Буровые станки и бурение скважин

метки: Буровая, Курсовой, Работа, Скважина, Бурение, Механизм, Раствор, Труба

Цель курсовой работы: Закрепить теоретические знания по дисциплине »Буровые станки и бурение скважин», приобрести опыт проектирования буровых работ при гидрогеологических исследованиях. Отобрать керн для определения основных особенностей и физико-механических свойств горных пород (грунтов), слагающих исследуемую территорию.

Сооружение скважины осуществляется с помощью специального бурового оборудования и складывается из нескольких процессов:

1) разрушения горной породы на забое, в результате которого происходит продвижение забоя — углубление скважины;

2) очистки забоя скважины от разрушенной породы;

3) отбора керна;

4) крепления стенок скважины;

5) производства спускоподъемных операций, замены износившегося породоразрушающего инструмента при проведении исследований в скважинах, креплении стенок скважины.

1. Геологические и горнотехнические условия проектируемых работ

Литологический разрез объекта работ сложен следующими горными породами:

• верхний горизонт представлен глинами с включением галечника мощностью 20 м;
• толща галечника мощностью 5 м;
• толща плотных глин мощностью 15 м;
• толща среднезернистого влажного песка мощностью 10м;
• толща плотных глин мощностью 30 м;
• толща среднезернистого обводненного песка мощностью 10м;
• глины плотные мощностью 10м. Конечный диаметр скважины должен составить 168 мм.

При бурении вскрывается и в дальнейшем эксплуатируется один водоносный горизонт — обводненные пески с/з, коэффициент фильтрации которых 30 м/сутки. Дебит скважины 40 м ³ /час. Динамический уровень 35м. Статический уровень 20м. Работы ведутся с отбора керна.

Под способом бурения понимается совокупность следующих процессов и параметров: собственно процесс бурения, тип породоразрушающего инструмента, особенности привода, способ удаления продуктов разрушения, характер получаемых образцов, их транспортировка на поверхность и некоторые другие. По целевому назначению буровые скважины классифицируются на три основные категории: геологоразведочные, эксплуатационные и технические. При проектировании буровых работ мы рассматриваем геологоразведочные скважины. Геологоразведочные скважины проводятся для изучения месторождений полезных ископаемых или с целью изучения геологического строения определенного района. Из всех разновидностей этой категории рассматриваем эксплуатационные.

Геофизические методы исследования горизонтальных скважин Федоровского ...

... эксплуатационных и нагнетательных скважин, добыто свыше 430 млн. тонн нефти и более 50 млрд. м3 газа. Из 10 скважин получено по 1 млн. и более тонн сырья. И все ... проводились поисковыми партиями Тюменской комплексной геологоразведочной экспедиции Главтюменьгеологии. В результате проведенных работ открыты месторождения керамзитовых и кирпичных глин, строительных песков, песчано-гравийной смеси. ...

В зависимости от цели работ и конкретных условий при бурении, выбирают способ бурения скважины:

1) вращательный — с транспортировкой выбуренной породы прямой или обратной циркуляции промывочной жидкости.

2) ударно — канатный — с использованием для удаления с забоя выбуренной породы желонки и пластовой или доливаемой в скважину воды.

3) гидродинамический — с применением для бурения и удаления с забоя породы энергии струи воды.

4) механический — с транспортировкой из забоя выбуренной породы без применения промывочных реагентов.

Буровые скважины на воду, в зависимости от назначения и условий, сооружаются разными способами. Наибольшее распространение получило вращательное бурение скважин.

В курсовой работе рассматривается участок с необходимым уточнением геологического разреза. Скважиной вскрывается водоносный горизонт, расположенный в мелкозернистых обводненных песках. Выбирается вращательный способ бурения с прямой промывкой водой.

Основные виды вращательного способа бурения — шнековое, колонковое, роторное и турбинное.

Колонковое бурение, вращательное бурение, при котором разрушение породы осуществляется не по всей площади забоя, а по кольцу с сохранением внутренней части породы в виде керна. При К. б. частицы разрушенной породы удаляются из забоя и выносятся на поверхность промывочной жидкостью, нагнетаемой буровым насосом в колонну бурильных труб. Выбуренный керн входит в колонковую трубу и по мере углубления скважины заполняет её. Периодически керн заклинивают, отрывают от забоя и поднимают на поверхность. К. б. осуществляется буровыми установками, с помощью которых производятся спуск и подъём инструмента, вращение и подача бурового снаряда и др. операции.

