3.Инструмент для ликвидации прихватов и труборезы
Для извлечения прихваченных колонковых и обсадных труб в первую очередь используются грузоподъемные устройства буровых установок: лебедки, талевые системы, гидроцилиндры. Если эти попытки оказались безрезультатными, то для ликвидации аварии применяется специальный инструмент.
Домкраты рекомендуются в тех случаях, когда сила прихвата меньше допустимых нагрузок на обсадную или бурильную колонну.
Раструб предназначен для обуривания прихваченных колонковых наборов без подъема обсадных труб и расширения ствола скважины.
Используется также устройство для определения места прихвата труб. Труборезы - аварийные инструменты, служащие для отрезания бурильных, колонковых и обсадных труб в скважине с целью их извлечения.
4.Отсоединительные переходники
В состав снаряда необходимо включать специальные трубные переходники, позволяющие отсоединять бурильную колонну от прихваченного колонкового набора за один прием, без дополнительных спусков и подъемов - это поможет избежать осложнений, связанных с обрывами бурильных труб, поломками метчиков.
Промывка скважин
За счет циркуляции промывочной жидкости, закачиваемой в скважину, осуществляется следующее:
- очистка забоя от частиц выбуренной породы;
- охлаждение породоразрушаюшего инструмента;
- обеспечение устойчивости стенок скважины, предупреждение их от обрушения и вспучивания;
- смазывание трущихся о стенки скважины частей бурового снаряда;
При колонковом разведочном бурении в основном применяются следующие схемы циркуляции промывочной жидкости;
прямая промывка - заключается в том, что промывочная жидкость насосом подается к забою скважины через буровой снаряд и выходит на поверхность по кольцевому зазору между снарядом и стенками скважины;
комбинированная схема промывочной жидкости применяется обычно для повышения выхода керна. Сущность ее в том, что с помощью специальных устройств, эжекторных или других прямая промывка в призабойной части скважины преобразуется в обратную.
В настоящее время для промывки скважин применяют: 1) техническую воду; 2) глинистые растворы; 3) специальные промывочные жидкости; 4) естественные промывочные жидкости на основе выбуренных пород.
На интервале 0 - 80 м залегают многолетнемерзлые породы – породы рыхлые, сцементированные льдом, поэтому данный интервал следует бурить с промывкой охлажденными растворами технической поваренной соли.
Интервал 80 -280 м представлен песчаником и алевролитом, которые являются достаточно крепкими и устойчивыми породами, поэтому целесообразно применение технической воды в качестве промывочного агента.
На интервале 280 - 285 м залегают каменные соли – породы растворяющиеся при промывке технической водой, поэтому данный интервал следует бурить с промывкой водой с добавлением в раствор технической поваренной соли.
Интервал 285 - 300 м представлен доломитом, который является достаточно крепкой и устойчивой породой, поэтому целесообразно применение технической воды в качестве промывочного агента.
Схема очистки промывочной жидкости
Выходящая из скважины промывочная жидкость с шламом имеет увеличенную плотность, более вязкая, плохо охлаждает породоразрушающий инструмент, может вызвать поломки насосной установки, поэтому необходимо направлять ее в очистную систему, где она освобождается от частиц шлама, а затем она же с помощью бурового насоса вновь нагнетается в скважину. Очистка проходит поэтапно: сначала грубая желобная - очищает жидкость от крупных частичек шлама, затем очистка от более мелкого шлама системой гидроциклон. Выходящая из скважины промывочная жидкость направляется в очистную систему, где освобождается от частиц внесенного с забоя шлама, затем буровым насосом вновь нагнетается в скважину.
Рис. 3 Схема очистной системы промывочной жидкости.
Очистная система состоит из желобков 2 с перегородками 3 и отстойников 4, по которым промывочная жидкость транспортируется от устья скважины до приемной емкости 1.
Технология бурения
Частота вращения, осевая нагрузка, количество и тип промывочной жидкости
На интервале 0-12 м в валунно-галечных отложениях II - V категории по буримости используется трехшарошечное долото III 132 С
Частоту вращения (об/мин) определим по формуле:
n = (60*V) / (p*D) = (60*1,1)/ (3.14*0,132) = 160 об/мин
где D - диаметр долота (0,132 м),
V - окружная скорость вращения долота. Для III 132 С = 1,1 м/с
Принимаем ближайшую меньшую частоту вращения, предусмотренную в установке УКБ-4П, n = 155 об/мин
Осевая нагрузка для долот рассчитывается по формуле:
С = Сосуд*Dдол = 2 *13,2 = 30,2 кН,
где Сосуд - удельная осевая нагрузка на долото = 2 кН/см
Dдол = 13,2 см
Расход промывочной жидкости определяется по формуле:
Q = Vвосх* p/4* (Dскв2 - Dб.т.2)
Dскв - диаметр скважины = 1.32 дм
Dб.т. - диаметр бурильных труб = 0.5 дм
Vвосх - скорость восходящего потока в наддолотной части = 600 дм/мин.
