Разрушение горных пород при бурении скважин

 

2) Притупление : b = b0 +2 *h*tgý, где ý=200–среднее из табл.4.7 методички;

 

h=0  b = b0 +2 *h*tgý = 1,75+2*0*tgý=1,75 мм

аналогично считаем для остальных значений h.

 

b = b0 +2 *h*tgý = 1,75 + 0,727 * h

 

h0=0 ,  b1 = b0 +2 *h*tgý = 1,75 + 0,727 * h = 1,75

h0=0,25 ,   b2 = b0 +2 *h*tgý = 1,75 + 0,727 * h = 3,65

h0=0,5 ,  b3 = b0 +2 *h*tgý = 1,75 + 0,727 * h = 5,56

h0=0,75 ,   b4 = b0 +2 *h*tgý = 1,75 + 0,727 * h = 7,47

Gs(1) = Pозв1*b1*v*() = 934,54 *1,75*0,3*116= 56,913 кН;

Gs(2) = Pозв1*b2*v*() = 934,54 *3,65*0,3*116= 118,705 кН;

Gs(3) = Pозв1*b3*v*() = 934,54 *5,56*0,3*116= 180,822 кН;

Gs(4) = Pозв1*b4*v*() = 934,54 *7,47*0,3*116= 242,939 кН;

 

3) Далее считаем нагрузки скачков разрушения пород Gн.к.;

 

1 скачок: Gн1 = G1п * 0,4 * = 17,51 кН;

2 скачок: Gн(2) = G2п * 1,38 * = 60,41 кН;

 

3 скачок: Gн(3) = G3п * 2,06 * = 90,18 кН;

 

4 скачок: Gн(4) = G4п * 2,9 * = 126,96 кН.

При Gs(2) = 118,705 кН

1 скачок: Gн1 = G1п * 0,4 * = 36,52 кН;

2 скачок: Gн(2) = G2п * 1,38 * = 126,00 кН;

 

3 скачок: Gн(3) = G3п * 2,06 * = 188,10  кН;

 

4 скачок: Gн(4) = G4п * 2,9 * = 264,80 кН.

При Gs(3) = 180,822 кН

1 скачок: Gн1 = G1п * 0,4 * = 55,63 кН;

2 скачок: Gн(2) = G2п * 1,38 * = 191,95 кН;

 

3 скачок: Gн(3) = G3п * 2,06 * = 286,53  кН;

 

4 скачок: Gн(4) = G4п * 2,9 * = 403,37 кН.

При Gs(4) = 242,939 кН

1 скачок: Gн1 = G1п * 0,4 * = 74,75 кН;

2 скачок: Gн(2) = G2п * 1,38 * = 257,88 кН;

 

3 скачок: Gн(3) = G3п * 2,06 * = 384,96  кН;

 

4 скачок: Gн(4) = G4п * 2,9 * = 541,94 кН.

 

Таблица 5 – Результаты расчета осевой нагрузки на долото типа МСп2

Расчетный параметр	Значения параметра при относительном износе h0 = h/hз
	0	0,25	0,50	0,75
h, мм	0	2,62	5,25	7,875
b, мм	1,75	3,65	5,56	7,47
Gн1, кН	17,51	36,52	55,63	74,75
Gн2, кН	60,41	126,00	191,95	257,88
Gн3, кН	90,18	188,1	286,53	384,96
Gн4, кН	126,96	264,8	403,37	541,94

 

Для наглядности представим полученные значения в виде рисунка 3.

 

 

Рисунок 3 – Области разрушения горной породы долотом 1-го класса

 

Определяем область диапазонов нагрузки:

2-я область – G2 = 147,6…200 кН h=0…0,5мм;

1-я область – G1 = 40…200 кН ; h=0,5…5,6мм.

 

б) для долота 2-го класса

Оценим возможную область разрушения г.п. Для этого рассчитываем значение безразмерной нагрузки – ожидаемой величины Gц´, Gc и сравним с :

;

.

где: kд = 1,3 – коэффициент динамичности;

Gп = 200 кН – предельная нагрузка для долот 190,5 мм;

С = 30880 МПа – средний модуль деформации породы;

- доля одновременно работающ. вооруж. (уже использовалась);

Σdί = 102 мм – сумма диаметров зубков (из табл. 4.4 методички);

Rц = 3,96 мм, Rc =3,175мм– радиусы;

МПа.

- соответствует 2-й области  разрушения, - 4-й области разрушения. При разных областях разрушения  принимаем наименьшую - 2-я область.

 

Рассчитываю нижнюю нагрузку 2-го скачка по формуле:

кН;

Так как Gн2 > Gп, то я перехожу в 1-ю область и рассчитываю Gн

кН;

Gн < Gп. Это значит, что я имею дело со 1-й областью разрушения, а диапазон нагрузок для нее: G = 151,4…200 кН.

Gв=240,9 кН . Если Gв > Gп принимаем Gв = Gп =200кН.

