Курсовая работа по Технологии бурения нефтяных и газовых скважин. ТБНГС Галиуллин Ильмир 18-21. Проектирование технологии бурения эксплуатационной скважины глубиной 1781 м на Пашийский горизонт Сев. Альметьевской площади Ромашкинского месторождения

• Название: Проектирование технологии бурения эксплуатационной скважины глубиной 1781 м на Пашийский горизонт Сев. Альметьевской площади Ромашкинского месторождения
• Анкор: Курсовая работа по Технологии бурения нефтяных и газовых скважин
• Дата: 08.12.2022
• Размер: 0.54 Mb.
• Имя файла: ТБНГС Галиуллин Ильмир 18-21.docx
• Тип: Реферат; #835356
• страница: 7 из 8

8. ВЫБОР СПОСОБА БУРЕНИЯ ПО ИНТЕВАЛАМ

Основные требования к выбору способа бурения – необходимость обеспечения успешной проводки ствола скважины при возможных осложнениях с высокими технико-экономическими показателями. Поэтому способ бурения выбирается на основе анализа статистического материала по уже пробуренным скважинам и соответствующих эконо­мических расчетов.

Выбранный способ бурения должен допускать использование таких видов буровых растворов и такую технологию проводки ствола, кото­рые наиболее полно обеспечивали бы следующее: качественное вскрытие продуктивного пласта; достижение высокого качества ствола скважины, ее конфигурации и наиболее высоких механических скоростей и проходок на долото; возможность применения долот различных типов в соответствии с механическими и абразивными свойствами пород.

Роторный способ может быть использован в подавляющем большинстве случаев, а для бурения скважин глубиной до 2500–3000 м с промывкой водой и неутяжеленными буровыми растворами рекомендуется выбирать турбинный способ, как обеспечивающий более высокие показатели бурения.

ВЗД целе­сообразно применять на сравнительно малых глубинах и при исполь­зовании безопорных долот.

1) Интервал 0-40м.

Бурение в этом интервале ведется роторным способом с промывкой забоя глинистым раствором плотностью 1200 кг/м³

2) Интервал 40 – 1655 м.

Бурение в этом интервале ведется ГЗД с промывкой забоя естественной водной суспензией плотностью 1090 кг/м³

3) Интервал 1655 – 1781 м.

Вскрытие продуктивного горизонта ведется роторным способом с промывкой забоя полимер-глинистым меловым раствором плотностью 1200кг/м³.

9. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА БУРЕНИЯ

В качестве основных режимных параметров можно выделить следующие: нагрузка на долото P_д, кН; частота вращения инструмента n, мин.1; расход промывочной жидкости Q, л/с; тип и качество циркуляционного агента.

Режимные параметры можно подразделить на две группы:

1) первичные режимные параметры, или параметры управления;

2) вторичные режимные параметры, или параметры контроля.

Первичные параметры поддаются произвольному регулированию с целью управления процессом бурения. Параметры второй группы находятся в зависимости от конкретных условий в скважине или в случае применения забойных двигателей определяются характеристикой привода.

Сочетание режимных параметров бурения, которое обеспечивает наилучшие показатели углубления скважины, наиболее высокую эффективность работы породоразрушающего инструмента и необходимое качество буровых работ с использованием имеющегося оборудования, называется оптимальным режимом бурения. Такой режим бурения устанавливают для конкретных геологических условий с учетом характеристик имеющегося оборудования для наиболее эффективного его использования.

Расчет параметров режима бурения ведется для каждой выделенной пачки горных пород применительно к конкретному типу долота и способу бурения.

Интервал 0-40 м.

Долото = 393,7 СЗ-ГВУ

Промывочная жидкость - ГРА, ρ=1120 кг/м³.

Тип привода – ротор Р-450;

КНБК: 393,7СЗ-ГВУ + 15КС-394 + УБТС2-178(8м) + Ц-384 + УБТС2-178(16м) + +ТБПН-127;

Осевая нагрузка на долото и частота вращения создают необходимые усилия для разрушения горной породы на забое и влияют на скорость углубления скважины.