Q = 600*0.785*((1,32)2 – (0.5)2) = 703 л/мин
Буровой насос НБ3 -120 /40 не может обеспечить достаточную подачу промывочной жидкости в скважину, так как его максимальная скорость подачи промывочной жидкости 120 л/мин. Поэтому заменяем его на насос НБ4 - 320/63 с возможными скоростями подачи промывочной жидкости: 32, 55, 88, 125, 180, 320 л/мин. Таким образом, принимаем скорость подачи равной 320 л/мин, однако во избежании аварий снизим на начальном интервале скорость бурения.
На интервале 12-80 м в песках и суглинках II-III категории по буримости
используется резцовая твердосплавная коронка типа М1 112
Частоту вращения (об/мин) определим по формуле:
n = (60*V )/ (p*D) = (60*1.2) /(3.14*0.112) = 205 об/мин
где D - диаметр коронки (0,112 м),
V - окружная скорость вращения коронки. Для СМ3 112 = 1.2 м/с
Принимаем ближайшую меньшую частоту вращения, предусмотренную в установке УКБ-4П, n = 155 об/мин
Осевая нагрузка для твердосплавного бурения рассчитывается по формуле:
С = Сосуд* m = 600 * 8 = 4.8 кН
где Сосуд - удельная осевая нагрузка на один резец (600 Н)
m – число основных резцов (8)
Расход промывочной жидкости определяется по формуле:
Q = Куд * Dскв
Dскв - диаметр скважины (112 мм)
Куд - удельный расход промывочной жидкости на 1 мм коронки
Q = 1.2 * 112 = 134.4 л/мин
Принимаем 180 л/мин
На интервале 80 -280 м в кварцитовых песках VI и VII категорий по буримости используется самозатачивающаяся твердосплавная коронка типа СА1 93.
Частоту вращения (об/мин) определим по формуле:
n = (60*V )/ (p*D) = (60*1.25) /(3.14*0.093) = 256.8 об/мин
где D - диаметр коронки (0,093 м),
V - окружная скорость вращения коронки. Для СА1 93 = 1.25 м/с
Принимаем ближайшую меньшую частоту вращения, предусмотренную в установке УКБ-4П, n = 155 об/мин
Осевая нагрузка для твердосплавного бурения рассчитывается по формуле:
С = Сосуд* m = 600 * 16 = 9.6 кН
где Сосуд - удельная осевая нагрузка на один резец (600 Н)
m – число основных резцов (16)
Расход промывочной жидкости определяется по формуле:
Q = Куд * Dскв
Dскв - диаметр скважины (93 мм)
Куд - удельный расход промывочной жидкости на 1 мм коронки
Q = 0,8 * 93 = 89,6 л/мин
Принимаем 125 л/мин
На интервале 280 -285 м в каменных солях III категорий по буримости используется ребристая твердосплавная коронка типа М5 93.
Частоту вращения (об/мин) определим по формуле:
n = (60*V )/ (p*D) = (60*1.25) /(3.14*0.093) = 256.8 об/мин
где D - диаметр коронки (0,093 м),
V - окружная скорость вращения коронки. Для М5 93 = 1.25 м/с
Принимаем ближайшую меньшую частоту вращения, предусмотренную в установке УКБ-4П, n = 155 об/мин
Осевая нагрузка для твердосплавного бурения рассчитывается по формуле:
С = Сосуд* m = 600 * 16 = 8 кН
где Сосуд - удельная осевая нагрузка на один резец (500 Н)
m – число основных резцов (16)
Расход промывочной жидкости определяется по формуле:
Q = Куд * Dскв
Dскв - диаметр скважины (93 мм)
Куд - удельный расход промывочной жидкости на 1 мм коронки
Q = 1,4 * 93 = 130,2 л/мин
Принимаем 180 л/мин
На интервале 285 -300 м в доломитах VII категории по буримости используется самозатачивающаяся твердосплавная коронка типа СМ 5 93.