Скважины на воду могут быть фильтровыми и бесфильтровыми. Фильтровые скважины применяются в рыхлых и скальных породах. Фильтр в скважине устанавливается таким образом, чтобы его рабочая часть была удалена в кровле и подошве водоносного горизонта на 0,5 — 1 м. При мощности последнего до 10 м, длину его рабочей части выбирают равной мощности водоносного горизонта. Так же дополнительно скважину увеличивают на глубину в 2-5 м для отстойника. Это делается для того, чтобы исключить заклинивание и засорение обсадной трубы. И чтобы обеспечить свободное место для варьирования трубами при посадке последней. Так как водоносный горизонт представлен среднезернистыми песками, то будет спроектирован каркасный фильтр с проволочной обмоткой.

Перекачиваемая среда и производитель:	Насосы для перекачивания спирта
до 2001г:	1СЦЛ-20-24Г
Q Подача (м3/ч):	45
H Напор (м или кГс/см2):	45
N Частота вращен. (об/мин):	1700
N Мощность э/д (кВт):	24
Масса(кг):	35
Габариты LxBxH (мм):	485x270x478

Трубы	муфта
Условный диаметр,мм	Наружный диаметр,мм	Внутренний диаметр,мм	Толщина стенки,мм	Длина,мм	Масса 1м,кг	Наружный диаметр,мм	Длина,мм	Масса 1м,кг
102	101,6	88,6	6,5	6000	15,2	120,6	150	4,5

Диаметр патрубков,мм	Диаметр стержней, мм	Число стрежней по образующей
Наружный	Внутренний
168	150	14	12

трубы	муфта
Условный диаметр,мм	Наружный диаметр,мм	Внутренний диаметр,мм	Толщина стенки,мм	Длина,мм	Масса 1м,кг	Наружный диаметр,мм	Длина,мм	Масса 1м,кг
168	168,3	155,3	6,5	6000	25,9	187,3	184	9,1
140	219,1	205,1	7	6000	36,6	244,5	196	16,2
168	273,1	259,1	8	6000	45,9	299	203	21

1	II 304,8 М-ЦВ
2	III 254,0
3	III 190,5 МЦ

Артикул	УБВ-218
Отбор мощности, кВт	180
Максимальный крутящий момент, Нм (кгм)	15000 (1500)
Усилие подачи, кгс
— вверх	12000
— вниз	6000
Скорость подачи вращателя, м/с
— вверх	0,4
— вниз	0,8
Ход подачи вращателя, мм	7000
Частота вращения шпинделя вращателя, об/мин	10 — 230
Манипулятор подачи бурильных труб
— грузоподъемность механизма не более, кг	200
Буровой стол
— максимальный диаметр зажимаемых труб, мм	325
Лебедка ЛГ-55
— грузоподъемность на прямом канате, кг	5500
— грузоподъемность на талевом блоке, кг	20000
Вспомогательная лебедка
— грузоподъемность, кг	1000
Буровой насос НБ-80
— мощность насоса, кВт	80
— предельное давление насоса Мпа не менее	10
— объемная подача на выходе из насоса, л/с	14,9
Генератор сварочный ГСВ-500
— сила тока, А	500
— напряжение, В	40
Установка компрессорная винтовая КВ-10/10
— производительность, м3/мин	10
— давление номинальное изб. МПа	1,0
Диаметр бурения, макс., мм	400
Условная глубина бурения, м
— бурильные трубы d=85 мм	800
— бурильные трубы d=114 мм	300

Твердосплавные коронки предназначены для колонкового способа проходки скважин в мягких и средней твердости породах I — VIII и частично IX категории по буримости. Конструктивно коронка представляет собой цилиндр, на одном конце которого нарезается резьба для соединения с колонковой трубой, а на другом конце трубы крепятся твердосплавные пластины.

Долота для отбора керна представляют собой наиболее универсальный ПРИ инструмент, поскольку область их применения охватывает практически все многообразие горных пород: от очень мягких до весьма твердых. Основные конструктивные особенности долот: конструкция шарошек, схема опор, система промывочных устройств, наплавка зубьев твердым сплавом.

Большое число породоразрушающих зубьев позволяет равномерно распределять нагрузку в долоте и при незначительной площади контакта создавать высокие удельные давления. При перекатывании шарошки по забою передача нагрузки на породу носит кратковременный характер, что уменьшает износ вооружения долота. Создаваемые при этом динамические нагрузки способствуют интенсивному разрушению породы.