Для роторного бурения, проектировании режимов бурения на хорошо изученных площадях, осевая нагрузка может определяться по формуле:



где _з - коэффициент, учитывающий изменение твердости горных по­род в конкретных условиях забоя ( _з = 0,33+1,59), для практических расчетов принимается _з = 1,0; р_ш– твердость горной породы по штампу; F_к - площадь контакта зубьев долота с забоем. По формуле В.С. Федорова




где D_Д - диаметр долота; - коэффициент перекрытия - это отноше­ние длины образующей шарошки к суммарной длине контакта зубьев с горной породой, находящихся на одной линии; - притупление зубь­ев

Осевая нагрузка:





Площадь контакта зубьев долота с забоем:





Расход бурового раствора обеспечивает полную и своевременную очистку забоя и скважины от шлама.

Расход промывочной жидкости определяется исходя из скорости восходящего потока v_в.п, которая для пород мягких составляет 1,5 м/с, а для очень крепких – 0,4 м/с. Для остальных пород скорость восходя­щего потока определяется линейной интерполяцией или по формуле



где Q - расход промывочной жидкости, м³/с; - коэффициент, учи­тывающий увеличение диаметра скважины, для очень мягких пород (песок) = 1,3, для крепких пород = 1,05; D_скв - диаметр скважины, м; d_б.т - диаметр бурильных труб, м; v_в.п - скорость восходящего пото­ка, м/с, для мягких пород v_в._п = 1,5 м/с, для очень крепких пород v_в._п =0,4 м/с.

Расход промывочной жидкости:




Для создания ближайшей найденной подачи будем использовать один буровой насос НБТ-475. Диаметр цилиндровых втулок при коэффициенте наполнения насоса m=0,8, примем равной 120 мм, Р/Q= 20,8/19,7 л/с.

Q=0,8•19,7=15,1 л/с.

Частоту вращения, кроме того, можно найти в зависимости от кате­гории твердости горной породы или типа долота исходя из того, что для пород I–II категорий (долота типа М) рекомендуемая частота вра­щения составляет 200–300 мин^–1, а для пород XI–XII категорий (доло­та типа ОК) – 50–70 мин^–1, n_min вращателя ротора – 100 об/мин.

Частота вращения:



D_Д - диаметр долота; n_min - минимальная частота вращения стола ротора, берется по его ха­рактеристике для конкретной буровой установки.



Интервал 40-265 м.

Долото = 295,3 МСЗ-ГНУ

Промывочная жидкость - тех. вода, ρ=1090 кг/м3;

Тип привода – ТКН-240.;

КНБК: 295,3 МСЗ-ГНУ + 8КС-295,3СТ + TРШ-240. + УБТС2-178 + ТБПН-127

Режим бурения — это совокупность факторов, которые влияют на эффективность разрушения горной породы долотом на забое скважины, определяют интенсивность износа долота и которыми можно управлять в процессе бурения. Факторы, определяющие режим бурения, называются параметрами режима бурения. К ним относятся расход и плотность бурового раствора, осевая нагрузка на долото, частота вращения долота.

Расчет параметров режима бурения ведется для каждой выделенной пачки горных пород применительно к конкретному типу долота и способу бурения.

Осевая нагрузка передается на буровое долото для обеспечения

эффективного разрушения горной породы на забое. Величину осевой нагрузки следует определять в зависимости от типоразмера долота и твердости разбуриваемых горных пород с учетом технологических ограничений. Удельная нагрузка для долота 295,3 МСЗ-ГВ равна 5-10кН/см.

