Евгений Дипломная работа (2). 1 Утверждена приказом по университету от
 Скачать 2.32 Mb.
|
|
Каждому классу пород и типу долот соответствуют свои оптимальные частоты вращения инструмента, при которых разрушение горных пород максимально. Расчет частоты вращения для шарошечных долот производится из условий: создания оптимальной линейной скорости на периферийном венце шарошки; по времени контакта зубьев долота с горной породой; по стойкости опор. Расчет частоты вращения долота 𝑛1 ведется по формуле 2.11: 𝑉л   д 𝑛1 = 19,1 ∙ 𝐷 , (2.11) где 𝑉л – рекомендуемая линейная скорость на периферии долота, м/с; 𝐷д – диаметр долота, м. Для шарошечных долот линейная скорость принимается в породах МС – 2 м/с, Т – 1,1 м/с, К – 0,7 м/с. Для долот PDC 𝑉л = 1,5 м/с. Расчет для интервала 0–20 м (направление): 2  𝑛1 = 19,1 ∙ 0,3937 = 97 об/мин.Расчет для интервала 20–900 м (кондуктор): 1,1 𝑛1 = 19,1 ∙ 0,2445 = 86 об/мин.Расчет для интервала 900–2653 м (эксплуатационная колонна): 0,7 𝑛1 = 19,1 ∙ 0,2159 = 62 об/мин.Расчет для интервала 2653–2665 м (эксплуатационная колонна, отбор керна): 1,5 𝑛1 = 19,1 ∙ 0,2159 = 133 об/мин.Учитывая рекомендаций по бурению в продуктивном пласте с отбором керна принимаем 𝑛1 = 80 об/мин. Расчет для интервала 2665–2690 м (эксплуатационная колонна): 0,6 𝑛1 = 19,1 ∙ 0,2159 = 53 об/мин.Расчет частоты вращения шарошечного долота 𝑛2 по минимально допустимому времени контакта зуба долота с породой ведется по формуле 2.12: 𝑛2 = 0,6 ∙ 105 ∙ 𝑑ш  𝜏 ∙ 𝑧 ∙ 𝐷д, (2.12) где 𝑑ш – диаметр шарошки (для современных шарошечных долот в среднем 𝑑ш = 0,65𝐷д), мм; 𝜏 – минимальное время контакта зуба долота с породой, мс; 𝑧 – число зубьев на периферийном венце шарошки; 𝐷д – диаметр долота в мм. Расчет для интервала 0–20 м (направление): 𝑛2 = 0,6 ∙ 105 ∙ 0,65 ∙ 393,7  8 ∙ 24 ∙ 393,7= 203 об/мин. Расчет для интервала 20–900 м (кондуктор): 𝑛2 = 0,6 ∙ 105 ∙ 0,65 ∙ 295,3 3 ∙ 24 ∙ 295,3= 542 об/мин. Расчет для интервала 900–2653; 2665–2690 м (эксплуатационная колонна): 𝑛2 = 0,6 ∙ 105 ∙ 0,65 ∙ 215,9 3 ∙ 22 ∙ 215,9= 591 об/мин. Максимально допустимая частота вращения шарошечного долота 𝑛3 по стойкости опоры ведется по формуле 2.13: 𝑛3 = 𝑇0  0,02 ∙ (𝛼 + 2), (2.13) где 𝛼 – коэффициент, характеризующий свойства горной породы; 𝑇0 – стойкость опоры, час. Стойкость опоры рассчитывается по формуле 2.14: 𝑇0 = 0,0935 ∙ 𝐷д, (2.14) где 𝐷д – диаметр долота в мм. Расчет для интервала 0–20 м (направление): 𝑇0 = 0,0935 ∙ 393,7 = 36,8 час; 36,8  𝑛3 = 0,02 ∙ (0,7 + 2) = 682 об/мин.Расчет для интервала 20–900 м (кондуктор): 𝑇0 = 0,0935 ∙ 295,3 = 27,6 час; 27,6 𝑛3 = 0,02 ∙ (0,4 + 2) = 575 об/мин.Расчет для интервала 900–2653; 2965–2690 м (эксплуатационная колонна): 𝑇0 = 0,0935 ∙ 215,9 = 20,2 час; 20,2 𝑛3 = 0,02 ∙ (0,3 + 2) = 439 об/мин.По результатам расчета выбирается 𝑛проект. Для шарошечных долот из рассчитанных значений 𝑛1, 𝑛2 , 𝑛3 первое является оптимальным, а принятое не должно быть больше меньшего из значений 𝑛2 и 𝑛3 . Для безопорных долот принимается значение 𝑛1. В таблице 2.5 представлены результаты расчета частоты вращения породоразрушающего инструмента. Таблица 2.5 – Результаты расчета частоты вращения породоразрушающего инструмента