Таблица Основные типы шарошек по твердости пород

Тип	Область применения	Исполнение
М	Бурение мягких пород	С фрезерованными зубьями
МЗ	Бурение мягких абразивных пород	Со вставными зубками
МС	Бурение мягких пород с пропластками пород средней твердости	С фрезерованными зубьями
МСЗ	Бурение мягких абразивных пород с пропластками пород средней твердости	С фрезерованными зубьями и вставными зубками
С	Бурение пород средней твердости	С фрезерованными зубьями
СЗ	Бурение абразивных пород средней твердости	Со вставными зубками
СТ	Бурение пород средней твердости с пропластками твердых пород	С фрезерованными зубьями
Т	Бурение твердых пород	С фрезерованными зубьями
ТЗ	Бурение твердых абразивных пород	Со вставными зубками
ТК	Бурение твердых пород с пропластками крепких пород	С фрезерованными зубьями и вставными зубками
ТКЗ	Бурение твердых абразивных пород с пропластками крепких пород	Со вставными зубками
К	Бурение крепких пород	Со вставными зубками
ОК	Бурение очень крепких пород	Со вставными зубками

По расположению и конструкции промывочных или продувочных каналов шарошечное долото изготовляется:

• с центральной промывкой — Ц
• с боковой гидромониторной промывкой — Г
• с центральной продувкой — П
• с боковой продувкой — ПГ.

Опоры шарошек изготовляются:

• на подшипниках с телами качения — В
• на одном радиальном подшипнике скольжения (остальные — подшипники с телами качения) — Н
• на одном радиальном подшипнике скольжения (остальные — подшипники с телами качения) с герметизацией маслонаполненной опоры — НУ
• на двух и более подшипниках скольжения — А
• на двух и более подшипниках скольжения с герметизированными маслонаполненными опорами — АУ.

Бурильная колонна — связующее звено между долотом, находящимся на забое скважины, и буровым оборудованием, расположенным на поверхности.

Бурильные трубы применяются для спуска в буровую скважину и подъёма породоразрушающего инструмента, передачи вращения, создания осевой нагрузки на инструмент, подвода промывочной жидкости или сжатого воздуха к забою. Различают бурильные трубы обычные, утяжелённые и ведущие. Обычные бурильные трубы — стальные или из алюминиевых сплавов цельнотянутые круглого поперечного сечения с толщиной стенки 4,75—11 мм, соединяются между собой при помощи бурильных замков или полузамков со специальной крупной конической резьбой. Совершенствование бурильных труб заключается в повышении прочности, долговечности и герметичности резьбовых соединений, уменьшении гидравлических сопротивлений проходного канала и снижении массы.

Основные элементы, составляющие бурильную колонну, — ведущие трубы, бурильные трубы, бурильные замки, переводники, центраторы бурильной колонны, утяжеленные бурильные трубы.

В курсовом проекте, выбранной буровой установка УБВ-218, соответствуют бурильные трубы диаметром 85 мм. Параметры этих бурильные труб приведены в таблице .

Таблица Данные к выбранным БТ-85

Параметр	Числовое значение
Толщина стенки, мм	4,5
Длина труб, м	6,2
Масса 1 м трубы, кг	12,7

Колонковые трубы служат для приёма и хранения в течение рейса выбуренного керна. Для бурения с отбором керна выпускаются керноприемные устройства, применяемые при различных по физико-механическим свойствам горных пород и условиях бурения.

Кернорватель используют при бурении монолитных и малотрещиноватых пород. Он выполняется в виде разрезного кольца, которое помещается в конусной расточке коронки. В процессе бурения кернорватель расположен в верхней части расточки коронки, а при подъёме снаряда смещается вниз, заклинивая и отрывая от забоя керн.

Я выбрала колонковую трубу ТДР-93. Размеры наружной колонковой трубы по ГОСТу 6238. Размеры внутренней керноприемной трубы и керноприемной гильзы по ГОСТу 8734. Параметры двойных колонковых труб типа ТДР представлены в таблице №…

Рисунок 1 — Схема конструкции нижней части двойной колонковой трубы типа ТДР

1 — пилот-коронка; 2 — формирующая коронка; 3 — кернорвательное кольцо;

4 — расширитель; 5 — наружная колонковая труба; 6 — внутренняя керноприемная труба; 7 — керноприемная гильза