Принимаем удельную нагрузку на долото Р_уд=7кН для пород 5-6 категорий ,тогда осевая нагрузка на долото

Осевая нагрузка:





Предельные параметры отработки долота 295,3 МСЗ-ГВ

При разрушении горной породы на забое к долоту прикладывается крутящий (вращающий) момент, который зависит от многих факторов, основными из которых являются твердость разбуриваемых горных пород, типоразмер долота, осевая нагрузка на долото и частота его вращения. Влияние этих факторов учитывается. удельным моментом на долоте, который выражает функциональную связь крутящего момента на долоте с осевой нагрузкой:

M_д = m G

где M_д — крутящий момент на долоте, Н•м;

m — удельный момент на долоте, м;

G — осевая нагрузка на долото Н. см

Крутящий момент на долоте:





Удельный момент на долоте:

С достаточной для практических расчетов точностью удельный момент на долоте может быть определен по упрощенной эмпирической формуле:

m= = = 0,0146м

где m — удельный момент на долоте, м;

a_д — безразмерный коэффициент, зависящий от типа долота:

–для трех шарошечных долот типов М, МС, МСЗ a_д = 0,9 … 1,0;

–для трех шарошечных долот типов С, СЗ, СТ: a_д = 0,7 … 0,8;

–для трех шарошечных долот типов Т, ТЗ, ТКЗ, К, ОК: a_д = 0,5 ... 0,6;

–для алмазных долот истирающе-режущего и истирающего типов:

a_д = 1,8 … 2,5;

–для долот режущего типа PDC: a_д = 3,0 … 3,5;

n=600об/мин частота вращения долота 295,3 МСЗ-ГВ с негерметизированной опорой .





Крутящий момент на долоте

Механическая мощность на долоте:

Зная крутящий момент на долоте, можно рассчитать величину механической мощности, срабатываемой на долоте:



где N _дм — механическая мощность, Вт;

M _д — крутящий момент на долоте, Н•м;





Требуемый минимальный тормозной момент ГЗД:

При выборе ГЗД тормозной момент выбранного двигателя должен быть не меньше требуемого значения М_т,

Далее подбирается такой гидравлический забойный двигатель, тормозной момент которого должен быть не меньше требуемого значения Мт, определенного по формуле:

М_т=2m Р_д

где Мт — требуемый минимальный тормозной момент ГЗД, Н·м; m — удельный момент на долоте, м; Р_д — осевая нагрузка на долото, Н.





Расход, обеспечивающий очистку забоя и долота от шлама:

Величина расхода бурового раствора определяется с целью обеспечения лучшей очистки забоя и долота от шлама, более полного выноса выбуренной породы из скважины на поверхность и обеспечения устойчивой работы гидравлического забойного двигателя. Считается, что отработка долота будет произведена при удовлетворительной промывке, если минимальное значение расхода Q₀ удовлетворяет условию:

Q₀ ≤ max (Q₁; Q₂)

где Q₁ — расход, обеспечивающий очистку забоя и долота от шлама;

Q₂ — расход, обеспечивающий вынос выбуренной породы из скважины

Q₁ — расход, обеспечивающий очистку забоя и долота от шлама

D_с — диаметр скважины, м;

a — коэффициент расхода, м/с; его величина зависит от применяемого способа бурения и типа долота.

При использовании трех шарошечных долот:

a = (0,35 … 0,50) м/с для роторного бурения;

a = (0,50 … 0,70) м/с для бурения с помощью ГЗД.

При использовании алмазных долот и долот PDC коэффициент a может быть увеличен в 1,2–1,3 раза.

При выборе величины a в формуле (4.2) следует также ориентироваться на плотность бурового раствора: большие значения a принимаются при меньшей плотности, например при промывке скважины водой. При плотности раствора более 1300 кг/м³ необходимо принимать минимальные значения a.

Q₁ — расход, обеспечивающий очистку забоя и долота от шлама





Расход, обеспечивающий вынос выбуренной породы из скважины:





где Q₂ – расход бурового раствора, обеспечивающий вынос шлама из скважины, м³/с; d_н – минимальный наружный диаметр бурильных труб, м; V_k – средняя скорость течения жидкости, обеспечивающая вынос шлама из скважины, м/с.

