книги из ГПНТБ / Элияшевский, И. В. Типовые задачи и расчеты в бурении учеб. пособие

Определим LAOU при Q = 23,6 л/с.

Принимаем L = 3000 м.

П р и м е ч а н и е . Если производительность <?тах, определяемая по выше­ приведенной формуле, меньше, чем суммарная производительность двух насосов (согласно характеристике), то можно бурить одним насосом. При этом в формулу следует подставлять производительность Q одного насоса и N — мощность при­ вода одного насоса.

Результаты всех расчетов сводим в табл. 15.

Т а б л и ц а 15

Определение осевой нагрузки на долото

Определим осевую нагрузку на долото G при бурении в интервале 1000—1500 м. Эффективное разрушение породы при бурении воз­ можно только в том случае, если соблюдается условие Gx ^ FHo, т. е. объемное разрушение породы. Здесь FH— начальная опорная поверхность нового долота

r]z — коэффициент перекрытия зубьев. Среднее значение его равно 1,05—2; b — начальная тупизна зубьев, равная 1,0—1,5 мм; DA —

а — предел прочности породы в кгс/мм2. Значения ст по интервалам приведены в табл. 16.

Принимая, согласно данным табл. 16, а = 75 кгс/мм2 (порода

4 категории, см. табл. 1 приложения), находим

Gx= 151 • 75 = 11 300 кгс я» 1J ,3 тс.

130

Аналогично определяем Gt для других интервалов, и результаты

П р и м е ч а н и е . Если предел прочности а породы очень большой, то разрушение породы может происходить при Gt ^ FHa. В этом случае будет отмечаться усталостное разрушение, а если Gr <g FHa, то — поверхностное разрушение. Усталостное и поверхностное разрушения малоэффективны и не­ желательны, поэтому для разрушения такой породы обт,емным способом необхо­ димо уменьшать Fn путем уменьшения диаметра долота, коэффициента перекры­ тия зубьев и начальной тупизны зубьев, т. е. следует правильно подобрать типо­ размер долота в зависимости от механических свойств проходимых пород.

Согласно данным табл. 5 приложения, нагрузка на долото типа С в интервале 1000—1500 м должна быть

G2= (300 800) .Од,

где (300.4- 800) — нагрузка в кгс на 1 см диаметра долота типа С; £)д — диаметр долота в см при бурении в интервале 1000—1500 м. Следовательно,

G2= (300-f-800) 26,9 = 8070.4-21 560 Krc«*8-f-22 тс.

Аналогично находим нагрузки С2 для других интервалов и

результаты расчетов сводим в табл. 18.

На основании данных табл. 3 приложения, максимально допу­ стимая осевая нагрузка на долото Gs в зависимости от диаметра долота и интервала бурения приведена в табл. 19.

Мт= 2Мопт.

Мопт— оптимальный момент, развиваемый турбобуром в интервале

1000—1500 м при Q = 44,8 л/с; угл р = 1,4 гс/см3

М опТ = Л„Угл.р<?2.

Здесь А м — коэффициент момента турбобура. Для Т12МЗБ-9" А и определяют из выражения

Здесь М ' — вращающий момент на валу турбобура при производи­ тельности насосов Qх = 55 л/с. Согласно данным табл. 39 приложе­ ния, М' = 363 кгс-м; Q± = 55 л/с. Значения коэффициента А м для некоторых типоразмеров турбобуров также приведены в табл. 22

приложения. Тогда

МОПТ- 0 ,М ,4 .4 4 ,8 2= 280 кгс-м;

Мт= 2 •280 = 560 кгс • м;

гср — средний радиус трения в пяте турбобура. гср определяют по формуле

rt

' Н

132

гДе гн — 7,25 см; rB = 5,0 см — соответственно наружный и вну­ тренний радиус поверхности трения в см (см. табл. 40 приложения).

гн = 0,0725 м, гв = 0,05 м.

