Курсовик по бурению. Курсовой проект по дисциплине " Буровые станки и бурение скважин " (наименование учебной дисциплины) задание
 Скачать 0.65 Mb.
|
Инструмент для колонкового бурения. Выбор породоразрушающего инструментаВ состав инструмента для колонкового бурения входят: породоразрушающие инструменты, колонковые трубы, переходники, шламовые трубы, бурильные трубы, сальники, вспомогательный инструмент и принадлежности. Снаряд для колонкового бурения состоит из следующих элементов:
Между колонковой трубой и переходником находится центратор, который играет важную роль при подъеме керна на поверхность, а между бурильной трубой и переходником находится гидро - и пневмоударник. Как уже было указано выше(ты об этом не говорил), в качестве породоразрушающего инструмента при колонковом бурении чаще всего используются твердосплавные или алмазные коронки. Рассмотрим использование твердосплавных и алмазных коронок, в качестве породоразрушающего инструмента, в отдельности. Группы и область применения твердосплавных коронок. Бурение твердосплавными коронками выполняется в рыхлых породах малой и средней твердостей, а также в твердых (V-VIII и частично IX категорий по буримости). Различают 3 группы твердосплавных коронок:
В мягких и рыхлых породах I-IV категорий применяются ребристые коронки М1, М2,М5, М6, конструктивной особенностью которых является наличие ребер, приваренных к наружным боковым поверхностям короночного кольца. Наличие ребер обеспечивает увеличенный зазор между стенками скважины и колонковой трубой, что благоприятствует циркуляции промывочной жидкости и препятствует прихватам колонкового снаряда при вывалах неустойчивых пород со стенок скважины. При бурении пород IV-VII категории применяются резцовые коронки СМ-3, СМ-4, СМ-5, СМ-6, СТ-2.(бурение этими коронками обуславливается трещиноватостью а не категорией) А для бурения пород от VII до IX применяют самозатачивающиеся коронки СА-1, СА-4, СА-5, СА-6(опять же главный фактор абразивность). Для бурения пород средней твердости и твердых самозатачивающиеся коронки имеют игольчатые и подвесные резцы. Типы и область применения алмазных коронок. Алмазное бурение является одним из наиболее перспективных и высокопроизводительных способов проходки скважин в крепких и весьма крепких породах. Различают 2 типа алмазных коронок:
В однослойных коронках алмазы располагаются только на рабочей поверхности – по торцу и внешней и внутренней калибрующим поверхностям. Это такие коронки как 01А3Д20К20 (01А4, 04А3, 07А3, 14А3, А4ДП), 15А3СВ, 16А3СВ. Крупность применяемых алмазов в однослойных коронках равна 20-30 зерен/карат. Данные коронки применяют при бурении в малоабразивных породах средней твердости VII-IX категорий по буримости. В породах более твердых (X-XII категорий) применяются импрегнированные алмазные коронки. Их отличительная особенность состоит в том, что вся алмазосодержащая матрица насыщена очень мелкими алмазами крупностью 120-150 и 140-210 зерен/карат. Среди них различают коронки 02И3Г, 02И4Г, И4ДП, БС02  07. Трубы, применяющиеся при сооружении скважин, являются технологическим и вспомогательным инструментом. Колонковые, шламовые и бурильные трубы являются технологическим буровым инструментом, при помощи которого осуществляется непосредственно бурение скважины, обсадные трубы – вспомогательным инструментом.(немного не в тему.ты говорил о коронках) Расширители. Предназначены для поддержания постоянства диаметра скважины и применяются при бурении с использованием в качестве породоразрушающего инструмента - алмазных коронок. Диаметры расширителей на 0,5 мм больше чем диаметры коронок. Чаще всего используется алмазный расширитель РС-46. Обсадные и одинарные колонковые трубы. Трубы колонковые предназначены для приема керна, последующей транспортировки его на поверхность и поддержания нужного направления ствола скважины в процессе бурения. Соотношение диаметра одинарных колонковых труб и коронок, используемых при бурении, указаны в таблице №4. Таблица №4. Диаметры применяемых одинарных колонковых труб и соответствующих им коронок.