Величина V_k зависит от типа разбуриваемых пород, реологических свойств бурового раствора, конструкции долота и других факторов. Обычно эта величина определяется исходя из промысловых данных, полученных при бурении ряда скважин на данной площади (месторождении). При практических расчетах скорость V_k можно принимать в пределах (0,5…0,6) м/с.

При использовании гидравлических забойных двигателей необходимо также проверить выбранную величину расхода бурового раствора Q₀ на возможность обеспечения устойчивой работы ГЗД. Выбранный расход жидкости Q₀ должен соответствовать диапазону рекомендуемых компаниями-производителями значений расходов жидкости для конкретного типоразмера ГЗД.

Согласно рассчитанной мощности на долоте 295,3МСЗ-ГВ равной N=94,7кВт и рассчитанного тормозного момента равного Мт=6036Нм для эффективного разрушения горной породы выбираем турбобур ТКН-240 со стендовыми характеристиками:

Выбираем турбобур ТКН-240. со стендовыми характеристиками:

N_с=101-235 кВт, Q_с=34-45 л/с, n _xc=630 об/мин, P_р = 4,3-7,5 МПа, М _тс = 4140-7552 Н м, G_с=4275 кг., L_с=16,7 м.

Для устойчивой работы ТКН-240. принимаем расход промывочной жидкости Q_c=45 л/с.

Далее по таблице выбирается тип и число работающих буровых насосов, а также диаметр их цилиндровых втулок (поршней). При этом необходимо, чтобы подача насосов н была равна или несколько превышала минимальное значение расхода Q_н, найденное по формуле .

Выбираем насосы НБТ-475 втулки диаметром 140 мм при m=1,



Пересчитываются стендовые характеристиками ГЗД на фактический расход: при m=0,9

Фактический расход: при m=0,9





Частота вращения при холостом ход:





Тормозной момент:





Тогда обороты выбранного ГЗД в рабочем режиме при фактическом расходе Q=44л/с и расчетной нагрузки на долото Рд=206кН будут равны

Частота вращения:





Оптимальные параметры режима бурения в этом интервале : расчетная нагрузка на долото Р_д=206кН , фактический расход Q=44л/с, обороты выбранного ГЗД в рабочем режиме n=382об/мин.

Интервал 265-300 м:

Долото 215,9 ТЗ-ГН ;

промывочная жидкость – естественная водная суспензия, ρ=1090 кг/м³;

Тип привода – Д2-195;

КНБК: 215,9 ТЗ-ГН + 12КСИ-215,9 + Д2-195 + УБТС2-178 + ТБПН-127

Осевая нагрузка передается на буровое долото для обеспечения эффективного разрушения горной породы на забое. Величину осевой нагрузки следует определять в зависимости от типоразмера долота и твердости разбуриваемых горных пород с учетом технологических ограничений
Нагрузка на долото:



Крутящий момент на долоте:



Мощность для вращения долота:



Согласно рассчитанной мощности на долоте для эффективного разрушения горной породы выбираем ВЗД Д2-195 со стендовыми характеристиками:
















II) Расход бурового раствора, исходя из условий:

а) очистки забоя:





б) подъема шлама в к/п:



Следовательно, насосы должны обеспечивать подачу 35 л/с.

Для обеспечения нормальной работы ВЗД Д2-195 расход бурового раствора Q₀,  принимаем равным 0,035 м³/с. Такой расход может быть получен при работе двух насосов БРН-1, оснащенных втулками диаметром 0,150 м. (Р_н=14 МПа, Q_н = 20,8 л/с)

Фактическая подача насосов:



III) С учетом зависимостей находим фактические значения частоты вращения холостого хода n_x и тормозного момента М_т на валу двигателя при X

Q= 35 л/с и ρ = 1,09 г/см³.