20,07253—0,053

гср — 3 0,07252—0,052 = 0,06193 м;

рр— коэффициент трения в пяте, равный 0,082; Goc — максималь­ ная осевая нагрузка, действующая на вал турбобура и его опоры, зависящая от гидравлической нагрузки Gr и веса вращающейся системы Gp т — вала турбобура, долота, а иногда удлинителя, поме­ щенного между турбобуром и долотом,

G0c— Gr+ GP' т-

Гидравлическая нагрузка равна

Gr = Eyrj,;pQ\

Здесь Е — коэффициент гидравлической нагрузки, определяемый по формуле

E = \ , l b ~ A pd\.

dc — средний диаметр турбины. Согласно данным табл. 40 прило­ жения, dc = 16 см.

Е = 1,15-4^- 2116 • 10"»• 16* = 4,83.

П р и м е ч а н и е . Значения коэффициента Е для некоторых типоразмеров турбобуров приведены в табл. 40 приложения.

Сг = 4,83* 1,4-44,8* = 13500 кгс = 13,5 тс.

Gp т = 920 кгс — вес вращающейся системы турбобура (см. табл.'40 приложения). Следовательно,

Goc= 13 500 + 920 = 14 420 кгс = 14,42 тс.

Тогда

При турбинном бурении следует учитывать еще следующие характерные величины нагрузок: Gmax — максимально допустимую нагрузку на долото (но не тормозную), обусловливаемую максималь­ ным рабочим моментом, развиваемым турбобуром; GN — экстремаль­ ную нагрузку на долото, обеспечивающую работу турбобура на экстремальном режиме (режим при максимальной мощности).

133

Между этими нагрузками и тормозной нагрузкой существуют соотношения

Принимая во внимание соотношения и зная, что осевая нагрузка на долото должна создаваться за счет 75% веса УБТ (из условия задачи 1у = 100 м, qy = 192 кг), выбираем нагрузку на долото в интервале 1000—1500 м до 16 тс.

Аналогично производим подсчеты при изменении удельного веса глинистого раствора, производительности насосов, типа турбобура

Определение скорости вращения долота

Скорость вращения долота при бурении в интервале 1000—1500 м

134

А п — коэффициент скорости вращения вала турбобура определяют из выражения

Здесь п' — скорость вращения вала турбобура при максимальной мощности. Согласно данным табл. 39 приложения, п' = 772 об/мин при расходе жидкости Q = 55 л/с.

П р и м е ч а н и е . Значения коэффициента Ап для некоторых типоразме­ ров трубопроводов приведены в табл. 22 приложения.

Тогда

?гопт= 14,1 *44,8 = 632 об/мин;

пх= 2 • 632 = 1264 об/мин;

Мт — тормозной момент турбобура. Мт был определен нами при проектировании осевой нагрузки на долото, Мт = 620 кгс-м; М п — момент трения в пяте турбобура

Мп= fcpHp I Gqc• 'G|,

где гср = 0,06193 м; рр = 0,082; Goc = 14 420 кгс; G = 16 000 кгс.

Эти величины были определен^ при проектировании осевой на­ грузки на долото.

Тогда

М п = 0,06193 •0,082114 420— 16 000 ] = 8,1 кгс •м.

Далее определяем момент, необходимый для преодоления сопроти­ влений, встречаемых долотами,

Ma= 4,53/^GZ)a,

где К — коэффициент, для изношенного шарошечного долота, рав­ ный 0,2—0,3; для нового долота К = 0,1—0,2; G — осевая нагрузка на долото в тс; 7)д — диаметр долота в см.

Принимая К = 0,1; G = 16 тс; Z)A = 26,9 см, получаем Мд = 4,53*0,1-16*26,9 = 194 кгс-м.

Тогда скорость вращения долота в интервале 1000—1500 м равна

п = 1264 - ^ - ( 8,1 + 194) = 854 об/мин.

Определим коэффициент полезного действия всей буровой установки при бурении в интервале 1000—1500 м.