Таблица — Параметры двойных колонковых труб типа ТДР

Наименование параметра	Условный диаметр скважины,мм
	93	112	132	151
Наружный диаметр расширителя (калибратора) по резцам	93,4	112,4	132,4	151,4
Наружный диаметр коронки (по резцам)	93,0	112,0	132,0	151,0
Внутренний диаметр коронки (по резцам)	55,0	73,0	93,0	111,0
Наружный диаметр наружной колонковой трубы	89,0	108,0	127,0	146,0
Толщина стенки наружной колонковой трубы	4,5	4,5	5,0	5,0
Наружный диаметр внутренней керноприемной трубы	73,0	89,0	108,0	130,0
Толщина стенки внутренней керноприемной трубы	4,0	3,0	3,0	4,0
Длина наружной трубы	3000	3000	3000	3000
Длина керноприемной трубы , не менее	2500	2500	2500	2500
Зазор по длине между концом невращающейся керноприемной трубы и вращающимися частями колонкового набора	1-1,5	1-2,0	1-2,0	2,0-2,5
Опережение пилота или пилотной коронки по отношению к формирующей, не менее	50,0	50,0	75,0	75,0
Наружный диаметр разрезной керноприемной гильзы	63,0	80,0	100,0	120,0
Толщина стенки керноприемной гильзы	1,5	1,5	1,5	3,0

6. Технология бурения скважины

Глубина залегания кровли водоносного горизонта и глубина, на которую вскрывается водоносный горизонт определяющий момент в определении глубины скважины. Конечный диаметр скважины должен быть установлен с учетом помещения в скважину насоса, которым предполагается оборудовать скважину. При залегании водоносного горизонта в песчаной толщи, как в моей работе, конечный диаметр скважины принимается в соответствии с диаметром фильтра.

Приемы забуривания выбирают в зависимости от назначения скважины и характера горных пород. Забуривание скважины является очень важным моментом, так как буровой снаряд находится почти целиком еще на поверхности. Именно поэтому сначала устанавливают направляющую трубу длиной 5 м.

Скважину забуривают при пониженной осевой нагрузке и минимальной частоте вращения колонковым набором, состоящим из буровой коронки (0,5—1 м) колонковой трубы и переходника. После отбора керна, на скважину на эту же глубину проходят шарошечным долотом и обсаживают направляющей трубой с цементированием затрубного пространства. Далее таким образом происходит бурение до необходимой глубины.

Литологических разрез представлен малоустойчивыми породами, то принято решения обсадить всю скважину, чтобы предотвратить обрушение и размыв горных пород.

При забуривании до уровня водоносного горизонта, на обсадную трубу устанавливается манжета, которая предотвратит попадание цементного раствора в водоносный горизонт.

7. Промывка скважины

Промывка при бурении скважин производится для:

• очистки забоя от разбуренной породы и выноса ее на поверхность или в шламовую трубу;
• охлаждения породоразрушающего инструмента;
• закрепления неустойчивых стенок скважины.

Существует два основных способа промывки скважин: прямая и обратная.

При прямой промывке жидкость насосом нагнетается через шланг и бурильную колонну к забою, охлаждает породоразрушающий инструмент и поднимается по кольцевому пространству между стенками скважины и колонной бурильных труб, транспортируя на поверхность разбуренную породу.

По выходе из скважины промывочный раствор пропускают по системе желобов и отстойников для очистки его от частиц породы. Очищенный раствор вторично нагнетается в скважину. При поглощении промывочной жидкости в пористых породах добавляют новые порции раствора.

При обратной промывке раствор нагнетается к забою скважины по кольцевому зазору между бурильной колонной и стенками скважины и поднимается к поверхности вместе с выбуренной породой внутри бурильных труб.

В этом случае устье скважины должно быть герметизировано и оборудовано специальным превентором — сальником, позволяющим колонне труб вращаться и иметь поступательное движение, но в то же время не пропускающим жидкости из скважины.

При обратной промывке раствор вследствие малого живого сечения бурильных труб поднимается с большой скоростью и быстро выносит на поверхность даже крупные частицы. Однако обратная промывка не применима, если происходит поглощение промывочной жидкости. В настоящее время на бурении применяется в основном прямая промывка.

Промывочная жидкость выбирается в зависимости от свойств буримых пород. При бурении скважин в устойчивых породах применяется вода. При бурении в малоустойчивых породах промывку скважины ведут глинистыми растворами.

Глубокое бурение по мощным толщам слабых и пучащихся пород требует применения утяжеленных и химически обработанных глинистых растворов.

Бурение в крепких и очень крепких породах наиболее эффективно при промывке скважины слабыми растворами понизителей твердости.

