Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Раздел I. OCHOBЫ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Содержание

 

Пояснительная записка
Раздел I Осровы бурения скважин
Раздел II Основы горного дела
Критерии оценки
Курсовое проектирование
Вопросы к контрольной работе
Перечень рекамендуемой литературы
     
     
     

 

 

I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа учебной дисциплины "Основы бурения и горного дела" (далее типовая программа) предназначена для реализации государственных требований к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников по специальностям : 0701000 «Геологическая съемка, поиск и разведка МПИ», 0704000 «Геофизические методы поисков разведки МПИ» является единой для всех форм обучения и всех видов и типов образовательных учреждений среднего профессионального образования.

Типовая программа служит основой для разработки рабочей программы учебной дисциплины образовательным учреждением среднего профессионального образования.

Учебная дисциплина "Основы бурения и горного дела" является общепрофессиональной, устанавливающей базовые знания для освоения специальных дисциплин.

В результате изучения дисциплины студент должен (в соответствии с требованиями стандарта):

иметь представления:

- об области применения сверхглубоких скважин;

- о главных направлениях научно-технического прогресса в разведочном бурении и совершенствовании установок для разведочного бурения на ближайшую перспективу;

знать:

- цели и способы бурения скважин для решения гидрогеологических и инженерно-геологических задач;

- технику и технологию бурения скважин;

- бурение и оборудование водозаборных скважин;

- гидрогеологические исследования при бурении скважин;

- мероприятия по повышению выхода керна;

- основы горного дела и буровзрывных работ;

- условия вентиляции, водоотлива и освещения горных выработок;

- крепление горных выработок;

- основные сведения по разработке месторождений полезных ископаемых;

- правила техники безопасности и охраны труда при производстве буро­вых и горных работ, меры по созданию экологической чистоты

уметь:

- составлять конструкцию геологической и гидрогеологической скважин;

- различать виды оборудования водоприемной части скважины;

- работать с приборами, позволяющими замерять уровень и температуру вода в скважине;

- документировать скважины, отбирать пробы воды;

- производить замеры искривления скважин;

- в зависимости от гидрогеологических и инженерно-геологических условий выбирать необходимые горноразведочные выработки для решения поставленной задачи;

-работать с приборами контроля за состоянием и составом рудничной атмосферы.

Целью изучения дисциплины является получение студентами знаний и умений, необходимых для выбора наиболее рационального способа проходки скважин или горных выработок при решении гидрогеологических и инженерно-геологических задач.

Усвоение учебного материала основывается на знаниях, полученных студентами в процессе изучения таких дисциплин, как "Общая, историческая и региональная геология", "Минералогия и петрография", "Основы геодезии", и тесно взаимосвязано с изучением дисциплин: Гидрогеология", "Инженерная геология", "Основы инженерных сооружений", "Структурная геология, гидрогеологическое и инженерно-геологическое картографирование".

При изложении материала по разделу "Основы бурения скважин " преподавателям следует больше уделять внимания конструкции, технологии и оборудованию водозаборных скважин.

 

 

При рассмотрении раздела "Основы горного дела" важно обращать внимание студентов на выбор необходимых горно-разведочных выработок, для успешного решения задач при инженерно-геологических исследованиях.

В процессе обучения студентов используются следующие организационные формы занятий: урок, лекция, семинар, практические занятия, контрольная и самостоятельная работы, консультация.

При проведении учебных занятий следует учитывать действующие производственные руководства, инструкции, давать материал по новому оборудованию и опыту проведения буровых и горных работ геологическими предприятиями.

Изучение учебного материала должно сопровождаться демонстрацией плакатов, отдельных образцов бурового и горного оборудования, макетов.

В учебном процессе следует использовать электронно-вычислительную технику индивидуального пользования - персональные компьютеры и микрокалькуляторы.

Завершающим этапом изучения дисциплины является курсовое проектирование, где в практическом плане суммируются полученные знания для решения ограниченных производственных гидрогеологических и инженерно-геологических заданий на уровне работы отряда (партии) и учебная горно-буровая практика.

При разработке рабочей программы учебной дисциплины, образовательное учреждение в зависимости от профиля и специфики подготовки специалистов, может вносить дополнения и изменения в содержание, последовательность изучения учебного материала и распределение учебных часов по разде­лам, ( темам, а также в предложенный примерной программой перечень лабораторных работ и практических занятий ) при условии выполнения требований к уровню подготовки выпускников, заложенных в стандарте.

Учебное заведение определяет перечень самостоятельных работ, форму и сроки проведения контроля знаний студентов.

Все изменения вносятся по решению предметных (цикловых) комиссий образовательных учреждений и утверждаются заместителем директора по учебной работе.

