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

Бурение ствола скважины предполагается вести с использова­ нием бурильных труб ЭБШ-140 мм с толщиной стенки 9 мм; кабель КТШЭ 3 X 50 мм2. При этом применяются 203-мм УБТ длиной 100 м и ведущая труба с диаметром проходного отверстия 100 мм.

Удельный вес глинистого раствора изменяется следующим об­ разом:

Решение.

Определение количества промывочной жидкости и допустимой глубины бурения

Определим максимальную производительность буровых насосов при бурении с «нуля»

J*/~ 10,2iVrin

Qшах — г ^ 4 э л У гл . р

где N — суммарная мощность двигателей привода насосов. В дан­ ном примере принимаем N = 760 кВт; т]н = 0,675 — полный к. п. д. насоса; А эл— коэффициент потерь давления при бурении электробуром, не зависящий от глубины скважины,

коэффициент потерь давления в буровом рукаве и вертлюге. Согла­

Здесь F — суммарное сечение промывочных отверстий долота* Согласно данным табл. 3 приложения, для долота диаметром 445 мм F = 21 см2; угл р — удельный вес глинистого .раствора, равный

1,2 гс/см3.

140

. Подставляя значения этих компонентов в вышеприведенную формулу, получаем

Аэл = (40 + 210 + 7,68 • 15 + 7,68 •100 + 21,5 • 13 + 272) Ю'5 =

= 1685* 10~6.

Подставляя данные в исходную формулу, определяем

Согласно характеристике насоса У8-4 (см. табл. 42 приложения), производительность 59 л/с можно получить, если на двух насосах будут поставлены цилиндровые втулки диаметром 170 мм при числе двойных ходов поршня в минуту 55 и коэффициенте подачи а = 0,85. Допускаемое давление на насосах при этом равно 95 кгс/см2.

Определим допустимую глубину бурения при заданной произ­ водительности Q = 59 л/с.

Y__ 10,21Ут]н—ч4элУгл. рО3

Д0П ~ ВэпУгл. рQ3

где Вэл — коэффициент потерь давления при бурении электробуром, зависящий от глубины скважины.

а'тр — коэффициент потерь давления в трубах ЭБШ диаметром 140 мм;

• 10“5; як п — коэффициент потерь давления в кольцевом простран­

Принимаем L = 150 м, так как далее меняется удельный вес гли­ нистого раствора на 1,3 гс/см3 и диаметр долота.

Для новых условий определим Qmax по формуле

141

]\r = 760 кВт. Коэффициент А эл для новых условий равен

+ эл = ас- м + аб_в + ав_т/„., + ayBTZ+ аэл1эл+ аа,

где

Согласно характеристике насоса У8-4 (см. табл. 42 приложения), производительность насосов 53,8 л/с можно получить при том же диаметре втулок, уменьшив число двойных ходов поршня в минуту до 50.

Определим допустимую глубину бурения при производитель­

Для увеличения глубины бурения необходимо уменьшить про­ изводительность насосов. Согласно данным табл. 42 приложения, на двух насосах устанавливаем втулки диаметром 160 мм. Тогда

142

Для дальнейшего увеличения глубины бурения уменьшаем число двойных ходов поршня в минуту до 45 при тех же диаметрах втулок 160 мм. Тогда Q = 42,4 л/с.

Принимаем L = 1100 м, так как далее меняется удельный вес глинистого раствора на 1,4 гс/см3. Берем диаметр втулок 150 мм. Тогда производительность насосов при числе двойных ходов поршня в минуту 45 равна Q = 36,8 л/с.

Далее принимаем диаметр втулок 130 мм. Тогда, согласно данным табл. 42 приложения, производительность насосов при числе двой­ ных ходов поршня в минуту 50 равна Q = 29,6 л/с.

Принимаем L = 2200 м.

П р и м е ч а н и е . Расчет количества буровой жидкости и допустимой глубины бурения электробуром можно производить при работе одного насоса. Тогда в вышеприведенные формулы вместо N необходимо подставлять 0,52V, а вместо производительности двух насосов производительность одного насоса.

Определение осевой нагрузки на долото

Определить осевую нагрузку на долото G при бурении в интер­ вале 1000—1300 м. Обозначения в нижеприводимых формулах те же, что и при определении осевой нагрузки на долото при тур­ бинном способе бурения (см. задачу 81).

a — предел прочности породы в кгс/мм2.

143

Значения а по интервалам приведены в табл. 23.

Принимая, согласно данным табл. 23, а = 75 кгс/мм2 (породы

4категории твердости по данным табл. 1 приложения), получаем

^= 194-75 = 14600 кгс = 14,6 тс.

Согласно данным табл. 5 приложения, нагрузка на долото типа С в интервале 1000—1300 м должна быть

G2 = (300^-800) Da.

G2 = (300^-800) 29,5 = 9000-4-24000 кгс = 9-1-24 тс.

Согласно данным табл. 3 приложения, максимально допусти­ мая осевая нагрузка на долото диаметром 295 мм равна G3 = 40 тс.

При бурении электробуром соотношения между выбранной на­ грузкой G и определенными нагрузками должны быть таковы: G /> Gx; G <L G3; G ^ Ghom, где GH0M— номинальная осевая на­ грузка на электробур. Согласно данным табл. 25 приложения, для

электробура Э250/8 GH0M— 30 тс.

Принимаем нагрузку в интервале 1000—1300 м, равную примерно

16 тс.