Проходка скважин в толще минеральных солей производится с промывкой насыщенными растворами этих солей, в противном случае возможно размывание керна и стенок скважины.

При бурении в безводных скважинах и в мерзлых льдистых породах с успехом применяется продувка скважин.

8. Цементирование скважины

Способ крепления скважин путем цементирования затрубного пространства.

Различают следующие способы цементирования:

1. Одноцикловый — в обсадные трубы через цементировочную головку закачивается цементировочный раствор, который вытесняет находящийся в трубах глинистый раствор, поднимающийся в затрубном пространстве на заданную высоту.

2. Ступенчатый — манжетный — в скважине устанавливают специальную манжету, выше которой через перфорированные трубы цементный раствор поступает в затрубное пространство. Используется при сооружении скважин в малодебитных, сильно дренированных горизонтах.

3. Обратный — цементный раствор закачивается в затрубное пространство, а буровой раствор из скважины выходит на поверхность через колонну спущенных цементировочных труб.

4. Цементирование хвостовиков — проводят разделительной цементировочной пробкой, нижняя часть которой подвешивается на хвостовик, верхняя движется по колонне бурильных труб за цементным раствором.

5. Исправительное цементирование — заключается в доведении раствора до зоны, требующей исправления, и последующем быстром подъеме цементировочных труб.

При манжетном цементировании цементный раствор в затрубное пространство закачивается не из-под башмака колонны, а через специальные отверстия в колонне труб. Этот способ применяют при установке в скважину эксплуатационной колонны с фильтром, а также для разобщения водоносных горизонтов друг от друга.

При этом способе в обсадной трубе, находящейся выше фильтра, устанавливают упорное кольцо с клапаном, а выше его в трубе просверливаются три-четыре отверстия диаметром 20—25 мм, против которых с наружной стороны трубы приваривается воронкообразная манжета.

Процесс манжетного цементирования осуществляется так же, как цементирование при помощи двух пробок. Цементный раствор, находящийся между пробками, выходит в затрубное пространство через просверленные в колонне отверстия над манжетой.

В последнее время при манжетном цементировании отказываются от установки наружной манжеты, так как независимо от ее наличия цементный раствор, выходящий из отверстий в обсадной трубе в затрубное пространство скважины, заполненной жидкостью, движется только вверх.

9. Расчёт параметров режима бурения

Расчёт диаметра БТ и УБТ.

При бурении проектируемой скважины будут использоваться бурильные трубы диаметром 85,0 мм описанные более подробно представлено выше, так как они соответствуют бурильной установке УБВ-218. скважина бурение конструкция промывка

Расчёт осевой нагрузки.

Осевая нагрузка на коронку рассчитывается по формуле:

Твердосплавная коронка: ребристая М5-93 (внутренний диаметр 55мм, наружный диаметр 93 мм, число резцов 16, масса 1,05 кг).

Р=Р _уд *m, (даН)

Где:

• Руд — число резцов коронки;
• m — масса самой коронки.

Р=16*55=880 даН

Осевая нагрузка на долото рассчитывается по формуле:

Значение осевой нагрузки на долото зависит от удельной нагрузки на 1 см ² долота и его диаметра:

P = q * D _дол ; (Н)

q — значение удельной нагрузки [Н/см]. Так как водоносный горизонт сложен породами 3-ей категории по буримости, то q = 200 (Н/см), диаметр трех шарошечного долота 190,5 мм. Расчет производится к каждому интервалу бурения по литологическому разрезу сверху вниз.

Осевая нагрузка на долото под направляющую трубу устанавливаемую в глинах с включением галечника, так как пласт имеет 4-ую категорию по буримости, то q = 100 (Н/см):

P ₁ = 100•30,48= 6098 Н

Осевая нагрузка на долото под эксплуатационную колонну:

P ₂ =200•25,4= 5080Н

P ₃ =200•19,05= 3810Н

Расчёт частоты вращения.

Частота вращения бурового снаряда для коронок:

• где — окружная скорость для твердосплавной коронки (0,8-2) м/с; Dср- наружный и внутренний диаметр коронки, м. где Dc — средний диаметр коронки ((D+d)/2).

Dc = (93+55)/2 = 74 (мм).

об/мин.

Частота вращения долота под фильтр:

Значения частот вращения долота зависит от его диаметра и окружной скорости вращения V _окр .,(м/с).

Рекомендуемая окружная скорость 1,2-0,8 (м/с).