т| = ^ 2_100%,

135

где N д — мощность, затрачиваемая на разрушение породы долотом,

N a —46,4 •iQ-^KGDpH.

Подставляя данные, получаем

N r= 46,4• 10-4.0,1 • 16 • 26,9 • 854 == 107>. с.

N = 1040 л. с. — суммарная мощность двигателей привода насосов. Тогда

Г) = 1040107 100-10,3% .

В такой же последовательности рассчитываем п, N д и р для каж­ дого интервала в отдельности. Результаты расчетов сводим в табл. 21.

136

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ИЗМЕНЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ НА ВЫКИДЕ НАСОСОВ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ИХ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

ПРИ БУРЕНИИ ТУРБОБУРОМ

Задача 82. Определить давление на выкиде насоса при бурении турбобуром, если сначала бурение ведется одним насосом с произ­ водительностью Q! = 13,3 л/с, а через некоторое время подклю­ чается второй насос и тогда суммарная производительность двух насосов Q2 = 26,6 л/с.

Глубина бурения L = 3000 м; диаметр бурильных труб D = = 114 мм; толщина стенки бурильных труб б = 10 мм; диаметр УБТ Dy = 146 мм; длина УБТ 1у = 100 м; диаметр долота Da = 190 мм; удельный вес глинистого раствора угл = 1,25 гс/см3; турбобур

ТС4-65/ 8".

Решение. Давление на выкиде буровых насосов при турбинном способе бурения определяют по формуле

Р = Р м + Р т р + Рз + Р, “Г Рд “Г Рп. г “Г РтН~ Рк. п»

137

В ы в о д . С увеличением производительности насосов в 2 раза давление на выкиде увеличивается в квадрате.

ИЗМЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУРБОБУРА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ НАСОСОВ

Задача 83. Определить скорость вращения вала турбобура вращающий момент, перепад давления в турбобуре и мощность

а также определить изменение этих параметров при увеличении производительности насоса в 2 раза, т. е. при Q2 = 22 л/с.

Решение. Скорость вращения вала турбобура, вращающий мо­ мент, перепад давления в турбобуре и мощность турбобура можно определить по формулам

«г = AnQp, М х= Лмугл. рQl\

Pi ~ АрУГЛ' pQ£, N i ~ Аяугл pQit

где А п — коэффициент скорости вращения вала турбобура. Согласно данным табл. 22 приложения, А п = 26,5. Тогда скорость вращения вала турбобура (долота) при QL = 11 л/с равна

пх= 26,5*11 =292 об/мин.

А и — коэффициент момента турбобура. Согласно данным табл. 22 приложения, А м = 0,152. Вращающий момент турбобура равен

Мх= 0,152-1,2-И 2 = 22 кгсм .

А р — коэффициент перепада давления в турбобуре.

138

Определить, как изменяются п, М , р и N турбобура при увеличении производительности насоса вдвое, т. е. при (?2 = 22 л/с.

Производительность насоса и параметры режима работы турбо­ бура связаны между собой следующими зависимостями:

Откуда

. п„ — Пл -7^ -= 292 -^-=584 об/мин;

Мъ= М* (-g - ) 2- 2 2 ,0 (-Ц- ) 2= 88,0 кгс •м;

Р2 = P i (■ ^")2—13,4 ( f f ")2— 53,6 кгс/см2;

^2==^ (1 г)3==6’6 (тг)3=52’8 л-с-

П р и м е ч а н и е . Коэффициенты А„, Ад,, Ар, AN могут быть определены по формулам, приведенным в задаче 81.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЖИМА БУРЕНИЯ ЭЛЕКТРОБУРОМ

Задача 84. Требуется разработать режим бурения скважины электробуром Э250/8 на глубину 2200 м при следующих данных:

*Бурение в интервале 150-1000 м.

**Бурение в интервале 1000 —1300 м.

***Бурение в интервале 1300—2200 м.

139