1. Основні відомості

Під час проектування режиму буріння свердловини одним з важливих етапів є визначення осьового навантаження на долото та швидкості обертання долота [3]. Ефективне руйнування породи під час буріння можливе при виконанні умови

G₁ ≥ F_н∙σ ,

де σ – межа міцності породи;

F_н – початкова опорна поверхня нового долота

η_z = 1,05-2 – коефіцієнт перекриття зубів;

D_д – діаметр долота;

b = 1,0–1,05 – початкове затуплення зубів.

Навантаження на долото, що залежить від типу долота

G₂ = G_см∙ D_д ,

де G_см – навантаження на 1 см діаметру долота (див. табл.1).

Таблиця 1

Навантаження на 1 см діаметру долот G_см

Тип долота	Gсм, кгс
М	200 – 600
МС	200 – 600
С	300 – 800
СТ	400 – 900
Т	700 – 1000
ТК	800 – 1200
К	900 – 1500

Максимально допустиме осьове навантаження на долото G₃ , що залежить від діаметру долота, вибираємо з таблиць [3].

Гальмівне навантаження, при якому вал турбобура повністю зупиняється,

,

де М_г – гальмівний момент турбобура, кгс∙м.

М_г= 2 М_опт ,

М_опт – оптимальний момент турбобура

М_опт = A_мγ_гл.рQ² ,

де A_м – коефіцієнт моменту турбобура, що визначається з таблиці 2;

γ_гл.р – питома вага глинистого розчину, гс/см²;

Q – продуктивність бурового насосу, л/с;

r_ср – середній радіус тертя в п’яті турбобура, м

,

де r_з, r_в – відповідно зовнішній та внутрішній радіуси поверхонь тертя турбобура, м (див. табл.2);

μ_р – коефіцієнт тертя в п’яті, що дорівнює 0,082;

G_ос – максимальне осьове навантаження, що діє на вал турбобура та його опори

G_ос = G_г + G_р.т ,

де G_р.т – вага системи турбобура, що обертається, кгс (див. табл.2);

G_г – гідравлічне навантаження

G_г = Еγ_гл.рQ² ,

де Е – коефіцієнт гідравлічного навантаження, що визначається за формулою

,

де А_р – коефіцієнт, що визначається з таблиці 2;

d_c – середній діаметр турбіни, d_c = 16 см.

Під час турбінного буріння необхідно ще враховувати такі характерні навантаження: G_max – максимально допустиме навантаження на долото, що залежить від максимального робочого моменту турбобура; G_N – екстремальне навантаження на долото при максимальній потужності.

G_max =(0,8÷0,9) G_гал .

G_N =(0,6÷0,7) G_гал .

Для турбінного способу буріння навантаження на долото G вибирають з врахуванням таких співвідношень: G > G₁ ; G ≈ G₂ ; G < G₃ ; G < G_max ; G ≤ G_N .

Швидкість обертання долота під час буріння визначається за формулою

,

де n_x – швидкість обертання валу турбобура при холостому режимі, т.п. при G = 0.

n_x = 2 n_опт ,

n_опт – швидкість обертання валу турбобура при продуктивності насосу Q

n_опт = A_n Q ,

A_n – коефіцієнт обертання валу турбобура (див. табл.2);

М_п – момент тертя у п’яті турбобура

М_п = r_ср μ_р |G_ос- G| ;

М_д – момент, необхідний для подолання опору, що зустрічає долото,

М_д = 4,53K∙G∙D_д ,

де K – коефіцієнт, для зношеного долота, дорівнює 0,2– 0,3; для нового долота K = 0,1– 0,2.