*Исключение составляют коронки типа М, у которых диаметр колонковой трубы на один размер меньше. Обсадные трубы служат для предотвращения обвалов стенок скважины в неустойчивых породах, перекрытия напорных и поглощающих горизонтов и для других целей. Переходники. Переходники служат для соединения колонны бурильных труб с колонковыми и шламовыми трубами. В зависимости от типа элементов бурильных колонн переходники изготавливают нескольких типов:
Бурильные трубы. Бурильные трубы служат для спуска бурового снаряда в скважину, обеспечения промывки или продувки её забоя, передачи вращения породоразрушающему инструменту с поверхности от вращателя станка, передачи осевой нагрузки на забой скважины, подъема бурового снаряда из скважины, транспортировки керна, съемных керноприемников и ликвидации аварий. В зависимости от материала, из которого изготовлены трубы различают:
По типу соединений бурильные трубы подразделяются на: а) трубы бурильные муфтовозамкового соединения; б) трубы бурильные ниппельного соединения; в) трубы бурильные, соединяемые непосредственно «труба в трубу». На основе изложенного выше материала, в соответствии с исходными данными, выбирается весь необходимый инструмент для данного вида бурения. Выбор инструмента для колонкового бурения в соответствии с заданием:
Параметры и область применения выбранных коронок представлены в таблице №5. Таблица №5. Параметры и область применения алмазных и твердосплавных коронок.
Весь выбранный буровой инструмент представлен в таблице № 6. Таблица №6. Инструмент, используемый для колонкового бурения.
Где применение устройства для улучшения выхода керна?????? Расчет основных параметров режима бурения твердосплавными и алмазными коронкамиПараметры режима бурения твердосплавными коронками. Основные параметры:
Осевая нагрузка  с увеличением твердости горных пород и по мере притупления резцов должна расти. Максимальное значение этого параметра определяется свойствами пород и техническими возможностями инструмента. При бурении трещиноватых пород и по контактам между слоями с различными механическими свойствами усилие рекомендуется снижать на 30-50%.Осевая нагрузка высчитывается по формуле:  , даНФормула другая. П=По*м где  - удельная нагрузка на 1 см основного резца диаметра коронки, даН;  - число основных резцов, участвующих в разрушении пород на забое.Значения удельной нагрузки приведены в соответствующих таблицах. Обычно в производственных условиях величина усилия подачи колеблется в пределах 800-1200 даН, а с применением УТБ она может быть доведена до 2000-3000 даН, что существенно повышает эффективность работы коронок. Частота вращения,  с которой связана окружная скорость вращения коронки  имеет не менее важное значение, а влияние этого фактора еще более сложно. Это связано с изменением времени контакта резцов с породой и величиной контактной поверхности их с породой по мере износа. Частота вращения равна:  об/мин,где - окружная скорость коронки, равная 0,2- 2 м/с;  - средний диаметр коронки:  м,где  и - наружный и внутренний диаметр коронки, м.Расход бурового раствора необходимого для промывки скважины рассчитывается по формуле:  л/мин,где К – удельный расход на 1 см диаметра коронки, определяется по таблице. Расчет основный параметров режима бурения для твердосплавных коронок: М6-132, М6-112.
 даН
 об/мин м
 л/мин,
 даН
 об/мин м
 л/минПараметры режима бурения алмазными коронками: Основные параметры:
2. частота вращения ;3. объемный расход жидкости  ; Осевая нагрузка на алмазную коронку , или усиление подачи коронки, определяет глубину внедрения и количество участвующих в разрушении породы резцов, а также интенсивность износа рабочих элементов коронки. В общем случае, с ростом осевой нагрузки все остальные параметры увеличиваются до определенного момента. Так как, осевая нагрузка имеет критические значения, зависящие от свойств пород и прочности алмазных резцов. При очень высокой осевой нагрузке ухудшается очистка забоя от шлама, увеличивается расход алмазов и мощность, затрачиваемая на бурение, а в конечном итоге уменьшается механическая скорость бурения и углубка на коронку. Поэтому осевую нагрузку следует подбирать, исходя из прочности и износостойкости алмазных резцов и твердости пород.Осевая нагрузка рассчитывается по формуле:  ,  формула где - удельная нагрузка на 1  площади торца алмазной коронки,.Значения :
. Площадь коронки равна:  где  - толщина матрицы:  ,м;  - ширина промывочных каналов равная 0,5 см; - количество промывочных каналов:
