Разработка параметров режима бурения

1. Осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент,

(1)

где Р – осевая нагрузка, даН;

р_о – рекомендуемая нагрузка на 1 основной резец, даН;

m – число основных резцов в коронке, шт.

1) Интервал бурения 0-5,0м, твердосплавные коронки СА-4, категория пород по буримости VII-VIII, диаметр скважины 76 м:

р_о = 55 даН;

m = 16 шт;

Р=55*16= 880 даН.

Осевая нагрузка в начале интервала снижается для приработки резцов коронки и составляет 600-720 даН и доводится до максимальной в конце интервала.

2) Интервал бурения 5,0м-30,0 м, алмазные коронки О2И4, категория пород по буримости VI-VII, диаметр скважины 59 м:

(2)

где Q_рш- масса объемных алмазов, Q=12 кар;

h- высота отрабатываемой части матрицы, h= 4 мм;

р_ш - твердость по Шрейнеру, р_ш=3500 Н/мм²;

Р= 0,055*22*3500/4=578 даН.

Рекомендуется при встрече зон окварцевания увеличить на 20% осевую нагрузку против расчетной с целью повышения механической скорости.

3) Интервал бурения 30,0м-100,0м, алмазными коронками О2И4, категория пород по буримости VIII-IX, диаметр скважины 59 м:

(3)

где Q- масса объемных алмазов, Q=12 кар;

р_ш - твердость по Шрейнеру, р_ш=4500 Н/мм²;

h- высота отрабатываемой части матрицы, h= 4 мм;

Р= 0,055*12*4500/4=743 даН.

Рекомендуется в конце интервала довести осевую нагрузку до 900-1000 даН согласно рекомендуемых.

2.Частота вращения коронки:

(4)

где n – частота вращения коронки, об/мин

V₀-окружная скорость коронки, м/с

D_с- средний диаметр коронки, м

1) Интервал бурения 0-5,0м, твердосплавные коронки СА-4-76, категория пород по буримости VII- VIII:

V₀=1,2 м/с,

n=60*1,2/[π(0,076+0,054)/2]=353 об/мин.

Частота вращения снижается при встрече зон дробления для предотвращения скола резцов и повышения процента выхода керна, что соответствует третьей скорости шпинделя вращателя.

2) Интервал бурения 5,0м-30,0 м, алмазными коронками О2И4-59, категория пород по буримости VI-VII,V₀=2 м/с:

(5)

где D_cр-диаметр скважины, м;

р_ш- твердость по Шрейнеру, р_ш =Гпа;

n= 19,1*(3,64-0,0038*3,5)/0,059= 1174 об/мин.

Частота вращения снижается на 20% против расчетной с целью предотвращения преждевременного износа матрицы и алмазов и соответствует седьмой скорости вращения шпинделя вращателя.

4) Интервал бурения 30,0м-100,0 м, алмазными коронками О2И4-59, категория пород по буримости VIII-IX:

р_ш=4,5Гпа;

n= 19,1*(3,64-0,0038*4,5)/0,059=1173 об/мин.

Частота вращения принимается равной 1200 об/мин согласно рекомендуемым параметрам и соответствует седьмой и восьмой скоростям вращения шпинделя вращателя.

3.Количество очистного агента:

(6)

где V₀ – количество очистного агента, л/мин;

K _у – удельный расход промывочной жидкости на 1 см диаметра коронки, л/мин;

D_н – наружный диаметр коронки, см.

1) Интервал бурения 0-5,0 м, СА-4, категория пород по буримости VII-VIII, диаметр скважины 76 мм:

к _у=12 л/мин;

D_н = 7,6 см;

V_o = 12*7,6= 91,2 л/мин.

В начале интервала снижаем количество промывочной жидкости с целью сохранения пород в стенках скважин от воздействия на них очистного агента.

2) Интервал бурения 5,0м-30,0 м, О2И4, категория пород по буримости VI- VII, диаметр скважины 59 мм:

(7)

где V₀- скорость восходящего потока жидкости, V=0,5 м/с;

к- коэффициент неравномерной разработанности стенок скважин,

к = 1,2;

D и d–диаметр скважины и наружный диаметр бурильных труб соответственно, м.

V_o =1,2*3,14/4*(0,076²-0,042²)*0,5= 0,0018 м³/с=108 л/мин.

Количество очистного агента принимаем равным в пределах от 40 до 60 л/мин.

3) Интервал бурения 30,0м-100,0м, О2И4, категория пород по буримости VIII- IX, диаметр скважины 59 мм:

V_o=1,1*3,14/4 (0,059²-0,042²)*0,5=0,00074 [м³/с] = 44,4 л/мин.

Количество очистного агента может изменятся в зависимости от условий бурения.

Проверочные расчёты

Расчёты мощностей:

1. Определение мощности двигателей при бурении на предельной глубине:

(8)

где N_з – мощность двигателей при бурении на предельной глубине, [кВт];

Р – осевая нагрузка на коронку, даН, Р = 1000 даН;

n – частота вращения коронки, об/мин, n = 1200 об/мин;

D_ср –средний диаметр коронки, м:

D_ср=(D_н+D_вн)/2=(0,059+0,042)/2=0,05 м, где

D_н, D_вн – соответственно наружный и внутренний диаметр коронки, D_н = 0,059 м, D_вн = 0,042 м;

m- коэффициент трения резцов коронки о породу забоя, m = 0,4;

N_з = 5,3*10 ^-4*1000*1200*0,05*(0,137+0,4)= 5,4 кВт.

2. Дополнительная мощность, затраченная на вращение сжатой части бурильной колонны:

(9)

где N_доп – дополнительная мощность, затраченная на вращение сжатой части бурильной колонны, [кВт];

d - радиальный зазор, м:

d = (D - d)/2 = (0,059-0,042)/2 = 0,008 м;

D – диаметр скважины, м;

d - наружный диаметр бурильных труб, м;

N_доп = 2,45*10^-4*0,0085*1000*1200= 2,5 кВт.

3. Мощность на холостое вращение:

(10)

где N_хв – мощность на холостое вращение, [кВт];

k_с – коэффициент учитывающий влияние смазки и промывочной жидкости, k_с = 1,2;

d - радиальный зазор, d = 0,0085 м;

n – частота вращения колонны бурильных труб, об/мин;

q – масса 1 м бурильной колонны в сборе, q = 4,89 кг;

d - наружный диаметр бурильных труб, d = 0,042 м;

L – глубина скважины, L = 100 м;

N_хв= 1,2 (2,0*10^-6*0,0085*1200² +0,8*10^-3*4,89*0,042²*1200)/100= 7,5 кВт.

4. Мощность, расходуемая на вращение колонны труб в скважине:

N_т = N_хв +N_доп, (11)

где N_т – мощность, расходуемая на вращение колонны труб в скважине, [кВт];

Nхв - мощность на холостое вращение, [кВт];

Nдоп - дополнительная мощность, затраченная на вращение сжатой части бурильной колонны, [кВт];

Nт = 7,5+2,5=9 кВт.

5. Мощность, расходуемая в трансмиссии и других узлах бурового станка:

(12)

Nст – мощность, расходуемая в трансмиссии и других узлах бурового станка, [кВт];

Вс– коэффициент, характеризующий переменные потери в станке, [кВт/об];

Вс=5,5*10 -3 кВт/об;

N_ст = 5,5*10 ^-3*1200= 6,6 кВт.

6. Мощность двигателя, расходуемая в процессе собственного бурения:

(13)

где N_б = 5,4+9+6,6= 21кВт.

Расчеты указывают на то, что параметры режима бурения соответствуют техническим возможностям бурового станка и мощность, полученная расчетами, не превышает технической характеристики.

7. Мощность двигателя для привода насоса:

(14)

где N_н – мощность двигателя для привода насоса, [кВт];

Q – подача насоса, Q = 0,0016 м3/сек;

р – давление нагнетатения, p = 4 кПа;

h_н – коэффициент полезного действия насоса;

h – коэффициент полезного действия передач от двигателя до насоса;

h_н h_н = 0,8;

N_н = 0,0016*4*10 ^-3/0,8 = 8 кВт.

Выбор насосной установки для конкретных условий бурения сделан правильно, о чём свидетельствуют проверочные расчеты данной главы.

Выбор промывочной среды

Выбор типа промывочной жидкости определяется геолого-техническими и гидрогеологическими условиями бурения, составом и свойствами проходимых пород, способом бурения.

Вода не имеет твердой фазы, обладает меньшей плотностью и вязкостью по сравнению с глинистыми растворами, что обеспечивает улучшение условий очистки забоя и разрушения горных пород, уменьшает износ породоразрушающего инструмента и повышает механическую скорость бурения.

Промывка скважин водой обеспечивает сравнительно низкую стоимость промывки на 1 м бурения (табл. 4.1.9.):

Таблица 4.1.9.

Дата добавления: 2015-07-08