2.10. Проектирование режима бурения.

2.10.1. Расчет осевой нагрузки на долото

Определение осевой нагрузки на долото производится из условия объемного разрушения пород : Gg = Рш * Fk,

где: Рш - средневзвешенная твердость пород по штампу, МПа; Fk - площадь контакта вооружения долота с забоем, м². Fk = 0,4 Li * bz,

где: L - сумма длин зубцов долота при контакте его с забоем, м. bz - притупление зуба долота, м.

Расчет осевой нагрузки на долото ведется по интервалам условно одинаковой буримости. Интервал 0-800 м.

Gg= 283*10⁶*0,4*0,161*10 ³*6*10 = 109,4 кН

Исходные данные для расчетов и их результаты представлены в таблице 2.10.1.

Таблице 2.10.1.

Осевая нагрузка на долото по интервалам бурения

Интервал, м	Рш Мпа*^10-3	И, м	bz, м	Gg,кH
0-800	283	0,161	6	109,4
800-1300	433	0,107	5	92,7
1300-1980	619	0,1004	4	103,0
1980-2730	570	0,131	4	119,5

2.10.2. Обоснование расхода бурового раствора.

Определяем технологически необходимый расход по формуле:

Q_т.н = Pmax-Pn /3 [gi (ai+bili+gj (bjlj)]

где - gi gj плотность промывочной жидкости внутри бурильного инструмента в заколонном пространстве, кг/м³;

- a_i коэффициент гидросопротивлений не зависящий от глубины (L) скважины, от длины секции бурильной колонны, м-4;

-li,lj длины секций бурильной колонны с разными диаметрами и толщинами стенок труб, м;

-bi,bj коэффициенты гидросопротивлений, зависящие от глубины скважины (L), м-5.

Р_п =Р_гд +Р_оч +Р_г

где Р_гд - перепад давления в долоте, МПа (кН/м²);

Р_оч - давление на очистку забоя, МПа;

Р_г - гидроимпульсное давление, МПа;

Р_п - потери давления, МПа .

Р_гд = (G-G_Bp+G_n)/F_P - (Р_тп + Р_к),

где G - осевая нагрузка на долото, кН;

G_Bp - вес вращающихся деталей забойного двигателя, кН;

G_n - осевая нагрузка на подпятник осевой опоры турбобура, кН;

F_P - площадь вращающихся деталей турбобура, м²;

Р_тп - суммарный перепад давления в турбобуре, кН/м².

Р r=g_ж *- Сж * hз² * W з²/2 Vп

где g_ж - плотность промывочной жидкости, кг/м³;

Сж - скорость звука в промывочной жидкости внутри бурильной колонны, м/с, Сж=130 м/с;

W₃ - угловая частота продольных вибраций долота, 1/с;

Vп - скорость потока промывочной жидкости в бурильной колонне;

H_з - амплитуда продольных вибраций долота, м.

h₃ = r(l - Cos(z/2п)) Sin В,

где г - радиус шарошки по периферийному венцу П, м;

z - количество зубцов долота на венце П;

В - угол между осью долота и осью шарошки, град.

Ws = 2nf₃,

где f3 - частота продольных вибраций долота, Гц;

f₃ = 1/Т,

где Т - период зубцовых вибраций, 1/с.

Т = В (tz + 6)/wR,

где В=1,1 - коэффициент, учитывающий при отрыве долота от забоя, зависимый от частоты вращения долота;

tz - шаг зубьев по периферийному венцу шарошки долота; w - частота вращения долота, 1/с ; R - радиус долота, м;

б - ширина площадки притупления зуба, м.

Vn= 4Q/n(Dc-d_H)²,

где Q - расход промывочной жидкости, м³/с;

Dc - диаметр скважины, м;

d_H - диаметр бурильной колонны, м;

Р_оч = N_оч/Q _min,

Где N_оч - мощность, затраченная на очистку, Вт.

Noh = 0,785 Dc²g*(pn - pm) * Vm * Н,

где р_п - плотность горной породы, кг/м³;

Vм - механическая скорость бурения, м/с; Н - длина интервала, м.

G_вр = 30 / Gзд,

где Gзд - вес забойного двигателя, кН.

F_P = П d_T²/4,

где dr - диаметр турбинок турбобура, м.

Для нахождения а; найдем коэффициенты, учитывающие сопротивление в манифольде (а_мо), для бурового шлама (а_ш), в вертлюге (а_в), ведущей трубе (а_вт) и долоте (а_д), но из-за малого значения последнего им можно пренебречь.

а; = 0,04 + 0,052 + 0,044 + 0,4*10"⁴ = 0,176 м

Определяем коэффициент bi,bj

Для ТБПВ bi =2,78 * 10"⁴ М , bj =0,6 * 10"⁴ М

Для ЛБТ bi = 3,6 * 10"⁴ М , bj =0,4 * 10"⁴М

Для турбобуров bj = 5 * 10"⁵ М

Ввиду малых значений коэффициентов сопротивлений для УБТ, ими можно пренебречь.

Расчет для интервала 0-800 м.

R= 0,1476м, r = 0,071м

Q= 55 л/с = 0,055 м³/с

f3 = 42*0,1476 / 1,1 * (0,019 + 0,003)= 256,2Гц

W = 2 * 3,14 * 256,2* 10"¹ = 1608,7 с в = 57° 30'

Нз = 0,071 (1 - Cos6) Sin 57 30' - 4,53 * 10"⁴ м

Vn = 4 * 0,055 /3,14(0,324-0,127)² = 1,81м/с Gbp = 0,30 * 20,2 = 6,06 кН Gn=+(20-30) кН

Fp= 3,14*0,15²/4= 0,018 m²

Рг = 1160 * 1300 * (4,53 * 10"⁴)² * 1608,772*1,81 =22122,7 Па или, = 0,2 МПа

Для предварительно выбранного

Ртп = 4,5 МПа

Ргд = 1/0,018 (109,4 - 6,06 + 20) * 10³ - (4,5 + 0,2) * 10⁶ = 2,2 МПа

Nоч = 0,785*0,324²*9,81* (2600 - 1160) * 0,018 * 800 = 16763 Вт

Роч = 16763/0.057= 294089 Па = 0,29 МПа

Рп = 2,2 + 0,29 + 0,2 = 2,69 МПа

Qth = (9,46 - 2,69) * 10⁶ /3*[1160(0,176 + 2,76 * 10 ^-4 *823) + 1270 * 0,6 * 10⁴ *

*883] = 0,061 м³/с

Исходные данные и результаты вычислений сведем в табл.2.10.2

Таблица 2.10.2