Таблиця 2

Технічна і робоча характеристики турбобурів

Шифр турбобура	Aм	An	Ар	Вага систем, що обертаються Gр.т , кгс	Радіус тертя зовнішній rз , м	Радіус тертя внутрішній rв , м
Т12М3-10"	0,096	12,2	0,019	1147	0,086	0,06
Т12М3-9"	0,100	14,1	0,021	920	0,0725	0,05
Т12М3-8"	0,085	16,1	0,025	765	0,0725	0,05
Т12М1-65/8"	0,081	26,5	0,051	640	0,064	0,0475
ТС4-10"	0,192	12,3	0,038	2025	0,086	0,06
ТС4-8"	0,166	16,0	0,050	1458	0,0725	0,05
ТС4-65/8"	0,152	26,5	0,096	970	0,06	0,046
ТС4-5"	0,325	73,5	0,540	480	0,0445	0,035

2. Постановка задачі.

Скласти графічний алгоритм і програму для визначення навантаження на долото та швидкості обертання долота. Вивести у файл і на друк таблицю 1, таблицю 2, таблицю з вихідними даними і таблицю з результатами. Здійснити пошук навантаження на 1 см діаметру долота G_см за типом долота (табл. 1), а пошук характеристик турбобура – за назвою турбобура (табл. 2). Застосувати функції для знаходження М_п та F_н. Побудувати графік залежності швидкості обертання долота n від інтервалу буріння.

3. Варіанти завдань

Варіант	Параметри
	Інтервал буріння	Долото		Тип турбобура	σ , кгс/мм2	ηz	G3, тс	γгл.р, гс/см2	Q , л/с
		тип	Dд , мм
1	0–150	М	346	Т12М3-9"	25	1,5	40	1,2	51,6
	150–640	МС	269		60	1,4	32	1,3	48,2
	640–1000	МС	269		60	1,4	32	1,3	44,8
	1000–1500	С	269		75	1,07	32	1,4	44,8
	1500–2700	С	190	ТС4-65/8"	80	1,2	22	1,5	26,6
	2700–3000	С	190		80	1,2	22	1,5	23,6
2	0–150	М	394	Т12М3-10"	12	1,09	40	1,1	54,6
	150–640	МС	295		40	1,1	40	1,2	50,2
	640–1000	С	269		60	1,4	32	1,3	46,8
	1000–1500	СТ	214	ТС4-5"	70	1,25	26	1,4	44,8
	1500–2700	СТ	190		90	1,3	22	1,5	12,6
	2700–3000	Т	172		120	1,2	18	1,6	10,4
3	0–150	М	490	ТС4-8"	28	1,05	40	1,2	38
	150–640	М	445		28	1,1	40	1,25	32
	640–1000	МС	370	Т12М3-8"	32	1,08	40	1,3	35
	1000–1500	МС	320		32	1,3	40	1,35	35
	1500–2700	С	269		55	1,5	32	1,4	32
	2700–3000	СТ	243		55	1,8	30	1,45	30
4	0–150	М	320	ТС4-10"	5	1,05	40	1,1	55
	150–640	М	243		10	1,06	30	1,12	52
	640–1000	М	243	ТС4-65/8"	15	1,2	30	1,14	25
	1000–1500	МС	190		20	1,5	22	1,16	23
	1500–2700	МС	190		25	1,6	22	1,18	20
	2700–3000	С	140		30	1,9	10	1,2	20
5	0–150	М	190	Т12М3-10"	22	1,07	22	1,15	55
	150–640	МС	151		24	1,1	12	1,15	50
	640–1000	С	132	Т12М3-8"	26	1,4	7	1,16	45
	1000–1500	СТ	132		28	1,7	7	1,16	40
	1500–2700	Т	93	ТС4-5"	30	1,5	4	1,2	14
	2700–3000	ТК	93		32	1,3	4	1,2	12
6	0–150	С	370	ТС4-10"	55	1,6	40	1,2	50
	150–640	С	269		60	1,7	32	1,22	50
	640–1000	СТ	269		65	1,8	32	1,24	45
	1000–1500	СТ	214		70	1,06	26	1,26	40
	1500–2700	Т	214	ТС4-8"	75	1,1	26	1,28	32
	2700–3000	Т	161		80	1,2	15	1,3	30
7	0–150	Т	269	ТС4-8"	150	1,8	32	1,16	38
	150–640	Т	190		160	1,5	22	1,18	35
	640–1000	ТК	190		170	1,6	22	1,2	32
	1000–1500	ТК	190	Т12М1-65/8"	180	1,7	22	1,22	28
	1500–2700	К	112		190	1,6	6	1,24	25
	2700–3000	К	112		200	1,09	6	1,26	22
8	0–150	М	320	Т12М3-10"	26	1,1	40	1,1	55
	150–640	МС	243		30	1,2	30	1,1	50
	640–1000	С	243	ТС4-65/8"	34	1,3	30	1,2	25
	1000–1500	СТ	172		38	1,4	18	1,2	23
	1500–2700	Т	172		42	1,5	18	1,3	20

