Расчет режимов роторного бурения

1. Частота вращения

При выборе частоты вращения для различных пород разреза учитываем следующее:

- в мягких породах, особенно если они залегают в верхних слоях разреза, после посадки направляющей целесообразно использовать повышенные скорости вращения. В этом случае обеспечивается высокая производительность и при правильно выбранном инструменте исключается возможность поломки труб;

- в породах средней твердости с малыми абразивными свойствами (мергели, аргиллиты, известняки, доломиты) скорость вращения долота также выдерживается на высоких пределах;

- в твердых абразивных породах бурение следует вести при минимальном числе оборотов с тем, чтобы избежать преждевременного износа долот;

- при бурении трещиноватых пород скорость вращения следует снижать;

- при бурении алмазными коронками во всех случаях следует бурить на повышенных оборотах, за исключением трещиноватых пород;

- при глубине бурения близкой к номинальной для данного типа буровой установки, скорость вращения должна быть уменьшена, так как мощность буровой установки не позволяет вести процесс бурения при высоких скоростях вращения на таких глубинах;

- при забуривании скважины во избежание искривления ствола число оборотов снижают до минимального;

- при определении рациональной скорости вращения долот следует исходить из следующих значений окружной скорости вращения, табл. 17.

Таблица 17

Значения окружной скорости вращения (V, м/с)

Частота вращения (об/мин) рассчитывается по формуле:

, (15)

где - диаметр долота, м.

2. Осевая нагрузка

Осевая нагрузка на долото рассчитывается исходя из t wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/></w:rPr><m:t>СѓРґ</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> - удельной нагрузки на 1 см диаметра долота (Н/см), табл. 18.

Удельная нагрузка на долото, как видно из табл. 18 зависит от категории по буримости.

Таблица 18

Удельная нагрузка на долото

* в H на 1 см² торца долота

Осевая нагрузка (Н) на долото определяется по формуле:

, (16)

где - диаметр долота, см.

Осевая нагрузка при бурении алмазными долотами определяется по формуле

, (17)

где - осевая нагрузка на 1 см² алмазосодержащей площади алмазного долота, Н/см²

S – площадь торца долота, за вычетом площади промывочных окон, см²

Длина УБТ(м) определяется по:

, (18)

где: k – коэффициент, учитывающий превышение веса УБТ над нагрузкой на долото (k=1,25);

- вес 1м труб УБТ, Н/м;

t wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/></w:rPr><m:t>Р¶</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> – плотность промывочной жидкости, г/см³;

t wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/></w:rPr><m:t>Рј</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> - плотность материала труб, г/см³;

Общий вес бурового снаряда (нагрузка на крюк) с учетом коэффициента прихвата .

, (19)

где - нагрузка на крюк, Н;

– длина бурильных труб, м;

– вес 1м бурильных труб, Н/м;

Грузоподъемность буровой установки должна быть больше нагрузки на крюк, создаваемой весом самой тяжелой колонны.

Пример.

Для бурения по доломитам V категории по буримости используется трехшарошечное долото 190,5 С-ГВ.

Определить осевую нагрузку на долото, учитывая, что t wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/></w:rPr><m:t>СѓРґ</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> =2500 Н/см, по табл.18.

.

Диаметр УБТ равен:

.

Принимаем УБТ диаметром 146 мм с массой 1 м равной 98 кг по табл.15

При применении промывочного раствора плотностью 1,1 г/см³ получаем длину УБТ

.

Принимая по табл.15 длину 1-ой трубы 6 м, получим, что для бурения по доломитам V категории долотом 190,5С-ГВ необходимо иметь 12 утяжеленных бурильных труб.

3. Расход промывочной жидкости.

Расход промывочной жидкости определяется по формуле
, м³/с, (20)

где: - диаметр долота, м;

- диаметр бурильных труб, м;

- скорость восходящего потока промывочной жидкости, м/с;

- коэффициент, учитывающий неравномерность скорости потока по стволу скважины из-за наличия каверн и других расширений, .

Расход промывочной жидкости зависит от скорости восходящего потока V _в. В соответствии с рекомендациями, представленными в работе [25, с. 30; 237], в большинстве случаев можно принять V _в = 0,4 – 0,6 м/с (чем выше вязкость и структурные свойства, тем выше транспортирующая способность жидкости и меньше её допустимая скорость). При промывке скважины высоковязкими растворами (например, при разбуривании неустойчивых пород для установки направления и кондуктора) допускается уменьшение V _в до 0,2 – 0,3 м/с (табл. 19) и менее. Для повышения вязкости могут использоваться глины или полимерные добавки (гипан, гидролизованный полиакриламид и их аналоги).

Таблица 19

Скорость восходящего потока промывочной жидкости в зависимости от степени ее вязкости

Для удобства выбора насоса расход Q следует перевести в л/с или л/мин (1 м³ =1000 л, 1мин = 60с)

В том случае, если производительность насоса буровой установки окажется меньше расчетной, то применяют более мощный насос или включают параллельно два насоса.

Выбор параметров режимов бурения и породоразрушающего инструмента при колонковом бурении рекомендуем производить по работе [19, глава 3].

Выбор параметров режимов бурения и породоразрушающего инструмента вращательным способом с обратной промывкой следует выполнять, руководствуясь справочником Д.Н.Башкатова [2, с.76-98].