рекомендуемые значения скоростей взяты из таблицы по книге Михайловой.

n = ; (об./мин.).

Частота вращения долота под эксплуатационную колонну:

Расчёт расхода бурового раствора.

Расчет расхода бурового раствора для твердосплавных коронок вычисляется по формуле:

Где R — удельный расход промывочной жидкости на 1 мм диаметра коронки (л/мин*мм), возьму из таблицы, где для резцовых коронок он равен 0,6-0,8 л/мин*мм.

л/мин = 0,82 м ³ /c.

Расчет расхода бурового раствора для долот вычисляется по формуле:

Где: К — Коэффициент неравномерности потока по скважине (К=1,15)

d — Наружный диаметр бурильных труб, м;

• D — Диаметр долота, м;
• V — Скорость восходящего потока бурового раствора в кольцевом пространстве (зависит от категории буримости I-III кат.-0,6-0,8 м/сек;
• IV-V кат.-0,6-1,0 м/сек;VIII-IX кат-0,4-0,8 м/сек).Берем маленькую скорость, так как чтобы не было вымывания мягких пород из скважины.

Расчет расхода для бурения фильтровой части скважины

м ³ /c.

Расчет расхода для бурения сухих песков и плотных глин:

м ³ /с.

Расчет расхода бурового раствора при бурении под направляющую трубу:

м ³ /с.

Расчет оснастки талевой системы

Число бурильных труб:

• n = ? 17;

Длина бурильных труб:

;

• Где — это длина одной бурильной трубы, м;

Расчет веса снаряда

Где:

g _бт — вес 1 м бурильной трубы;

• g — ускорение свободного падения;
• длина бурильных труб;
• (Н).

Расчет количества подвижных ветвей талевой системы:

Где:

• G — вес снаряда;

P _л — грузоподъемность лебедки;

n _c — КПД талевой системы — 0,8;

P _л = 196 000 Н;

• Соответственно, талевая система должна быть оснащена одной подвижной ветвью. Будет использована схема 2Ч3.

Расчет давления нагнетания

Все расчеты произведены для конечного диаметра долота (d=190,5 мм).

Где:

• K- коэффициент запаса (1,3);
• P1 — давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости внутри колонны БТ;
• Р2 — давление в соединениях БТ;
• Р3 — давление на долоте;
• Р4 — давление в кольцевом пространстве БТ.

Где:

• ?? — безразмерный коэффициент гидравлических сопротивлений;
• V1 — скорость внутри БТ;
• Dэ — внутренний диаметр БТ.

Где: K _ш — гидравлическая шероховатость (зависит от износа БТ), К_ш = 5*, Re — число Рейнольца.

где v — кинематическая вязкость ().

Скорость внутри БТ:

(м/с)

(м/с)

;

(МПа)

Давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в соединениях БТ:

• Где: ?? — безразмерный коэффициент местного сопротивления; n — количество бурильных труб (= 18).

Где: d ₁ — внутренний диаметр БТ; d₀ — диаметр в соединении.

;

(МПа)

Давление на преодоление гидравлического сопротивления при движении жидкости на долоте:

P ₃ = 0,02 (МПа)

Давление на преодоление гидравлического сопротивления при движении жидкости в кольцевом пространстве БТ:

;

;

;

;

(м/с)

(м/с)

;

;

(МПа)

Расчет давления нагнетания

P = 1,3*( 0,28 + 0,04 + 0,02 + 0,06) = 0, 39 (МПа)

Определение мощности бурового агрегата

Выбрана буровая установка УБВ — 218. Ее мощность составляет 180 кВт.

(кВт)

Где: Nз — мощность на забое, кВт;

• Nт — мощность вращения бурильных труб, кВт;
• Nн — мощность насоса, кВт;
• Nст — мощность в трансмиссии буровых узлов, кВт;

Мощность на забое

, кВт

Где: P — осевая нагрузка на долото, Н;

• n — частота вращения, об/мин;

, кВт

Мощность холостого вращения

, кВт

Где:

• коэффициент, учитывающий влияние промывочной жидкости (= 1,2 для глинистого раствора);
• коэффициент, учитывающий особенности стенок ствола скважины (= 1 — монолитные);
• коэффициент, учитывающий материал труб (= 1 — сталь);
• коэффициент, учитывающий соединение БТ ( = 2 — замковое);
• коэффициент, учитывающий кривизну бурильных труб ( = 1);
• q — масса 1 м БТ;
• E — модуль упругости материала (для стали 2* Па);

I — осевой момент инерции:

• Где: d — внешний диаметр БТ;
• внутренний диаметр БТ;

;

;

• Где: D — диаметр долота;
• d — наружный диаметр БТ.

;

• (кВт).

Расчет мощности в трансмиссии буровых узлов

, кВт

• мощность двигателя бурового станка, кВт

(кВт);

Расчет мощности насоса

,кВт

Где: Q — расход бурового раствора, л/сут;

• P — осевая нагрузка на долото, Н;

n _н = 0,8 Н/см.

кВт;

Мощность вращения БТ

Где: N _хв — мощность холостого вращения БТ, кВт;

N _доп — мощность вращения сжатой части БТ, кВт;

Мощность вращения сжатой части БТ

, кВт

кВт.

кВт;

Мощность бурового агрегата

кВт;

• Мощность выбранной буровой установки УБВ — 218 составляет 180 кВт. Так как она превышает рассчитанную мощность, то выбранная установка подходит для бурения при таких исходных данных.

Расчёт колонны бурильных труб на прочность.

Условие прочности колонны бурильных труб при сложном напряженном состоянии и переменных напряжениях определяется выражением:

• где — суммарный коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;
• коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;
• коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

Для стальных труб , .

• изгибающее нормальное напряжение;
• нормальные осевые нагрузки.

Для случаев вертикальной прямолинейной скважины изгибающее напряжение находится следующим образом:

• модуль упругости материала труб ,для стали равен 2•10 ¹¹ Па;

• осевой момент вращения трубы;
• осевой момент сопротивления при изгибе.
• наружный диаметр БТ;
• внутренний диаметр БТ;
• стрела прогиба.

где — диаметр скважины;

• наружный диаметр БТ.
• окружная скорость вращения колонны;
• частота вращения.

Расчёт длины сжатой части колонны бурильных труб

где — ускорение свободного падения;

• удельный вес одного метра трубы; Р — осевая нагрузка на долото.
• расстояние от нулевого сечения до забоя.
• длина полуволны.

Расчёт осевого нормального напряжения

• вес колонны бурильных труб;
• площадь поперечного сечения труб.

Запас прочности по касательным напряжениям

• действующие касательные напряжения;
• предел прочности по касательным напряжениям, для стальных труб он равен 240 МПа.
• крутящий момент;
• полярный момент сопротивления.
• максимально развиваемая мощность буровой установки;
• окружная частота вращения.

Значит:

В итоге

Для стальных труб , .

И тогда

10. Выбор, обоснование и расчет

Под фильтром обычно понимают специальное устройство, устанавливаемое в скважине против водоносного горизонта, которое обеспечивает свободный доступ внутрь скважины чистой, без примеси, воды и одновременно предохраняет ствол скважины от обрушения.

Функций фильтра в скважине:

• Очистка воды от механических примесей;
• Предотвращение обрушения скважины.

Фильтры устанавливаются, как правило, в неустойчивых породах, там, где отсутствует естественная фильтрация воды водонепроницаемым твёрдым грунтом.

Фильтровая колонна состоит из трёх частей:

• Надфильтровая труба;
• Рабочая часть (собственно фильтр);
• Отстойник с пробкой.

Типы и конструкции фильтров во многом определяются типом горных пород. Для агрессивных вод с большим содержанием углекислоты, сероводорода и кислорода каркасы фильтров изготавливаются из нержавеющей стали или неметаллических труб. Процесс фильтрации заключается в том, что частицы породы проходят через рабочую часть фильтра и оседают в отстойнике.

Все существующие фильтры могут быть разделены на: а) дырчатые, или щелевые; б) проволочные; в) сетчатые; г) гравийные и д) гравитационные.

Для трещиноватых, склонных к обрушению пород наиболее подходят дырчатые и щелевые фильтры. Отверстия сверлятся, щели фрезеруются в трубах.

Для гравийно-галечниковых отложений применяются фильтры из труб с продольными щелями или с покрытием крупной сеткой.

Для песков обычно применяются фильтры с мелкой сеткой из латуни.

Водоносные пласты	Применяемые фильтры
Полускальные неустойчивые, щебнистые и галечниковые породы с преобладающей крупностью частиц щебня и гальки от 20 до 100 мм >50%	Трубчатые с круглой и щелевой перфорацией, стержневые
Гравий, гравелистый песок с крупностью частиц от 1 до 10 мм с преобладающей крупностью частиц 2-5 мм более 50%	Трубчатые с круглой и щелевой перфорацией, с водоприёмной поверхностью из проволочной обмотки или штампованного стального листа; стержневые с обмоткой проволокой из нержавеющей стали или из штампованного листа
Пески крупные с преобладающей крупностью частиц 1-2 мм более 50%	Трубчатые с круглой и щелевой перфорацией, с водоприёмной поверхностью из проволочной обмотки, штампованного стального листа или сетки квадратного плетения; стержневые с водоприёмной поверхностью из проволочной обмотки, штампованного листа или сетки квадратного плетения
Пески средние с преобладающей крупностью частиц 0,25-0,5 мм более 50%	Трубчатые и стержневые из сетки гладкого (галунного) плетения; трубчатые и стержневые с однослойной гравийной обсыпкой (гравийные)
Пески мелкие с преобладающей крупностью частиц 0,1-0,25 мм более 50%	Трубчатые и стержневые с одно-, двух- или трёхслойной песчаной или песчано-гравийной обсыпкой (гравийные), блочные

Самым простым видом фильтра является труба-каркас с круглыми или щелевыми отверстиями. Фильтровые трубы, каркасы изготовляют из стальных, чугунных, деревянных, пластмассовых, асбестоцементных и реже — из керамических и гончарных труб. При выборе материала для фильтровых каркасов учитываются их коррозионная устойчивость, возможность механической обработки и прочность. Для изготовления каркасов трубы перфорируют.

Применяются штампованные фильтры из нержавеющей стали, меди или черных металлов с антикоррозийными покрытиями.

Каркасно-стержневые фильтры изготовляют из металлических стержней диаметрами 12-18 мм, укрепляемых на опорных фланцах.

Фильтры с проволочной обмоткой изготовляют как трубчатые, так и стержневые. Шаг обмотки спирали из круглой проволоки диаметром 1,5-3 мм или другого (например, трапецеидального, треугольного) сечения устанавливается в соответствии с гранулометрическим составом пород водоносного горизонта.

Оплетку проволокой делают поверх трубчатого или стержневого каркаса. Проволочный фильтр сверху может быть покрыт сеткой.

Сетчатые фильтры состоят из дырчатой трубы-каркаса, обмотанной продольными рядами или по спирали проволокой диаметром 2-5 мм с шагом в 10-25 мм с тем, чтобы сетка не прилегала плотно к каркасу.

На проволочное покрытие натягивают сетку, которую припаивают, сшивают или склеивают на концах и по шву.

Для изготовления сетчатых фильтров используются сетки нескольких типов: а) простая квадратная; б) гладкого или галунного плетения; в) киперная или саржевая.

В качестве материала для сетки используют медь, латунь, нержавеющую сталь, пластмассы, ткани из стекловолокна, нить капрона, нейлона и другие синтетические материалы. Для предупреждения электрохимической коррозии каркас фильтра изготовляют часто из неметаллических труб. В некоторых случаях стальной каркас обтягивают сеткой и проволокой из нержавеющей стали или же применяют сетки из пластических масс.

Сетчатые фильтры не рекомендуются для однородных мелкозернистых песков, а также для слюдистых водоносных песков, т. к. при этом не обеспечивается нормальная работа фильтра — уменьшается его скважность. Получили распространение сетки из стекловолокна: окна могут быть использованы в водах любого химического состава.

Гравийные фильтры состоят из каркаса с проволочной обмоткой или сеткой и гравийной обсыпки. По способу изготовления различают гравийные фильтры, приготовляемые на поверхности и непосредственно в скважине. Первые устраивают в виде гравийно-кожуховых или корзинчатых. В обоих случаях гравий засыпают на поверхности в сетчатый кожух или специальные чугунные или стальные корзинки, укрепляемые на фильтровой трубе. Собранный фильтр спускают в скважину.

При устройстве гравийного фильтра в скважине засыпка гравия в зафильтровое пространство производится одновременно с извлечением из скважины временной колонны обсадных труб, перекрывающих водоносный горизонт.

Гравийные фильтры изготовляют в виде цилиндров различной длины и толщины. Фильтрующее покрытие выполняется в виде трубчатых блоков из гравия, щебня, дробленого шамота или огнеупорных глин с различными связующими материалами — цементом, битумом, клеем БФ-4, бакелитовым лаком, резиной и др., с помощью которых создается жесткая пористая структура фильтровых блоков.

Выбор конструкции фильтра производят в соответствии с составом водоносных пород, глубиной скважины, степенью агрессивности подземных вод, а также сроком действия скважин и их целевым назначением.