Література

1. Адонин А.Н. Добыча нефти штанговыми насосами. М., Недра, 1979, 213 с.

2. Копей Б.В. Розрахунок, монтаж і експлуатація бурового обладнання: Підручник для вищих навчальних закладів. – Івано-Франківськ, ІФДТУНГ: Факел, 2001,446 с.

3. Элияшевський И.В., Орсуляк Я.М., Сторонский М.Н. Типовые задачи и расчеты в бурении. М., Недра, 1974, 504 с.

Задача № 6

Тема: Визначення потужності двигунів для приводу насосів при турбінному способі буріння

Основні відомості

Потужність двигунів для приводу насосів при турбінному способі буріння визначається:

де N_д- потужність, яка витрачається для руйнування породи долотом.

Тут K – коефіцієнт для зношеного шарошкового долота 0,2-0,3; для нового – 0,1-0,2; G – осьове навантаження на долото в тс.

N_г.п – потужність, яка витрачається на подолання гідравлічних опорів в циркуляційній системі:

де p – тиск нагнітачів бурових насосів.

Тут p_м ^– втрати тиску в маніфольді:

a_м- коефіцієнт втрат тиску в маніфольді (a_м=340*10^-5);

p_тр- втрати тиску в бурильних трубах:

а_тр- коефіцієнт втрат тиску в бурильних трубах (а_тр=610*10^-8); L –довжина бурильної колони

L=H-l_у=2600-100=2500 м.

p_з- втрати тиску в замкових з’єднаннях:

a_з- коефіцієнт втрат тиску в замкових з’єднаннях бурильних труб

(a_з=2,2*10^-5); l=10 м – довжина однієї бурильної труби;

p_у- втрати тиску в більш важких бурильних трубах:

p_д- втрати тиску в долоті:

а_д- коефіцієнт втрат тиску в отворах долота (а_д=414*10^-5)

p_п.т- втрати тиску в верхньому вузлі турбобура

а_п.т- коефіцієнт втрат тиску в верхньому вузлі турбобуру (а_п.т=170*10^-5 );

p_т- втрати тиску в турбобурі при даній продуктивності насосів:

A_р- коефіцієнт перепаду тиску в турбобурі (А_р=0,021)

р_к.п- втрати тиску в кільцевому просторі:

а_к.п- коефіцієнт втрат тиску в кільцевому просторі (а_к.п=50*10^-8).

Вирахувавши і підставивши p і Q в формулу, можна визначити потужність, яка витрачається на подолання гідравлічного опору в циркуляційній системі.

При обрахунках при нормальних умовах приймаємо η_н=0,675.

2. Постановка задачі

Скласти графічний алгоритм та програму для визначення потужності двигунів для приводу бурових насосів при турбінному способі буріння, якщо буріння вертикальної свердловини H=2600 м здійснюється турбобуром (Табл. 1), діаметр долота D_д=295 мм, діаметр бурильних труб D=140 мм, товщина стінки бурильних труб δ=9 мм, осьове навантаження на долото G= 15тс, питома вага глиняного розчину γ_гл.р=1,3гс/см³, діаметр УБТ D_у=203 мм, довжина УБТ l_у=100 м, продуктивність насосів Q, швидкість обертання турбобуру (долота) n. Обчислити потужності двигунів для буріння свердловин в діапазоні глибин від 2200 до 3000 м і результат вивести у вигляді графіка та таблиці.