 

5 Расчет стойкости вооружения  долота 1-го ксласса

 

Берется усредненный зуб, имеющий средневзвешенные размеры реализующий среднюю удельную мощность на разрушения породы забоя и рассчитывается долговечность Т, соответствующую времени изнашивания зуба на величину h. Нужно рассчитать время Т при относительном износе h0, равном 0,25; 0,50 и 0,75

Рисунок 4 – Элемент вооружения шарошечного долота первого класса

 

 

 

Расчетная формула имеет вид:

;

где: , b – притупление, берем из таблицы 5; ;

- начальное притупление;

А и k – экспериментальные коэффициенты, зависящие от абразивности горной породы и материала вооружения, которая для кристаллических горных пород имеет вид: . Эти значения мы находим по средним значениям показателей абразивности и при удельной мощности 1 и 5 Вт/мм2:

при Nуд = 1 Вт/мм2: , => ;

при Nуд = 5 Вт/мм2:

логарифмируя выражение, имеем ,

;

А=0,316;

k = 1,08;

Nί – интенсивность мощности трения, находим по формуле:

где: Nд – мощность для вращения долота,

кВт,

где: об/мин – частота вращения долота;

кН – предельная осевая нагрузка на долото;

мм – диаметр долота;

,

где: H – средняя твёрдость горных пород в категориях;

 

 

 

 

- доля мощности трения  скалывания (из методички);

- сумма зубьев долота (из таблицы 4.3 методички);

- коэффициент, учитывающий  увеличение рабочей площадки  зуба за счет скругления его вершины;

l – средняя длина рабочей поверхности зуба: ,

где: мм – сумма длин зубьев (из табл. 4.3);

- сумма венцов на шарошках (из табл. 4.3).

Вт/мм;

, - половина угла при  вершине зуба (табл. 4.6).

Рассчитаем время Т при относительном износе h0, равном 0,25; 0,50 и 0,75:

 

;

 

При h = 0 , ч;

 

 

При h = 0,25 ч;

 

 

 

При h = 0,5 ч;

 

 

При h = 0,75 ч;

 

 

 

 

 

Результаты расчета стойкости вооружения Т0,75 сопоставим с ожидаемой стойкостью То опор шарошек, для этого путем интерполяции уточним величину стойкости опоры в соответствии с заданной частотой вращения пд долота

по формуле:

 

 

где Т2 и Т1 - меньшее и большее значения стойкости опоры, равное соответственно 7 и 15 часам;

 

n2 и n1 – большее и меньшее значения частот вращения, соответственно 300 и 110 об/мин.

 

 

Т.к. Tо = 9,3 < T0,75 = 10,88, то предпочтительным является долото 1-го класса как более дешевое, и оно обеспечивает более высокую область разрушения горной породы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Расчет гидромониторной  системы промывки долота 

 

Находим расход бурового раствора

м3/с,

где: м/с – удельный расход бурового раствора (из методички);

м2 – площадь забоя скважины.

 

В случае гидромониторного долота необходимо обеспечить скорости истечения жидкости vu из насадок от 60 до 120 м/с. Условие vm > 60 м/с вытекает из необходимости обеспечения гидромониторного эффекта на забое скважины. В противном случае применение долота с гидромониторной системой промывки не имеет смысла. Гидромониторный узел долота показан на рисунке 6. Стрелкой показан вектор скорости vu, а размерными линиями расчетный диаметр d насадки.

Рисунок 6 – Гидромониторный узел долота с гвоздевым креплением насадки

1 – корпус долота; 2 –  насадка; 3 – резиновое уплотнительное  кольцо; 4 -

гвоздь, крепящий насадку в корпусе долота.

 

Пo величине выбранного расхода жидкости Q и скорости истечения рассчитываем площади каналов и подбираем (по таблице 6.1) насадки соответств. диаметров dн. Площадь канала насадки 3-хшарошечного долота:

 

 

;

при м/с мм2, => dн1 = 11,1 мм;

при м/с мм2, => dн2 = 7,9 мм.

Считаем перепад давления на гидромониторном долоте по выбранным диаметрам насадок по формуле:

,

где: Q = 0,01653 м3/с – выбранный расход бурового раствора;

ρб.р. = 955 кг/м3 – плотность бурового раствора;

μ = 0,9 – коэффициент расхода;

Sн – площадь канала выбранной насадки, м2.

МПа;

МПа.

 

 

7 Основные итоги работы

 

Окончательные результаты оформим в виде таблицы 6.

 

Таблица 6 - Расчетные параметры режима и ожидаемые показатели бурения интервала

Интервал, м	Плотность бурового раствора, кг/м3	Частота вращения долота, об/мин	Тип долота	Диаметр насадок, мм	Области разруше- ния породы	G по областям разрушения, кН	Стойкость, ч
							Т0,75	Т0
2350-2690	955	245	Т – 1-й класс	11,1 7,9	2 1	147,6…200 40…200	10,88	9,32
			ТЗ – 2-й класс	11,1 7,9	1	151,4…200	—	9,32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод: Выполнил все поставленные задачи; построив номограммы по твердости горной породы, выбрал долото 1-го класса типа Т и долото 2-го класса типа ТЗ. Определил области разрушения – долото 1-го класса обеспечивает более высокую область разрушения, и так как время изнашивания элементов вооружения больше времени стойкости опор ( Т0,75 >Т0 ), то износостойкость обеспечивает использование ресурса опор; и предпочтительным как более дешевое является именно долото 1-го класса – 190,5Т-ГНУ , а резервным долото второго класса 190,5ТЗ-ГНУ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. Разрушение горных пород. Авт. Попов А.Н., Трушкин Б.Н. Учебно-методическое пособие к выполнению курсовой работы. Уфа 2010.
2. Попов А.Н. Разрушение горных пород.-Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009.
3. Учебник для вузов «Технология бурения нефтяных и газовых скважин» -М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2004