Частота вращения коронки – не менее важный параметр режима бурения, так как от его величины зависит не только механическая скорость бурения, но и в значительной степени износостойкость коронок и расходов алмазов. Высокие значения частоты вращения применяются обычно при бурении неглубоких скважин диаметром до 59 мм в твердых породах, достаточно монолитных и малоабразивных. При n<250 об/мин бурят весьма твердые кварцевые ожелезненные (яшмы, роговики), сильнотрещиноватые, весьма абразивные и неоднородные породы. Кроме того, частоту вращения снижают при увеличении глубины и диаметра скважины при бурении коронками оснащенными крупными алмазами (менее 5-8 шт/карат) и низком выходе керна. Практически частота вращения коронки может быть доведена до 1000-2000 об/мин без существенного снижения стойкости коронки. При высокой частоте вращения особенно рационально эксплуатировать импрегнированные коронки. При бурении сильноабразивных пород однослойными коронками увеличение частоты вращения приводит к снижению углубки на коронку. Однако следует отметить, что при n>250 об/мин появляются вибрации, что приводит к увеличению расхода алмазов. Расчет частоты вращения ведется по формуле: об/минЗначения :
Удаление продуктов(напиши хоть что расход ищешь) разрушения, имеющее весьма существенное значение при бурении скважин алмазными коронками, может осуществляться промывочной жидкостью или воздухом. Наиболее распространенная промывочная жидкость – техническая вода. При бурении в породах, интенсивно поглощающих жидкость, вспучивающихся при насыщении водой, размываемых и обрушивающихся при увлажнении, используется глинистый раствор. Режим промывки определяется расходом и напором жидкости, значения которых должны обеспечить необходимую интенсивность очистки забоя скважины от шлама, вынос его на поверхность и охлаждение коронки. При соблюдении этих условий можно получить максимальную механическую скорость бурения и минимальную величину затрачиваемой на забое мощности. При недостаточно интенсивной промывке возникает зашламование скважины, что приводит к переизмельчению частиц шлама, увеличению износа алмазов и матрицы коронки, а также расходуемой жидкости на разрушение породы, снижению механической скорости бурения, самозаклиниванию керна и прихватам снаряда. Поэтому увеличение количества нагнетаемой в скважину жидкости до определенного значения ведет к росту механической скорости бурения, а затем вызывает её уменьшение. Таким образом, при рациональном режиме промывки, критерием чего в конечном счете являются максимальная механическая скорость и минимальных расход алмазов, на забое в определенных условиях бурения должно находится некоторое количество шлама. Расход промывочной жидкости вычисляется по формуле:  ( ),где  - наружный диаметр коронки, м; - наружный диаметр буровых труб, м; - коэффициент неравномерности потока, равный  ; - скорость восходящего потока бурового раствора, равная 0,6-0,8 м/с.Расчет параметров режима бурения для алмазных коронок 02И3Г-59 и 02И4Г-59:
 ,   см
 об/мин м
 л/мин
, см
об/минм
 л/минРасчет давления нагнетания в буровых насосахДавление на насос:  ,где  - коэффициент запаса, равный  ;  - давление на преодоление гидравлических сопротивлений:  - бурильных труб; - соединения бурильных труб;  - в кольцевом пространстве; - в колонковой трубе и коронке. где  - скорость нисходящего потока, равная: , где  - диаметр бурильных труб, м;  - плотность бурового раствора,  ;  - эквивалентных диаметр каналопотока, равный  , м;  - длина бурильных труб, м;  - эквивалентная длина бурильных труб,  ;  - безразмерный коэффициент гидравлических сопротивлений, зависящий от типа жидкости.Формула расчета для:
 ,где  - гидравлическая шероховатость, равная:   - число Рейнольдса, равное: ,где  - кинематическая вязкость, равная  .
 , при   , при   , при  Число Рейнольдса равно:  ,где  - эффективная вязкость, которая равна: ,где  - коэффициент структурной вязкости, равный  ;  - динамическое сопротивление сдвигу, равное . где  - коэффициент местного сопротивления, равный:  ,где - опытный коэффициент, равный 2 – для АБТН и 1,5 – для ТБСУ;  - наименьший диаметр соединений, м; - число соединений, равное: , где - длина бурильных труб;  - длина 1 трубы. где  - плотность раствора, обогащенного шламом, равная  ; - скорость восходящего потока раствора, равная: где  , - диаметр скважины, м; - диаметр бурильных труб, м. - коэффициент гидравлического сопротивления в кольцевом канале, равный:
 , при   , при   При расчете давления на насос, в качестве бурового раствора была взята техническая вода, так как породы, в которых производится бурение алмазными коронками, являются монолитными.(немного не корректно. Мы не берём раствор только для забоя, а просто рассчитываем для него. Поидее у тебя до этого должен быть глинистый, но его нт т.к. мы условно берем по забою) Расчет давления    - 0,055, м;  ; = 0,055, м; - 105, м;;   ,Расчет давления     ; - 0,016 м (диаметр соединений замка);  Расчет давления    ;  м;  Общее давление нагнетания  на насос составляет: В соответствии со справочной литературой, был выбран буровой насос: НБ-4 320/ 63, который обеспечивает необходимое давление нагнетания и расход промывочной жидкости. Таблица №7.Техническая характеристика насосной установки НБ 4 320/63