Обоснование плотности производится с учетом возможных осложнений по разрезу скважины и условий предупреждения проявления пластов. Правилами безопасности в нефтяной и газовой промышленности оговорено, что гидростатическое давление в скважине при глубине до 1200 м должно быть больше пластового на 10%, а при больших глубинах – 5% [2]. Отсюда требуемая плотность раствора ρ может быть определена по формуле 2.15: 𝜌бр = 𝑘 ∙ 𝑃пл  𝑔 ∙ 𝐿кг/м3, (2.15) где 𝐿 – глубина скважины по стволу, м; 𝑔 – ускорение свободного падения, 9,81 м/с2; 𝑘 – коэффициент превышения давления в скважине над пластовым (при H < 1200 м, k ≥ 1,1; при H > 1200 м, k ≥ 1,05); 𝑃пл – пластовое давление на забое обсадной колонны, Па. Плотность бурового раствора для интервала 0–20 м (направление): 𝜌бр = 1060 кг/м3. Плотность бурового раствора для интервала 20–900 м (кондуктор): 𝜌бр = 1200 кг/м3. Плотность бурового раствора для интервала 900–2690 м (эксплуатационная колонна): 𝜌бр = 1260 кг/м3. Расход бурового раствора должен обеспечить: эффективную очистку забоя скважины от шлама; транспортирование шлама на поверхность без аккумуляции его в кольцевом пространстве между бурильными трубами и стенками скважины; устойчивую работу забойного двигателя; предотвращение гидроразрыва горных пород; обеспечение гидромониторного эффекта; предотвращение размыва стенки скважины и т.д. Расчет расхода промывочной жидкости для эффективной очистки забоя скважины осуществляется по формуле 2.16: 𝑄1 = 𝐾 ∙ 𝑆ЗАБ, (2.16) где 𝐾 – коэффициент удельного расхода жидкости применяется равным 0,55 м3/с на 1 м2 забоя; 𝑆ЗАБ – площадь забоя м2, определяется по формуле 2.17: д 𝑆ЗАБ = 0,785 ∙ 𝐷2. (2.17) Расчет для интервала 0–20 м (направление): 𝑄1 = 0,55 ∙ 0,785 ∙ 0,39372 = 0,067 м3/с. Расчет для интервала 20–900 м (кондуктор): 𝑄1 = 0,55 ∙ 0,785 ∙ 0,29532 = 0,037 м3/с. Расчет для интервала 900–2690 м (эксплуатационная колонна): 𝑄1 = 0,55 ∙ 0,785 ∙ 0,21592 = 0,020 м3/с. Расход раствора 𝑄2 при котором обеспечивается вынос шлама на поверхность определяется по формуле 2.17: 𝜌п − 𝜌р   𝜌 𝑄2 = 𝑉кр ∙ 𝑆𝑚𝑎𝑥 + 𝑉М ∙ 𝑆ЗАб ∙ см − 𝜌р , (2.18) где 𝑉кр – критическая скорость проскальзывания шлама относительно раствора, м/с, 𝑉кр = 0,1 − 0,15 м/с; 𝑉М – механическая скорость бурения, м/с, для условий Сибири ориентировочно принимаем: в интервале до 600 м – 𝑉М = 30–40 м/час; в интервале 600–1600 м – 𝑉М = 25–30 м/час; в интервале 1600–2400 м – 𝑉М = 15– 20 м/час; при больших глубинах – 𝑉М = 10– 15 м/час; 𝜌п – плотность разбуриваемой породы, г/см3; 𝜌р – плотность бурового раствора, г/см3; 𝜌см – плотность раствора со шламом, г/см3; 𝑆𝑚𝑎𝑥 – максимальная площадь кольцевого пространства, м2, определяется по формуле 2.19: 𝑆𝑚𝑎𝑥 = 0,785 ∙ (𝐷2 ∙ 𝑑2 ), (2.19) с бт где 𝑑бт – минимальный диаметр бурильных труб запроектированной компоновки, м. 