областей разрушения породы вооружением долот

Расчет для долота 1-го класса выполнить при новом (износ зубьев по высоте h = 0) и изношенном вооружении (h = 0,25 h _з; h = 0,50 h _з и h = 0,75 h _з, где h _з – начальная высота зубьев (см. табл. 4.3). При этом в формуле (4.9) будет изменяться только притупление b: от начального b₀ до рассчитанного по формуле

b= b₀ + 2h×tgg, (4.12)

где g - половина угла при вершине зуба. Величины углов приведены в табл. 4.7. По мере выполнения расчетов G заполнить итоговую табл. 4.8.

Таблица 4.7 - Величины углов при вершине зубьев

Таблица 4.7 - Исходные данные и результаты расчетов осевой нагрузки на долото типа….

Результаты расчетов представить графически в виде зависимостей G _н.k от h ₀, как показано на рис. 4.3. Рис. 4.3 выполнен применительно к долоту диаметром 190,5 мм с опорой типа АУ. На полученном рисунке выделить возможные области разрушения горной породы выбранным долотом первого класса так же, как это показано на рис. 4.3 (области разрушения обозначены римскими цифрами и заштрихованы).

Из рисунка 4.4 следует, что рассматриваемое долото обеспечивает разрушение горной породы в четырех областях. Новое долото начинает работать в 4-й области. По мере роста притупления зубьев в результате их изнашивания возможности долота уменьшаются и наблюдается переход в 3-ю область разрушения и т.д. Этому процессу соответствует снижение механической скорости бурения. Величина осевой нагрузки на долото может быть ограничена по технологическим соображениям (Gm), которая меньше Gn. Тогда расчет областей разрушения проводится относительно Gm.

Графически определить величины высот изнашиваемых зубьев к концу областей разрушения, обеспечиваемых выбранным долотом 1-го класса. На рисунке 4.4 показаны величины h к концу 4-й (h4), 3-й (h3) и 2-й (h2) областей разрушения горной породы. Эти величины потребуются для расчета сответсвующего им времени изнашивания.

Вооружение долот 2-го класса практически не изменяет геометрических характеристик в процессе работы. Исключение составляет разрушение зубков. Поэтому сначала следует оценить возможную область разрушения горной породы. Для этого рассчитать значения безразмерной нагрузки по формулам:

для зубков с цилиндрической рабочей поверхностью

G¢_ц.max = (k_д×G_п×`С) / (n × å d<sub>i</sub> × p ×R<sub>ц</sub>×`р_0з ²); (4.13)

для зубков со сферической рабочей поверхностью

G¢_с.max =(6 ×k_д×G_п×d×`С <sup>2</sup>) / (n × å d<sub>i</sub> × p<sup>3</sup> ×R<sub>c</sub> <sup>2</sup> ×`р_0з ³). (4.14)

Геометрические характеристики зубков приведены в табл. 4.4. Результаты расчетов сопоставить с безразмерными нагрузками скачков для соответствующих зубков (см. табл. 4.6) и определить область разрушения горной породы.

Для долота типа ТЗ сделать расчеты как по формуле (4.13), так и по формуле (4.14),т.к. периферийные венцы оснащены зубками со сферической рабочей поверхностью, а венцы центральных венцов – зубками с цилиндрической рабочей поверхностью. При разных областях разрушения принять меньшую область разрушения горной породы.

Далее, как и в случае с вооружением 1-го класса, вычислить верхнюю и нижнюю нагрузки для принятой области разрушения. Отличием является то, что осевая нагрузка зависит как от предела текучести горной породы, так и от ее упругости. (С). Поэтому верхнее и нижнее значения этих показателей необходимо взять с индексом 2 из таблицы 3.2. Например, расчетная формула для клиновых зубков следующая:

G_н.k = (G¢_k.ц× n × å d_i × p ×R_ц×р²_0з.в)/(k_д×С_н). (4.15)

В случае G _н.k > G _п перейти в (k – 1)-ю область разрушения горной породы и пересчитать нагрузки. В случае G _в.k > G _п принять G _в.k = G _п. Если имеет место четвертая область разрушения породы, то верхняя нагрузка области не рассчитывается, а принимается равной предельной G _п.