нагрузки G для отдельных интервалов и свести их в таблицу, как это было сде­ лано при бурении турбинным и роторным способами.

Определение скорости вращения долота

Скорость вращения вала электробура (скорость вращения до­ лота) определяют по формуле

?г = гс1(1 — S ) ,

144

Следовательно,

ni —60 = 375 об/мин;

О

S — скольжение ротора относительно поля статора.

При изменении момента сопротивления на валу двигателя скольже­ ние ротора S также изменяется. В двигателях электробуров вели­ чина S при номинальной нагрузке составляет 0,08—0,12. Принимая S = 0,1, получаем

ra = 3 7 5 (l—0,1) = 347 об/мин.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РОТОРНОГО РЕЖИМА БУРЕНИЯ

Задача 85. Требуется разработать роторный режим бурения для проводки скважины на глубину 2400 м при следующих усло­ виях:

*Бурение в интервале 200 —1000 м.

**Бурение в интервале 1000 —1900 м.

До глубины 1900 м предполагается бурить с использованием бурильных труб диаметром 140 мм с высаженными внутрь кон­ цами, с толщиной стенки 9 мм, а до проектной глубины — с исполь­ зованием труб диаметром 114 мм, с толщиной стенки 8 мм. Про­ ектируется под кондуктор и промежуточную колонну применять трубы УБТ длиной 100 м, диаметром 203 мм, а под эксплуатацион­ ную колонну — УБТ диаметром 146 мм, длиной 100 мм.

Удельный вес глинистого раствора изменяется следующим об­ разом:

Решение.

Определение количества промывочной жидкости и допустимой глубины бурения

Определим максимальную производительность буровых насосов при бурении с «нуля»

■ ? [ 7,5Аг]н

Согласно характеристике насоса У8-4 (см. табл. 42 приложе­ ния), производительность 83,6 л/с можно получить, если на двух насосах будут поставлены цилиндровые втулки диаметром 185 мм при числе двойных ходов поршня в минуту 65 и коэффициенте по­ дачи а = 0,85. Допустимое давление на насосах 82 кгс/см2.

Определим допустимую глубину бурения £ доп при производи­ тельности насосов 83,6 л/с.

7,57УТ]н — ^Угл, р*?3

Для увеличения глубины бурения необходимо уменьшить про­ изводительность насосов путем уменьшения количества двойных ходов поршня в минуту или диаметра втулок. Принимая число двойных ходов поршня в минуту 60 при том же диаметре втулок, находим, согласно данным табл. 42, приложения/ производитель­ ность Q = 77,2 л/с. Тогда

146

Принимаем L = 200 м, так как далее меняется удельный вес глинистого раствора на 1,25 гс/см3 и диаметр долота. Для новых условий определяем @тах по формуле

Определим минимальное значение производительности насосов для выноса частиц выбуренной породы на поверхность.

(?min = 0,785« 103(0,2952 —0,1403) 1,1 = 58,4 л/с.

Фактическая производительность насосов Q должна быть

Qmnx^ Q (?min-

Согласно характеристике насоса У8-4 (см. табл. 42 приложения), производительность 64,2 л/с можно получить, если на двух насосах будут поставлены втулки диаметром 185 мм при числе двойных ходов поршня в минуту 50.

Определим допустимую глубину бурения при производительности насосов 64,2 л/с.

Для увеличения глубины бурения принимаем диаметр втулок 170 мм. Согласно данным табл. 42 приложения, при числе двойных ходов поршня в минуту 50 производительность двух насосов равна 53,8 л/с, допустимое давление 95 кгс/см2. Тогда

Принимаем L — 1900 м, так как далее меняется удельный вес глинистого раствора, диаметр долота, диаметр УБТ и диаметр труб.

Для новых условий определим Qmax.

агр = 1820 • 10 8 (см. табл. 17 приложения); а3 = 11,3 • 10 5 (см.

табл. 18 приложения); ак п = 520 • 10-8 (см. табл. 16 приложения).

В = (1820 • 10-3 + _|_ 520 • 10-3) 10-5 = 3470 • Ю'8.

Минимальное значение производительности насосов для выноса частиц выбуренной породы на поверхность равно

148

Фактическая производительность насосов должна быть

Согласно характеристике насоса У8-4 (см. табл. 42 приложения), производительность 32,6 л/с можно получить при работе двух на­ сосов с цилиндровыми втулками диаметром 150 мм при числе двой­ ных ходов поршня в минуту, равном 40, и коэффициенте подачи 0,85. Допустимое давление при этом 125 кгс/см2.

Определим допустимую глубину бурения при новых условиях

г__7,51Уг|н— А \ г л , рQ 3

Принимаем L = 2400 м.

Т а б л и ц а 24

Результаты всех расчетов сводим в табл. 24.

Г1 р и м е ч а н и е. Бурение роторным способом возможно также при ис­ пользовании одного насоса. Тогда в вышеприведенные формулы вместо N сле­ дует подставлять 0,51V, т. е. мощность привода двигателей одного насоса.

Определение осевой нагрузки на долото

Определим осевую нагрузку на долото G при бурении в интер­ вале 1000—1900 м. Эффективное разрушение породы при бурении возможно только в том случае, если соблюдается условие

Gi Sa FHo,

т. е. объемное разрушение породы.

Обозначения букв, входящих в формулу, см. в задаче 81.

Предел прочности породы в кгс/мм2 по интервалам приведен в табл. 25.

149