Определение мощности бурового станкаМощность бурового агрегата рассчитывается по формуле:  кВт,где  - мощность, затрачиваемая на забое, кВт; - мощность, затрачиваемая на вращение бурильных труб, кВт; - мощность расхода трансмиссии и в других узлах бурового агрегата, кВт.При бурении алмазной коронкой:  При бурении твердосплавной коронкой:  ,где  - коэффициент трения коронки о горные породы, равный 0,3. кВт,где  - мощность на холостое вращение, равная: ,где - коэффициент, учитывающий влияние промывной жидкости, равный 1 – для воды (1,2 – для глинистого раствора);  - коэфф., учитывающий трещиноватость, равный 1 – для монолитных пород, 2- для трещиноватых;  - материал труб, для стальных труб -1, для легкосплавных – 0,75;  - соединение труб, равный 1;  - кривизну бурильных труб, равный 1;  - радиальный зазор, равный: ,где - диаметр скважины, м; - диаметр бурильных труб, м;  - масса 1 м бурильных труб;  - жесткость материала труб:
 - сила инерции, равная:  ,где - внутренний диаметр бурильных труб, м;  - глубина скважины, м; - частота вращения. - мощность на вращение сжатой части, равная:  , кВт , кВтРасчет:  кВт кВт кВт =7,47 кг; = Па;  кВт кВтИтак, необходимая мощность бурового агрегата равна:  кВт,Мощность двигателя, выбранного бурового агрегата равна 13 кВт, что достаточно для обеспечения необходимой мощности для бурения. Таблица 8. Техническая характеристика буровой установки УКБ-3 200/300
Расчет количества подвижных ветвей талевой системыКоличество подвижных ветвей талевой системы равно:  ,где  - вес снаряда, кг, равный: где - вес одного метра бурильных труб, кг; - длина скважины, м;- плотность бурового раствора, ;  - плотность материала труб, для плотной стали - 7850;  - КПД талевой системы, равный 0,8;  - грузоподъемность лебедки, кг.Расчет:   В качестве лебедки была выбрана буровая установка УКБ-3 200/300, грузоподъемность лебедки которой находится в пределах  тонны.Таким образом, при такой грузоподъемности, количество подвижных ветвей талевой системы при округлении полученного значения равно единице. И что отсюда следует? Средства повышения выхода керна: двойные колонковые трубыПо мне слишком много слов о далеко не важных устройствах. В качестве средства повышения выхода керна были выбраны двойные колонковые трубы. Двойные колонковые трубы предназначены в основном для повышения выхода (сохранности) керна и увеличения углубки за рейс в различных геолого-технических условиях. В двойных колонковых трубах внутренняя труба предохраняет поступающий в неё керн от разрушения, а наружная служит для передачи осевой нагрузки и крутящего момента на породоразрушающий инструмент. Основным отличием двойных колонковых труб друг от друга является возможность вращения внутренней колонковой трубы. По этому признаку они подразделяются на двойные колонковые трубы с вращающейся (ТДВ) или не вращающейся (ТДН) в процессе бурения внутренней трубой. Серия двойных колонковых труб были разработаны ВИТР ВПО «Союзгеотехника». Трубы первого типа предназначены для бурения в монолитных слаботрещиноватых породах V-XII категорий по буримости с промывкой скважины только водой с использованием серийно выпускаемых алмазных и твердосплавных коронок. Эти трубы изготавливаются диаметром 59 и 76 мм с вращающейся и невращающейся внутренней трубой. Трубы второго типа предназначены для бурения с промывкой водой и глинистым раствором слаботрещиноватых, трещиноватых и малоустойчивых горных пород VII-XII категорий по буримости. Применяемые с ними алмазные коронки имеют специальную конструкцию с увеличением шириной матрицы и удлиненным стальным корпусом с внутренней резьбой. Двойные колонковые трубы второго типа также выпускаются с невращающейся и вращающейся внутренними трубами. Трубы третьего типа – колонковые снаряды с комбинированным соединением керноприемной трубы, которая вращается при бурении твердых пород и не вращается при бурении мягких. К этому типу труб относятся двойные эжекторные колонковые снаряды ЭКС. Трубы четвертого типа с неподвижной внутренней трубой выпускаются одного размера. Эти трубы предназначены для бурения с промывкой глинистым раствором или водой разрушенных, легкоразмываемых и сильнотрещиноватых пород V-X категорий по буримости. Трубы типа О разработаны четырех размеров с невращающейся внутренней трубой и предназначены для бурения в сложных геологических условиях по сильно разрушенным и перемежающимся по твердости горным породам VII-XII категорий по буримости с промывкой водой и глинистым раствором. Конструкции двойных колонковых труб этого типа обеспечивает частичную обратную призабойную циркуляцию промывочной жидкости благодаря меньшим гидравлическим сопротивлениям во внутренней трубе по отношению к затрубному пространству. В соответствии с используемой литературой [1], в качестве способа улучшения выхода керна, была выбрана двойная колонковая труба ТДН-59-I, технические характеристики которой показаны в таблице № 9. Таблица № 9.Технические характеристики двойной колонковой трубы.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Па – для легкосплавных труб;