5 РАСЧЕТ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ВООРУЖЕНИЯ ДОЛОТА ПЕРВОГО КЛАССА

И УТОЧНЕНИЕ ОБЛАСТЕЙ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНОЙ ПОРОДЫ

На долговечность рассчитывается один зуб долота, имеющий средневзвешенные геометрические размеры. Расчетная схема приведена на рисунке 5.1.

Дифференциальное уравнение, связывающее время и скорость изнашивания, имеет вид

dt=dh/a, (5.1)

где t – время; a – время изнашивания вооружения на высоте. Зависимость мощности изнашивания от удельной мощности трения (a от N уд) для кристаллических пород – степенная:

a=AN , (5.2)

а для обломочных (песчано-глинистых) пород – линейная:

a=ANуд+B, (5.3)

где A,B и k – экспериментальныекоэффициенты, зависящие от абразивности горной породы и материала вооружения долота.

Для определения времени Т изнашивания элемента вооружения на величину h приняты начальные условия t =0, h =0. Долговечность Тв вооружения долота 1-го класса соответствует времени изнашивания зуба на величину hn = 0,75 h3. Решением дифференциального уравнения (5.1) получены следующие расчетные формулы:

для осадочных кристаллических горных пород

(5.4)

для обломочных (песчано-глинистых) горных пород

(5.5)

где Ni - интенсивность мощности трения, рассчитать по формуле

Ni=N·Aс/(k0·l·Σz) (5.6)

где N – мощность, реализуемая долотом; Aс – доля мощности трения; Σz – сумма зубьев долота (см. таблицу 4.3); k0 – коэффициент, учитывающий увеличение рабочей площадки зуба за счет скругления его вершины, принять k0 = 1,4; l – средняя длина рабочей поверхности зуба, принять равной

l = å l_i /m_в,

где m _в– число венцов на шарошках (см. табл. 4.3).

Коэффициенты А и k уравнения (5.2) или A и B уравнения (5.3) определить по средним значениям показателей абразивности и при удельных мощностях трения соответственно 1 и 5 Вт/мм² (решением соответствующих систем из двух уравнений).

Мощность для вращения долота N рассчитать по формуле

N = 5,14·c· ·nд·D ·G , Вт (5.7)

где с – коэффициент, зависящий от твердости горных пород; nд – частота вращения долота, об/мин; D – диаметр долота, мм; G -осевая нагрузка на долото, кН.

Величину с рассчитать по формуле

с =7,733 – 0,487 +48,08 k0 – 0,0024 nд (5.8)

где - средняя твердость горных пород в категориях (рассчитана при заполнении таблицы 3.2); k0 – относительное смещение осей шарошек долота в плане (см. таблицу 4.3). Величины nд и D даны в задании. Величину G принять равной предельной нагрузке на долота, т.е. G = G .

Коэффициент Aс зависит от скалывающей способности вооружения долота:

Подгруппа первая вторая третья

Aс 0,30 0,40 0,45

Результаты расчета по формулам (5.4) или (5.5) представить в виде графика, на который дополнительно нанести ожидаемую стойкость Т0 опор шарошек, как показано на рисунке 5.2.

Исходные данные для определения Т_о содержатся в таблице 4.2.

Путем интерполяции уточнить величину стойкости опоры в соответствии с заданной частотой вращения nд долота по формуле

Т_о = Т_о2 + (n_о2 – n)(T_о1 – T_о2)/ (n₂ – n₁), (5.9)

где Т_{о 2} и Т_{о 1} – меньшее и большее значения стойкости опоры; n ₂ и n ₁ – большее и меньшее значения частот вращения, взятые из табл. 4.2.