Частоту вращения (об/мин) определим по формуле:
n = (60*V )/ (p*D) = (60*1.25) /(3.14*0.093) = 256.8 об/мин
где D - диаметр коронки (0,093 м),
V - окружная скорость вращения коронки. Для СМ5 93 = 1.25 м/с
Принимаем ближайшую меньшую частоту вращения, предусмотренную в установке УКБ-4П, n = 155 об/мин
Осевая нагрузка для твердосплавного бурения рассчитывается по формуле:
С = Сосуд* m = 600 * 16 = 10.8 кН
где Сосуд - удельная осевая нагрузка на один резец (600 Н)
m – число основных резцов (18)
Расход промывочной жидкости определяется по формуле:
Q = Куд * Dскв
Dскв - диаметр скважины (93 мм)
Куд - удельный расход промывочной жидкости на 1 мм коронки
Q = 0,8 * 112 = 89,6 л/мин
Принимаем 125 л/мин
Расчет утяжеленных бурильных труб (УБТ) при бескерновом бурении
Для создания осевой нагрузки и увеличения жесткости нижней части бурового снаряда, снижения искривления скважины применяют утяжеленные бурильные трубы, которые устанавливаются между колонной бурильных труб и долотом.
На интервалах бескернового бурения используем следующий тип утяжеленных бурильных труб – УБТ- РПУ-89
Для расчета количества УБТ воспользуемся формулами:
GУБТ = 1.25 * P oc = 1,25 * 30,2 = 37,75 кН
LУБТ = GУБТ / q1мУБТ = 37,75 / 35,6 = 1,06 м
n УБТ = LУБТ / l1тр = 1,06/ 4,625= 0,22 = 1труба
где
n – количество труб
Pос – осевая нагрузка на интервале бескернового бурения
q1мУБТ – вес 1 м трубы = 35,6 кг
l1тр – длина одной трубы (для УБТ-Р-89 l1тр =4625 мм)
Подставив все значения для интервала 0 – 181 метров, получаем n =1 , такое количество труб по расчету должно сообщить достаточную нагрузку для бескернового бурения.
Проверочный расчет буровой мачты
Проверку правильности выбора буровой вышки или мачты производят путем сравнения их грузоподъемности с фактической нагрузкой , действующей на кронблочную раму вышки. Действующую нагрузку на буровую вышку определяютдля наиболее тяжелых условий ( подъем наиболее тяжелой колонны бурильных и обсадных труб ).
Нагрузка на крюке Qкр рассчитывается по следующей формуле:
Qкр = К доп* a * q б т * L б т* ( 1 - r ж /r м ) * cosq ср* ( 1 + f * tgq ср);
К доп - коэффициент дополнительных сопротивлений (1.55)
a - коэффициент, учитывающий тип соединения (для муфтово-замкового - 1.08)
q б т - вес 1-ого метра бурильных труб. При массе 1-ого метра СБТМ-50 = 7 кг
q бт = 7 * g = 70 Н/м
L бт - длина бурильных труб = 300 м
r ж - плотность жидкости (плотность воды) = 1 г/см3
r м - плотность стали = 7.85 г/см3
q ср - средний зенитный угол скважины = 1.125 , так как
q ср = (q нач + q кон)/2 = (0 + Lскв* J )/2 = 300 * 0.009/2 = 1.35 , где
J – интенсивность естественного искривления, м
f - коэффициент силы трения = 0.325
Qкр=1.55 * 1.08 * 70 * 300 * (1 - 1/7.85) * cos1.35 * (1+ 0.325* tg1.35) = 30916 Н
Расчет числа струн талевой системы
Спускоподъемные операции в скважине производятся лебедкой буровой установки. Для преобразования вращательного движения барабана лебедки в поступательное подъемного крюка в верхней части мачты устанавливается кронблок, через ролик которого перебрасывается канат, идущий с барабана лебедки к подъемному крюку. Ветвь подъемного каната, соединяющая барабан лебедки с роликом кронблока, называется ходовой, а сбегающая с кронблока и соединяющая с крюком или талевым блоком - рабочей ветвью. Мачта оснащается талевой системой, если груз на крюке превышает грузоподъемность лебедки.
Для данной конструкции скважины нагрузка на крюке превышает грузоподъемность лебедки установки УКБ-4П, составляющую лишь 25 кН, таким образом необходимо применять талевую систему. Число подвижных струн m талевой системы рассчитывается по формуле:
m = Qкр /(Pл* h),
где: Pл - грузоподъемность лебедки = 25 кН
h - КПД ролика талевой системы = 0.93
Получаем:
m = 25721.2/(25000*0.93) = 1.11 талевый блок должен состоять из 2-х подвижных струн
При применении 2 подвижных струн мертвый конец каната закрепляется не на талевом блоке, а на другой опоре, что позволяет придать мачте большую устойчивость. При данной конструкции нагрузка на кронблок рассчитывается по формуле:
Q0 = Qкр*(1 + 2/( m*h)) = 25721.2*(1 + 2/(2*0.93)) = 53.4 кН
Грузоподъемность мачты, составляющая 400 кН, превышает нагрузку на кронблок, т.е. мачта будет работать при тех условиях, которые указаны выше.