 

II. ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

 

№ п/п Темы и разделы Количество часов Количество часов
Всего В т.ч. практ зан.     Всего В т.ч. зан.
ГЗ ФЗ
  Введение
  Раздел 1. Основы бурения скважин        
1.1. Общие сведения о бурении скважин
1.2. Крепление и промывка скважин
1.3. Переносные и самоходные станки и установки для поискового бурения  
1.4. Ударно-механическое бурение
1.5. Колонковое бурение
1.6. Бескерновое бурение при бурении скважин на воду
1.7. Ударно-вращательное бурение
1.8. Сверхглубокое бурение
1.9. Аварии и осложнения при бурении скважин
1.10. Специальные работы в скважине  
1.11. Бурение и оборудование водозаборных скважин  
1.12. Пути развития техники и технологии бурения скважин
  Итого по разделу:
  Раздел 2. Основы горного дела        
2.1. Горные работы и горные выработки    

 

2.2. Назначение и область применения взрывных работ. Нормативные документы и органы, осуществляющие надзор за ведением взрывных работ        
2.3. Взрывчатые вещества и средства взрывания  
2.4. Технология взрывных работ
2.5. Хранение и транспортирование взрывчатых материалов          
2.6. Испытание и уничтожение взрывчатых материалов
2.7. Проведение открытых горноразведочных выработок  
2.8. Проведение подземных горноразведочных выработок
2.9. Вентиляция, водоотлив и освещение при проведении подземных горных выработок    
2.10. Погрузка и транспортирование горной породы, полезного ископаемого, оборудования, материалов и людей при проходке подземных горных выработок        
2.11. Крепление подземных выработок
2.12. Вскрытие и разработка месторождений полезных ископаемых
  Итого по разделу:
  Курсовое проектирование:    
  Всего по дисциплине:

 

III. ПРИМЕРНОЕ СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

ВВЕДЕНИЕ

Содержание и задачи дисциплины "Основы бурения и горного дела", взаимосвязь с другими дисциплинами. Применение буровых и горных работ в различных областях народного хозяйства.

 

Тема 1.5. Колонковое бурение

Знать:

условия применения колонкового бурения; мероприятия по повышению выхода керна.

Уметь:

применять колонковое бурение в различных горно-геологических условиях для решения конкретных задач. Составлять конструкцию скважин и геолого-технические наряды. Определять места заложения скважин. Отбирать, укладывать и документировать керн и шлам с отбором проб и образцов. Вести геолого-техническую документацию скважин.

Содержание учебного материала

Область применения колонкового бурения. Буровые вышки и мачты. Установки колонкового бурения, оборудование и инструмент. Конструкция скважин. Геолого-технические наряды. Технология бурения. Основные мероприятия по повышению выхода керна. Отбор, укладка и документация керна и шлама. Отбор проб и образцов. Основные правила техники безопасности, пожарной безопасности, охраны недр и окружающей среды.

 

Раздел II. ОСНОВЫ ГОРНОГО ДЕЛА

Тема 2.3. Взрывчатые вещества (ВВ) и средства взрывания (СВ)

Знать:

классификацию ВВ и СВ; устройство контрольно-измерительных прибо­ров для взрывных сетей ; правила безопасного обращения с ВВ и СВ.

Уметь:

пользоваться контрольно-измерительными приборами для взрывных сетей.

Содержание учебного материала

Общие сведения по теории взрыва. Свойства и классификация ВВ. Средства и способы инициирования зарядов ВВ. Контрольно-измеритель­ные приборы для взрывных сетей. Правила безопасного обращения с ВВ и СВ.

 

КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Знать:

цели и задачи курсового проектирования; тему курсового проекта, его содержание и объем; организацию и порядок проведения курсового проектирования.

Уметь:

подбирать необходимую литературу и архивные геологические и гидрогеологические картографические материалы; составлять графическую часть проекта; геолого-технический наряд; обосновывать комплекс работ; производить необходимые расчеты; составлять пояснительную записку в соответствии с заданием для курсового проектирования.

Содержание курсового проекта

Целью курсового проектирования является закрепление знаний по разделу "Основы бурения" данной дисциплины и использование их для самостоятельного решения задач по составлению конструкции сква­жины, подбору необходимого для бурения оборудования и инструмента, разработке технологии бурения скважины в конкретных геологических условиях.

Каждый студент получает индивидуальное задание на сооружение одной или группы скважин в реальных условиях. Для выдачи студентам практических заданий рекомендуется использовать архивные геологи­ческие и гидрогеологические материалы.

Методика выполнения курсового проекта на

ТПИ

Краткое содержание:

4 Расчет буровых работ

4.1 Обоснование способа и вида бурения

4.2 Обоснование и выбор конструкции скважин

4.3 Обоснование и выбор бурового агрегата (установки)

4.4 Выбор состава снаряда, породоразрушающего инструмента

4.5 Выбор вспомогательного оборудования и инструмента

4.6 Выбор промывочной жидкости

4.7 Технологический режим бурения

4.8 Рациональная глубина бурения на различных частотах вращения

4.9 Выбор рациональных скоростей подъема

4.10 Проверочный расчет насоса

4.11 Выбор буровой вышки

4.12 Проверочный расчет колонны бурильных труб

РАСЧЕТ БУРОВЫХ РАБОТ

4.1 Обоснование способа и вида бурения

Основная цель бурения геологоразведочных скважин выявление месторождений условий залегания размеров качественных и количественных характеристик полезных ископаемых.