Возможны два случая:

1) Тв≥Т _о (рисунок 5.2, а)

2) Тв<Т _о (рисунок 5.2, б)

Первый случай свидетельствует о том, что вооружение 1 и 2-го классов конкурентоспособны. Долото 1-го класса стоит дешевле. Его следует выбрать, если оно обеспечивает равную или более высокую область разрушения горной породы. Поскольку долото 1-гокласса работает в нескольких областях разру­шения, то для сравнения с долотом 2-го класса рассчитывается средневзвешен­ная область разрушения с учетом того, что стойкость долота равна стойкости опоры. При этом вооружение изношено не на величину h_n, а только на величи­ну h_ф.

Рассмотрим расчет на примере рисунка 4.3. Долото работало в 4-й облас­ти Т₄ часов, в 3-й области (Т₃ - Т₄)часов, во 2-й области (Т₂ - Т₃) часов и в 1-й

области Т₀ - Т₂часов. При этом учтено, что стойкость опоры в соответствии с расчетами находится в интервале Т₂ < Т₀ < Т .Тогда

₌ (5.10)

где - номер средневзвешенной области разрушения горной породы. Полу­ченную величину округлить до ближайшего целого числа и сопоставить с обла­стью разрушения, обеспечиваемой долотом 2-го класса, и сделать вывод о це­лесообразности применения долота 1-го класса.

Второй случай свидетельствует о том, что при бурении долотом 1-го класса не будет использован ресурс опор долота, а поэтому предпочтительным является долото второго класса. Но если долото 2-го класса не обеспечивает объемное разрушение горной породы, то его применять не следует, и предпоч­тение отдать долоту 1-го класса.

Принятие решения о классе долота целесообразно провести по следую­щей схеме, отвечая на поставленные вопросы:

1. Обеспечивается ли объемное разрушение?

Долотом 1-го класса: да или нет. Долотом 2-го класса: да или нет.

Если одно из долот не обеспечивает объемное разрушение, то проверка прекращается и предпочтение отдается долоту, обеспечивающему объемное разрушение горной породы.

2. Долото какого класса обеспечивает более высокую область разруше­ния?

Если долото 2-го класса обеспечивает более высокую область разруше­ния, то оно будет предпочтительным и проверка прекращается. Если долото 1-го класса обеспечивает одинаковую или более высокую область разрушения при сравнении с долотом 2-го, то проверка продолжается.

3. Обеспечивает ли долото 1-го класса использование ресурса опоры? Если ответ да, то это долото является предпочтительным. Если нет, то

предпочтительным будет долото 2-го класса.

Так как проект учебный, то следует выполнить все расчеты и только по­сле их завершения обосновать принятое решение о типе и классе вооружения долота по предлагаемой схеме.

6 РАСЧЕТ ГИДРОМОНИТОРНОЙ СИСТЕМЫ ПРОМЫВКИ ДОЛОТА

Промывка или продувка скважины должны обеспечивать полное и своевременное удаление шлама с забоя и из скважины, а также обеспечивать работу гидравлических забойных двигателей. Поэтому расход Q бурового раствора предварительно подбирается из этих трех названных условий и принимается наибольший.

В курсовой работе ограничиться выбором Q из условия очистки забоя:

Q = q_удS_з, (6.1)

где q_уд - удельный расход бурового раствора, м³/с×м² или м/с; S_з - площадь забоя скважины:

S_з = 0,785 D ², (6.2)

где D - диаметр долота, м. Величина q_уд находится в пределах 0,57…0,65 м/с (для кристаллических пород принять q_уд = 0,57, а для песчано-глинистых обломочных - q_уд = 0,65 м/с).

В случае гидромониторного долота необходимо обеспечить скорости ис­течения жидкости v„ из насадок от 60 до 120 м/с. Гидромониторный узел долота

показан на рисунке 6.1. Стрелкой показан вектор скорости vu, а размерными линиями - расчетный диаметр d насадки.

Условие v_u >60 м/с вытекает из не­обходимости обеспечения гидромонитор­ного эффекта на забое скважины. В против­ном случае применение долота с гидромо­ниторной системой промывки не имеет смысла.

По величине выбранного расхода жидкости Q и скорости истечения рассчи­тать диаметры d насадок и перепад давле­ния на гидромониторном долоте.