Частота вращения при холостом ходе ГЗД:



Тормозной момент двигателя Д2-195



Удельный момент для долота диаметром 215,9 мм (категория твердости V-VI):



Фактическая частота вращения:



Интервал 300 - 1180 м:

долото III 215,9 ТЗ-ГН;

промывочная жидкость – естественная водная суспензия, ρ=1090 кг/м³;

тип привода – ВЗД: 3ТСШ1-195;

КНБК: 215.9 ТЗ-ГН +12КСИ + 3ТСШ1-195 + УБТС2-178 + УБТС2-146 + ТБПН-127

I) Удельная нагрузка для пород V – VI категорий – 8 кН/см.

Нагрузка на долото:



Крутящий момент на долоте:



Мощность для вращения долота:



Согласно рассчитанной мощности на долоте для эффективного разрушения горной породы выбираем ВЗД 3ТСШ1-195 со стендовыми характеристиками:

















II) Расход бурового раствора, исходя из условий:

а) очистки забоя:





б) подъема шлама в к/п:



Следовательно, насосы должны обеспечивать подачу 35 л/с.

Для обеспечения нормальной работы 3ТСШ1-195 расход бурового раствора Q₀,  принимаем равным 0,035 м³/с. Такой расход может быть получен при работе двух насосов БРН-1 оснащенных втулками диаметром 0,150 м. (Р_н=14 МПа, Q_н = 20,8 л/с).

Фактическая подача насосов:



III) С учетом зависимостей находим фактические значения частоты вращения холостого хода n_x и тормозного момента М_т на валу двигателя при X

Q= 35 л/с и ρ = 1,09 г/см³.

Частота вращения при холостом ходе ГЗД:



Тормозной момент двигателя 3ТСШ1-195:



Удельный момент для долота диаметром 215,9 мм (категория твердости V-VI):



Фактическая частота вращения:


Интервал 1180-1400 м:

Долото III 215,9 ТЗ-ГНУ;

Промывочная жидкость - естественная водная суспензия, ρ=1090 кг/м³;

Тип привода – Д5-195 9/10;

КНБК: 215,9 ТЗ-ГНУ+ Д5-195 9/10 + УБТС2-178 + ТБПН-127

Осевая нагрузка:



Крутящий момент на долоте:



Мощность для вращения долота:



Согласно рассчитанной мощности на долоте для эффективного разрушения горной породы выбираем ВЗД Д5-195 со стендовыми характеристиками:















II) Расход бурового раствора, исходя из условий:

а) очистки забоя:





б) подъема шлама в к/п:



в) обеспечения работы ВЗД Д5-195:



Следовательно, насосы должны обеспечивать подачу 35 л/с.

Для обеспечения нормальной работы ВЗД Д5-195 расход бурового раствора Q₀,  принимаем равным 0,035 м³/с. Такой расход может быть получен при работе двух насосов БРН-1 оснащенных втулками диаметром 0,150 м. (Р_н=14 МПа, Q_н = 20,8 л/с).

Фактическая подача насосов:



III) С учетом зависимостей находим фактические значения частоты вращения холостого хода n_x и тормозного момента М_т на валу двигателя при X

Q= 35 л/с и ρ = 1,09 г/см³.

Частота вращения при холостом ходе ВЗД:



Тормозной момент двигателя Д1-195:



Удельный момент для долота диаметром 215,9 мм (категория твердости V-VI):



Фактическая частота вращения:



Интервал 1400 – 1739

Долото III 215,9 СЗ-ГАУ;

Промывочная жидкость - ПГМР, ρ=1120 кг/м³;

Тип привода – ротор Р-450;

КНБК: 215.9 СЗ-ГАУ + Д5-195 9/10 + УБТС2-178 + ТБПН-127

Осевая нагрузка:

P_Д=1*1400*0.107=151.1 кН

Площадь контакта зубьев долота забоем:



Для создания ближайшей найденной подачи будем использовать один буровой насос НБТ-475. Диаметр цилиндровых втулок при коэффициенте наполнения насоса m=0,8, примем равной 120 мм, Р/Q= 20,8/19,7 л/с.

Q=0,8·19,7=15,7 л/с.

Частота вращения:

=114.4 об/мин