𝐷с = √𝐾к ∙ 𝐷д, (2.20) где 𝐾к – коэффициент каверзности. Расчет для интервала 0–20 м (направление): 𝑄2 = 0,15 ∙ 0,1455 + 0,0097 ∙ 0,12 ∙ 2,4 − 1,06 = 0,070 м3/с.  0,02Расчет для интервала 20–900 м (кондуктор): 𝑄2 = 0,1 ∙ 0,0667 + 0,0083 ∙ 0,07 ∙ 2,6 − 1,2 = 0,043 м3/с.  0,02Расчет для интервала 900–2690 м (эксплуатационная колонна): 𝑄2 = 0,1 ∙ 0,0288 + 0,0055 ∙ 0,03 ∙ 2,6 − 1,26 = 0,015 м3/с. 0,02 𝑚𝑎𝑥 Максимальный расход раствора 𝑄3, при котором не происходит размыв стенок скважины, может быть определен по формуле 2.21: 𝑄3 = 0,785 ∙ ((√𝐾к ∙ 𝐷д)2 − 𝑑2 ) ∙ 𝑉кп 𝑚𝑎𝑥, (2.21) где 𝑉кп 𝑚𝑎𝑥 – максимально допустимая скорость течения жидкости в кольцевом пространстве, для интервала бурения под направление и кондуктор принимается 𝑉кп 𝑚𝑎𝑥 = 1,3 м/с, для ЭК – 𝑉кп 𝑚𝑎𝑥 = 1,5 м/с. Расчет для интервала 0–20 м (направление):  𝑄3 = 0,785 ∙ ((√1,3 ∙ 0,3937)2 − 0,2542) ∙ 1,3 = 0,14 м3/с. Расчет для интервала 20–900 м (кондуктор):  𝑄3 = 0,785 ∙ ((√1,16 ∙ 0,2953)2 − 0,242) ∙ 1,3 = 0,044 м3/с. Расчет для интервала 900–2690 м (эксплуатационная колонна): 𝑄3 = 0,785 ∙ ((√1,1 ∙ 0,2159)2 − 0,1652) ∙ 1,5 = 0,028 м3/с. Расчет минимального расхода бурового раствора 𝑄4 из условия предотвращения прихватов ведется по формуле 2.22: 𝑄4 = 𝑆𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝑉кп 𝑚𝑖𝑛, (2.22) где 𝑉кп 𝑚𝑖𝑛 – минимально допустимая скорость восходящего потока, м/с, в расчетах принимается – 0,5 м/с. Значение 𝑆𝑚𝑎𝑥 берется из расчетов 𝑄2. Расчет для интервала 0–20 м (направление): 𝑄4 = 0,1455 ∙ 0,5 = 0,072 м3/с. Расчет для интервала 20–900 м (кондуктор): 𝑄4 = 0,0667 ∙ 0,5 = 0,033 м3/с. Расчет для интервала 900–2690 м (эксплуатационная колонна): 𝑄4 = 0,0288 ∙ 0,5 = 0,014 м3/с. Расход раствора 𝑄5, исходя из устойчивой работы гидравлического двигателя, определяется его технической характеристикой. По результатам расчетов определяется область допустимого расхода бурового раствора, которая должна быть меньше 𝑄3, но больше большего из значений 𝑄1, 𝑄2, 𝑄4 и 𝑄5, или равно ему. Данные по проектированию расходов бурового раствора по интервалам представлены в таблице 2.6. Таблица 2.6 – Проектирование расходов бурового раствора
Продолжение таблицы 2.6
Для обеспечения нормального режима промывки выбирается насос УНБ-600 в количестве двух. Для выполнения всех заданных условий по величине расхода при сооружении направления используются два насоса в них устанавливаются поршни диаметром 180 мм, которые обеспечивают подачу 42 л/с при предельном давлении 12,5 МПа. Для выполнения всех заданных условий по величине расхода при сооружении кондуктора используются два насоса в которые устанавливаются поршни диаметром 140 мм, которые обеспечивают подачу 23,3 л/с при предельном давлении 22,5 МПа. Для выполнения всех заданных условий по величине расхода при сооружении эксплуатационной колонны в насос устанавливаются поршни диаметром 150 мм, которые обеспечивают подачу 27,5 л/с при предельном давлении 19,8 МПа. Предполагается, что при сооружении направления и кондуктора будет работать по два насоса, при сооружении эксплуатационной колонны – один. Тип забойного двигателя выбирается в зависимости от проектного профиля скважины, типоразмера долот, осевой нагрузки, плотности промывочной жидкости и удельного момента, обеспечивающего вращение долота. Забойный двигатель должен соответствовать следующим требованиям: диаметр забойного двигателя должен лежать в интервале 80-90% от диаметра долота; жесткость забойного двигателя должна соответствовать требованиям компоновки низу бурильной колонны для заданной траектории ствола скважины; расход промывочной должен быть близким к номинальному забойного двигателя; крутящий момент, развиваемый забойным двигателем, должен обеспечить эффективное разрушение горной породы на забое скважины; забойный двигатель должен обеспечивать частоту вращения долота, находящуюся в пределах или не менее этих значений, необходимых для разрушения горных пород [2]. Применение забойного двигателя предусмотрен в интервале бурения 900–2690 м под эксплуатационную колонну. Диаметр забойного двигателя в зависимости от диаметра долота определяется по формуле 2.23: 𝐷зб = (0,8 ÷ 0,9) ∙ 𝐷д, (2.23) где 𝐷зб – диаметр забойного двигателя, мм; 𝐷д – диаметр долота, мм. 𝐷зб = (0,8 ÷ 0,9) ∙ 215,9 = 172,7 ÷ 194,3 мм. Забойный должен развивать мощность, которая будет тратиться на работу долота под действием осевой нагрузки и на преодоление трения в опорах. Требуемый крутящий момент определяется по формуле 2.24: 𝑀р = 𝑀𝑜 + 𝑀уд ∙ 𝐺ос, (2.24) где 𝑀р – момент необходимый для разрушения горной породы, Н*м; 𝑀𝑜 – момент необходимый для вращения ненагруженного долота, Н*м; 𝑀уд – удельный момент долота, Н*м/кН; 𝐺ос – осевая нагрузка на долото, кН. Для интервалов 900-2653 м, 2665-2690 м: 𝑀р = 107,95 + 27,4 ∙ 204 = 5697 Н ∗ м. Для интервала 2653-2665 м: 𝑀р = 107,95 + 27,4 ∙ 141 = 3971 Н ∗ м. Момент необходимый для вращения ненагруженного долота определяется по формуле 2.25: 𝑀𝑜 = 500 ∙ 𝐷д, (2.25) где 𝐷д – диаметр долота, м. 𝑀𝑜 = 500 ∙ 0,2159 = 107,95 Н ∗ м. Удельный момент долота определяется по формуле 2.26: 𝑀уд = 𝑄 + 1,2 ∙ 𝐷д, (2.26) где 𝑄 – расчетный коэффициент, принимаемый в расчетах 1–2 (принимается 1,5), Н*м/кН; 𝐷д – диаметр долота, см. 𝑀уд = 1,5 + 1,2 ∙ 21,59 = 27,4 Н ∗ м. Расчеты необходимые для обоснования типа забойного двигателя представлены в таблице 2.7. Таблица 2.7 – Результаты проектирования параметром забойных двигателей
Для интервала бурения интервала под эксплуатационную колонну проектируется винтовой забойный двигатель ДГР-178, который позволяет бурить прямолинейные и наклонно-направленные интервалы, а также способен обеспечивать высокий рабочий момент на долоте Техническая характеристика запроектированного забойного двигателя представлена в таблице 2.8. Таблица 2.8 – Техническая характеристика запроектированного забойного двигателя
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||