Площадь канала S насадки трехшарошечного долота

S= (6.3)

Рассчитать площадь Si по величине си v_u = 60 м/с и S2 по величине vu =120 м/с. По рассчитанным величинам S из таблицы 6.1 выбрать стандартные насадки ближайших больших диаметров.

Таблица 6.1 - Характеристики стандартных насадок

По выбранным диметрам насадок рассчитать соответствующие им перепады давления на долоте по формуле

р_д = , МПа, (6.4)

где Q - выбранный расход бурового раствора, м³/с; r₁ - плотность бурового раствора для заданного интервала бурения, кг/м³; m - коэффициент расхода (принять m = 0,9); S _н - площадь канала выбранной стандартной насадки, м².

7. ОСНОВНЫЕ ИТОГИ РАБОТЫ

Выписать рассчитанные параметры, характеризующие режим бурения:

1) плотность выбранного бурового раствора;

2) основное и резервное шарошечные долота;

3) частоту вращения долот (по заданию);

4) диапазоны осевых нагрузок по областям разрушения на выбранные долота;

5) требуемые диаметры гидромониторных насадок (от - до).

В качестве ожидаемых показателей работы долот выписать области раз­рушения горной породы, а также долговечность вооружения и опор долот. При определении диапазона осевых нагрузок по областям разрушения долотом 1-го класса в качестве нижних значений нагрузки принять минимальные для соот­ветствующих (заштрихованных на рисунке 4.3) областей, а в качестве верхних значений - предельную нагрузку на долото.

Окончательные результаты расчетов в курсовой работе оформить в виде таблицы 7,1.

Таблица 7.1- Расчетные параметры режима и ожидаемые показатели бурения интервала

Подводя итоги работы, сделать вывод об основном и резервном шарошечном долоте и преимущественной области разрушения горной породы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ашмарин И.П., Васильев Н.Н., Абросов В.А. Быстрые методы статистической обработки и планирования экспериментов. – Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1975. – 78 с.

2. Спивак А.И., Попов А.Н. Разрушение горных пород при бурении скважин: Учебник для вузов. – М.: Недра, 1994. – 261 с.

3. Технология бурения нефтяных и газовых скважин: Учебник для вузов /Под общ. ред. А.И. Спивака. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2004. – 509 с.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общая характеристика работы………………………………………………….. 1

2. Проверка крайних значений вариационных рядов на малую

вероятность и однородности заданного интервала бурения ……………………2

2.1. Подготовка данных к проверке интервала бурения на однородность ….. 2

2.2. Проверка вариационных рядов на наличие в них маловероятных значений ………………………………………………………………..2

2.3. Оценка однородности интервала бурения ………………………………. 4

3. Определение статистических характеристик показателей

механических свойств горной породы …………………………………………… 5

4. Выбор долот, определение областей разрушения горной породы и осевых нагрузок на долота ……………………………………………. …. 6

4.1. Требования к выбранным долотам ……………………………………….. 6

4.2. Предварительный выбор типа вооружения долот ………………………. 6

4.3. Выбор типа опоры шарошек ……………………………………………… 8

4.4. Выбор типа системы промывки …………………………………………… 9

4.5. Расчетные характеристики долот и горной породы …………………….. 9

4.6. Расчет областей разрушения горной породы и осевых нагрузок

на долота…… ……………………………………………………………… 11

5. Расчет долговечности вооружения долота первого класса

и уточнение областей разрушения горной породы …………………………… 14

6. Расчет гидромониторной системы промывки долота ………………………… 16

7. Основные итоги работы ………………………………………………………… 18

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………. …18

Редактор Л.А. Маркешина

Подписано в печать 28.02.12. Бумага офсетная. Формат 60х84 1/16.

Гаринтура "Таймс". Печать трафаретная. Усл.-печ. л. 1,3. Уч.-изд. л. 1,2.

Тираж 200 экз. Заказ 59.

Издательство Уфимского государственного нефтяного технического университета

Типография Уфимского государственного нефтяного технического университета

Адрес издательства и типографии 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов,1

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: