книги из ГПНТБ / Булнаев И.Б. Техника и технология отбора проб при разведочном бурении

Переслаивающиеся по твердости,

слоистые н сланцеватые поро­

ды V — V II

категорий

по бу-

римости ........................... 61,3 67,4 64,3 59,7 54,6 33,4

Однородные по твердости, тре­

щиноватые

породы

V II — IX

71,4

74,3

68,2

51,3

категории по буримости . . .

Сильно трещиноватые осадочно-

вулканогенные породы V III —

36,7 24,8 13,8

IX категорий ..................... 53,3 51,8

—

—

—

угла.

при увеличении 0) с

15 до 50°

(на 35°)

вы­

Так, например,

ход керна снизился всего на 5— 10%,

а с

50 до 60°

(на 10°)

по

тем же породам — на 16— 21% (рис.

1 1 ).

Таким образом,

при превышении определенного критического

10

20

30

00

50

ВО

70

SO

90

9,

градус

Рис. 11. Кривые изменения выхода

керна

(в

процентах)

в зависимости от зенитного угла

скважины.

1_ переслаивающиеся по твердости слоистые

и слан­

цеватые

породы V—VIII

категорий

по

бурнмостн;

2 — однородные

по

составу и твердости

трещинова­

тые породы VII—IX категорий по бурнмостн; 3 — тре­

щиноватые породы

VIII—IX категорий по

бурнмосгч

(по Е. Л. Лнманову

н

Г. Г. Моисееву);

4 — сильно

трещиноватые осадочно-вулканогенные породы VIII—

IX категорий

(а — по

скважинам,

пробуренным с

по­

верхности;

б — по подземным скважинам).

Мв> М с.

(5)

МВ= МТ+ М Ж.

(6)

Из рис. 12

видно,

что

Рис. 12. Положение ско­

tcD

лотого

столбика

керна

Мт

{У — Уж)sin0i,

(7)

в колонковой трубе при

- I f

бурении

наклонных

сква­

сти на границе с керном Пф. Для определения

этой

скорости

воспользуемся

результатами

исследований

[60]

для случая движения жидкости между

двумя вращающимися цилиндрами.

цилиндр

В

нашем

случае внутренний

После дифференцирования при

г2 = г из

уравнения (8)

по­

лучим

Тогда

2сог\

(10)

= ,и

^

>

г\ ~

г-

где р.— динамический коэффициент вязкости.

относительно

оси

Элементарный вращающий момент ДМ*

вращения будет

ДMt = 2пгД/*т5 г,

(11)

где 2ягД/* — площадь полоски,

выделенной

на

поверхности

керна с радиусом г (см. рис. 13). Тогда полный

вращающий

момент, передаваемый на керн,

определится

по

формуле

М ж= 2nr2xsl.

(12)

Подставляя в (12)

значение т8, получим

jtj.icoDj D~

(13)

Мж=

D ] - D l

где Di — диаметр канала колонковой трубы.

керн,

Суммарный вращающий момент, передающийся на

МВ

nDl

// (У — Уж) sin 0Х+

(14)

8

D \-D l

Момент сопротивления столбика керна относительно

оси

вращения с учетом смещения его от пенька (см.

рис. 1 2 ) можно

определить по формуле

Me = h P - ^ ,

(15)

где

— коэффициент трения между столбиком

керна

с пень­

ком,

Р — сила, с которой столбик керна прижимается

к невра-

ком промывочной жидкости, т. е.

P = k + F,

(16)

ло 2

1(у — Тж) cos 6lt

(17)

k =

Р =

Тг + Т 2,

(18)

где Т\ — сила

лобового сопротивления керна;

Гг — сила, воз­

никающая при

обтекании боковой

поверхности керна.

Лобовое сопротивление цилиндрического столбика керна

определится по известной формуле гидравлики

гчО

2

t/7

(19)

г > -

v\ — скорость потока перед керном.

Т2= nDJx,

(20)

х — касательное напряжение, возникающее

при обтекании

боковой поверхности керна потоком жидкости,

X — Уж4

»

(2 1 )

СЗ

19,6-R 0 -2

(22)

Л0-2

R — гидравлический

радиус потока; h — средняя

высота вы­

ступов шероховатости.

Тогда

МС

з

Уж) sin 01 +

, 1Уж4

(23)

С*

~ 8 g

Подставив значения Мв и Мс в (1,5) и произведя необходи­

мые преобразования, получим

3gC*DKtf (у - уж) (DI -

D’) sin 0J -

2gCW,ilf1 (У -

Уж)

-

А<) X

X cos 0! = С а д Тжц? (Dl -

Dl) +

8g l f w l [D] -

Dk) -

— 24gC\ilaD].

(24)

Получили тригонометрическое уравнение вида

asinBx— bcos0x — /.

(25)

Данное уравнение может быть решено

методом

введения

вспомогательного угла сро-

Разделим обе части уравнения на а:

sin 0Х

■—— cos 0! =

——,

—

=

tgcp0.

(26)

Тогда

а

а

а

sin 0Х— tg ф0cos 0r = —

(27)

ИЛИ

а

sin (0! — сро) =

—

cos ф0.

