Ю.А. Алексееву)

Долото	ρ, мм		Долото	ρ, мм
1В-93С (95,2)	1,0	1,04	К-214СТ (215,9)	1,5	0,90
1В-93Т (95,2)	1,0	1,04	К-214Т (215,9)	1,5	0,90
2В-97С (98,4)	1,0	1,12	4К-214ТК (215,9)	1,5	0,94
2В-97Т (98,4)	1,0	1,43	Б-243С (244,5)	1,5	1,36
1В-112С (114,3)	1,0	1,84	АСГ25-243С (244,5)	1,25	1,20
1В-112Т (114,3)	1,0	1,42	АСГ15-243СТ (244,5)	1,25	0,88
2В-118С (120,6)	1,0	1,05	АСГ14-343СТ (244,5)	1,25	0,93
2В-118Т (120,6)	1,0	1,80	АСГ22-243ТК (244,5)	1,25	0,82
1В-132С (132)	1,0	1,02	Б-269С (269,9)	1,5	1,36
1В-132Т (132)	1,0	0,82	ОМ-180-269С (269,9)	1,5–4,0	1,02
4В-140С (139,7)	1,0	0,95	ОМ-269СТ (269,9)	1,5	1,02
4В-140Т (139,7)	1,0	0,95	ОМ-189-269Т (269,9)	1,8–2,0	1,10
1В-145Т (146)	1,0	1,85	У-295 М (295,3)	1,5–2,0	1,07
1В-151С (152,4)	1,0	1,12	8В-295 М (295,3)	1,0–3,0	1,30
1В-151Т (152,4)	1,0	1,33	К-295 Т (295,3)	1,25	1,86
1В-161С (158,7)	1,0	1,15	1У-295С (295,3)	1,0–3,0	1,14
1В-161Т (158,7)	1,0	0,92	1У-295СТ (295,3)	1,5–3,0	1,08
2В-190С (190,5)	2,0–2,5	0,99	У-295Т (295,3)	1,5–3,5	1,08
ОМ-576-190С (190,5)	1,5	1,02	1Д-320С (320)	1,5	1,09
3В-190С (190,5)	1,0–2,5	1,17	3Д-346М (349,2)	1,5–3,0	1,20
1В-190СТ (190,5)	1,0–2,5	1,17	3Д-346С (349,2)	1,5	1,28
3В-190СТ (190,5)	1,5	0,86	4Д-346Т (349,2)	1,5	1,52
3В-190СТ (190,5)	1,0–1,8	1,56	2Д-394С (393,7)	1,0	1,21
1В-190Т (190,5)	1,0–4,0	0,94	2Д-394Т (393,7)	1,25	1,56
ОМ21-190Т (190,5)	1,5–1,8	1,04

Примечания. 1. Обозначения: η – коэффициент перекрытия, ρ – притупление зубьев, мм. 2. В скобках указаны размеры современных долот.

Далее необходимо принять ближайшее значение частоты вращения, исходя из характеристики ротора, входящего в комплект принятой буровой установки.

Частоту вращения, кроме того, можно найти в зависимости от кате­гории твердости горной породы или типа долота исходя из того, что для пород I–II категорий (долота типа М) рекомендуемая частота вра­щения составляет 200–300 мин^–1, а для пород XI–XII категорий (доло­та типа ОК) – 50–70 мин^–1, n_min вращателя ротора – 100 об/мин.

Расход промывочной жидкости определяется исходя из скорости восходящего потока v_в.п, которая для пород мягких составляет 1,5 м/с, а для очень крепких – 0,4 м/с. Для остальных пород скорость восходя­щего потока определяется линейной интерполяцией или по формуле

( 12.6.)

Рис. 12.1. Графики определения режимов роторного бурения

где Q - расход промывочной жидкости, м³/с; - коэффициент, учи­тывающий увеличение диаметра скважины, для очень мягких пород (песок) = 1,3, для крепких пород = 1,05; D_скв - диаметр скважины, м; d_б.т - диаметр бурильных труб, м; v_в.п - скорость восходящего пото­ка, м/с, для мягких пород v_в._п = 1,5 м/с, для очень крепких пород v_в._п =0,4 м/с.

Для удобства проектирования режимов бурения можно использо­вать графики, приведенные на рис 12.1, а также данные, приведенные в табл. 12.2 и 12.3.

Допустимые осевые нагрузки на долота различных серий (в зави­симости от диаметра долот) в соответствии с ГОСТ 20692-75 приведе­ны в табл. 12.2. Сочетания частот вращения и удельных осевых нагру­зок на долота различных серий приведены в табл. 12.3.

Верхнему уровню значений осевых нагрузок на долото соответст­вует нижний уровень частот вращения, и наоборот.

Формула (121) позволяет получить лишь ориентировочное значение P_д, поскольку не учитывает работоспособность опор и вооружения долот в зависимости от частоты вращения. Если р _ш и _з неизвестны, то P_д для шарошечных долот с D_Д > 190 мм можно практически опреде­ лить по удельной нагрузке Р_уд (в кН/мм): P_д = Р _уд D_Д. (12.7)

Рекомендуемые значения Руд приведены в табл. 12.4. С уменьшением Da эти величины снижаются и для 140-мм долот они ниже примерно в 1,5-2 раза. Наибольшая Руд лимитируется прочностью вооружения долота и подшипников.
Таблица 12.2
Допускаемые осевые нагрузки при эксплуатации различных типов долот, кН (по ГОСТ 20692-75)
Диаметр долота, мм		ГВ,ЦВ		гн		ГНУ	ГАУ
139,7		-		180		-	160
146,0		150		200		-	170
161,0		170		250		-	210
165,1		180		250		-	210
190,5		200		300		270	250
215,9		250		380		310	280
244,5		320		450		320	280
269,9		350		480		350	280
295,3		400		500		400	300
311,1		420		550		400	300
349,2		450		600		-	-
393,7		470		700		-	-
444,5		500		800		-	-
490,0		550		850		-	-
Таблица 12.3
Режимы эксплуатации долот
Серия долота	Частота вра­щения, мин"1		Удельная на­грузка на доло­то, Н/см		Способ бурения
ГАУ	35-70		600-800		Роторный
ГНУ	40-250		600-1000		Роторный, забойными двигателями (винтовыми турбобурами и электро­бурами с редукторными вставками)
гн	60-450		700-1200		Роторный, всеми типами забойных двигателей
гв, цв	60^150		600-1000		Тоже

Таблица 12.4
Горные породы Весьма мягкие Мягкие и среднемягкие, а также мягкие породы с прослойками пород средней твердости и твердых Породы средней твердости с про слойками твердых Твердые породы Крепкие и очень крепкие породы		Руд, кН/мм
		<0,2
		0,2-0,5
		0,5-1,0
		1,0-1,5
		>1,5
Рекомендуемые значения РУд для лопастных долот: 0,1 0,4 кН/мм.