3.Варіанти завдань та характеристики турбобурів

Варіанти завдань	Шифр турбобура	Q л/с		Wт кВт		Mт Кгс м		nт об/хв				Pт Кгс/см3		AN		AM		An		Ap		AMT
1			45		110		195			550
	Т12М3-10"		50		151		240			610			47		0,00120		0,096		12,2		0,Of9		5,1
			55		199		290			670			57
			60		260		346			730			68
2			40		92		160			56:r			33,7
	Т12М3-9"		45		132		204			632			43		0,00143		0,10		14,1		0,021		4,8
			50		179		248			704			53
			55		240		303			772			64
3			35		60		103			565			31
	Т12М3-8"		40		89		135			645			40,4		0,00139		0,085		16,1		0,025		3,4
			42		103		148			680			44,7
			45		126		170			725			51,2
4			20		17,6		32,5/			530			20,5
	Т12М1-65/з"		25		34,5		51			660			32		0,00222		0,081		26,5		0,051		1,6
			28		48,5		64 I			740			40,2
			30		60		73,5			795			46,2
5			35		105		238			430			46,5
	ТС4-10"		40		154		308			490			60		0,00241		0,192		12,3		0,038		5,f
			45		220		390			550			75,5
			48		270		445			590			80
6			30		74		149			485			45
	ТС4-8"		35		118		203			565			61		0,00259		0,166		16,0		0,050		3,3
			40		176		266			645			79,5
7			16		16,9		49,5			475			31
	ТС4-65/з"		20		33		61			530			38,4		10,00412		0,152		26,5		0,096		1,6
			25		65		95,5			660			60
8			8		12,5		20,8			585			34,5
	ТС4-5"		10		24,6		32,5			735			54		0,0246		0,325		73,5		0,54		6,0
			12		42,3		46,5			880			78

Задача №7

Тема: Розрахунок деталей вертлюга на міцність.

Теоретичні відомості.

Ствол вертлюга виготовлено із високолегованої сталі високої якості і є основною деталлю, що обертається, і яка сприймає на себе вагу колони бурильних труб під час буріння свердловини. Для розрахунку маємо наступні дані: (рис. 1) D=395 мм, D₁=210 мм, D₂=195 мм, d₀=100 мм, h=87,5 мм.

Розрахунок на розтяг (переріз І-І):

де Q_кр- максимальне навантаження на гаку.

Визначимо межу витривалості на розтяг при імпульсному циклі навантажень:

Межа міцності для сталі 40ХН σ_в=75кгс/мм².

Коефіцієнт запасу міцності:

Визначимо напругу згину (переріз ІІ-ІІ):за формулою:

де – М_з- максимальний момент згину :

W – осьовий момент опору

Коефіцієнт запасу міцності на згин:

Визначаємо напругу зрізу

де – F- площа зрізу

Межа витривалості на зріз:

Коефіцієнт запасу міцності на зріз:

Визначимо напруги розтягу (переріз ІІІ-ІІІ):

Рис 1

2. Постановка задачі

Скласти графічний алгоритм та програму для розрахунку стволу вертлюга на міцність, якщо максимальне навантаження на гаку складає Q_кр, матеріал – сталь (Табл.1).

Розрахувати стволу вертлюга на міцність коли навантаження на гаку змінюється від 100 до 200 тс з кроком 10 і результат вивести у вигляді графіка та таблиці.

3.Варіанти завдань

Параметри	Варіанти
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
D (мм)	295	285	275	305	303	293	297	290	289
D1 (мм)	210	200	202	208	212	218	201	208	205
D2 (мм)	195	190	197	164	185	189	188	194	196
d0 (мм)	100	98	99	101	102	97	105	104	103
H (мм)	87,5	88,3	84,4	87,9	88,1	87,4	87,3	87,2	87,0
в (кгс/мм2)	75	76	77,5	75,5	76,2	75,1	75,8	74,8	74,5
Qкр (тс)	150	155	140	160	170	175	120	140	170

Задача № 8

Тема: Визначення тиску повітря в компресорі при продувці