(28)

Отсюда

а

0кР =

Фо ж arc sin ' —

cos ф0V

(29)

V a

J

По формуле

(29)

можно

определить критический зенитный

Пример. D|= 0,08

м,

£>1; = 0,075

м, у=2000

кгс/м3, уж=

= 1000 кгс/см3,

oi =

0,25

м/с,

о2= 1

м/с,

ц =

1,15 •10-4, / =

= 0,2 м, С=17,

/, = 0,3, /2=0,2.

Тогда а = 20,8, ft = 20,9,

/ = 4,0, ф0= 45°, 0,Ф = 54°.

определенный

Из приведенного

примера

видно, что 0

кр,

аналитическим способом

(54°),

близок к фактическому крити­

ческому углу, который равен 50°

(см. рис. И ).

■при вращении и осевой

подаче

бурового снаряда, действуют на

керн и стенки скважины по-раз­

ному

несмотря

на идентичность

условий.

и

удары

бурового

Вибрации

■снаряда вызывают часто наруше­

ние целостности

столбика

кер­

на, в связи с чем возникает са-

мозаклинивание

и

истирание

слабых компонентов. Это приво­

дит не только к снижению коли­

чества получаемого кериа, ио' и

h=50cM h-WcH

Кисочки

качественному

изменению

его

Цилиндрики

состава.

и

уплотнен­

Раздробленный

Рис. 14. Кривые изменения дав­

ный в приемной трубе керн ока­

ления потока промывочной жид­

кости на керн в зависимости от

зывает также повышенное сопро­

степени

его раздробления при бу­

тивление при проходе промывоч­

J — при

рении.

ной жидкости через снаряд, из-

промывке

глинистым раство­

ром;

2 — прн

промывке водой.

за чего возрастает напор, созда­

ваемый

потоком

(рис. 14), увеличивается

скорость

движения

жидкости

между от­

дельными

кусочками

и

соответственно по­

вышается разрушение керна.

выше разру­

Действие же

отмеченных

шающих

факторов

на

стенки

скважины

сильно ограничено,

особенно на

участке

расположения колонкового снаряда

(в при­

забойной части скважины). Вращающийся

и вибрирующий жесткий

колонковый сна­

ряд, диаметр которого мало отличается от

диаметра скважины, не может в процессе

бурения

вызвать

заметное

механическое

разрушение стенок скважины из-за огра­

ниченности величин отклоняющих сил, дей­

ствующих

на

него.

тая

Известно, что в процессе бурения сжа­

часть

колонны

бурильных

труб изги­

бается,

скручивается

и

принимает

форму

пространственной

синусоиды.

Подобная

форма колонны порождает горизонтальные

силы, которые вызывают отклонение верх­

ней

части

снаряда

от

оси

скважины

Рис.

15.

Схема к оп­

(рис. 15).

К

отмеченным

силам

следует

ределению

отклоня­

отнести

центробежную

силу

Р\ и горизон­

ющей силы

Р , дейст­

вующей

на

верхнюю

тальную составляющую от осевой нагрузки

часть

колонкового

на

снаряд Р2.

снаряда.

(30)

Если

ввести

средний радихс вращения /'ср и принять /'013=

= 0,82 ^тах

[4], а

изогнутую ось колонны представить

в

виде

синусоиды,

выражаемой уравнением

Y =

гср sin

(31)

то при Утах = /

Л =

9м2 V

ein J P L

—

(32)

■*

П1Я Y

------

Если го выразить через число оборотов снаряда п, т.

е.

со =

—

то при 9 =

981

см/с2

qn-lf

(33)

18-Ю-i ’

где q — вес единицы длины

бурильных труб; I — длина

полу­

волны;

f — стрела прогиба.

Горизонтальная составляющая от осевой нагрузки Р2 опре­

делится

Р2- С sin р,

(34)

Р2 =

.

(35)

R =

qna[l

2Cf

(36)

18-101

l

Тогда величина отклоняющей силы Р, приложенной к

верхней

части колонкового снаряда, определится по формуле

qrfifl

+ Cf

(37)

2

36-10*

Таблица

14

Изменения величины отклоняющей силы Р в зависимости от /, п и С

Диаметр

Диаметр бу­

Стрела

Число

Осевая

Длина по­

Величина от­

бурения.

рильных

прогиба

оборотов

нагрузка

луволны

клоняющей

D, мм

труб (I, мм

f, см

п , в мни

п, кгс

1, мм

силы Р,

кгс

76

50

13

180

700

530

5,30

76

50

13

480

700

360

20,75

76

50

13

180

1000

510

6,15

76

50

13

480

1000

345

21,00

Из приведенных данных видно,

что величина отклоняющей

(С=1000

кгс, п =480 об/мин) и при значительной

стреле про­

гиба труб

(/= 1 3

мм).

по площади

контакта

К тому же эта

сила распределяется

снаряда со стенками скважины, которая

при весьма

малом

(0°02— 0°04)

угле

отклонения ф (см. рис. 15) может достигать

40— 50 см2.

Тогда

величина удельного давления

снаряда на