Для этой цели отбирают керн из пород и полезных ископаемых.

В связи с тем, что на месторождении _______, ведется предварительная разведка с отбором керна, применяем колонковое бурение.

Колонковое бурение позволяет:

Преимущества и недостатки колонкового бурения.

 

4.2 Обоснование и выбор конструкции скважины

Конструкция буровой скважины – это характеристика буровой скважины, определяющая изменения ее диаметра с глубиной, а так же длину и диаметр обсадных труб, установленных в скважине и места их тампонирования.

Конструкция скважины выбирается и обосновывается исходя из следующих данных:

1. Целевое назначение;

2. Физико-механические свойства горных пород;

3. Конечный диаметр;

4. Способы бурения;

5. Параметры бурового оборудования.

 

Глубина скважины зависит от глубины залегания полезного ископаемого. Скважина должна углубляться на 10 – 15 метров ниже целевого горизонта, что связано с необходимостью надежного исследования геофизическими методами при каротаже. Проектная глубина скважины ______ метров.

Конечный диаметр зависит от минимально допустимых диаметров керна, обеспечивающих необходимую достоверность опробования, а так же от размеров геофизической и другой скважинной аппаратуры. Согласно рекомендации ВИТРа по выбору минимально допустимого диаметра керна в зависимости от полезного ископаемого и характера его распределения, в зависимости от диаметра керна, допустимого для опробования, габаритов геофизической аппаратуры, выбираем конечный диаметр ___ мм, но в связи со слабой изученностью этот диаметр остается запасным, а конечный диаметр принимаем ____ мм.

Забурка скважины будет производиться твердосплавной коронкой диаметром ___ мм, этот интервал будет закреплен направляющей трубой диаметром ___ мм, а низ колонны будет цементироваться. Далее до конечной глубины, бурение будет производиться алмазными или твердосплавными коронками диаметром ____ мм.

 

Схема проектной конструкции скважины 25

№ п/п Геологический разрез Описание пород Мощность слоя, м Категория пород по буримости Конструкция скважины

масштаб 1:1000

 

 

4.3 Обоснование и выбор бурового агрегата (установки)

 

Буровая установка выбирается в зависимости от глубины скважины, начального и конечного диаметра, угла наклона скважины, рельефа местности, обеспеченности района работ электроэнергией.

В связи с тем, что глубины скважин от ___ м до___ м, начальный диаметр __ мм, а конечный ___ мм, угол наклона скважины составляет ___0, и районы работ обеспечен электроэнергией, выбираем буровую установку ________

Техническая характеристика агрегата (установки)

 

 

4.4 Выбор состава снаряда, породоразрушающего инструмента

 

При забурке в состав входит коронка, колонковая труба, переходник, бур трубы и их содержание.

При твердосплавном бурении в породах средней твердости в состав снаряда входит: твердосплавная коронка, колонковая труба, фрезерный переходник, колонна бурильных труб, ведущая труба.

При алмазном бурении снаряд состоит из алмазной колонки, алмазного расширителя, колонковой трубы, кернорвателя, износостойкого переходника или клапанного переходника, колоны бурильных труб и ведущей трубы.

Коронки служат для разрушения пород.

 

При бурении в породах ____ категорий принимаем коронку _______

Внутренний диаметр Dв = _____ мм

Число основных резцов m = ___ шт.;

подрезных резцов – ____ шт.

 

При бурении в породах _____ категорий принимаем коронку _______

Внутренний диаметр Dв =____ мм

Число основных резцов m = ____ шт.;

подрезных резцов –______ шт.

 

 

Колонковые трубы служат для приема керна и поддержания направления бурения скважины. При забурке скважины применяем короткую колонковую трубу диаметром____ мм и длиной ____м. Во время бурения диаметр колонковой трубы будет ___ мм, а длина _____ метра.

Кернорвательное кольцо применяется для срыва керна, применяем _____.

Переходники служат для соединения колонковых труб с колонной бурильных труб. При забурке будем применять переходник _______.

Клапанный переходник служит для стабилизации колонкового набора, повышения износостойкости в верхней его части и предупреждения излива промывочной жидкости из бурильной колонны при спуске его в скважину. При алмазном бурении применяем клапанный переходник ________.

Расширитель служит для калибрования стенок скважины, стабилизирует работу колонкового снаряда, уменьшает вибрацию, что увеличивает износостойкость коронок и обеспечивает направление ствола скважины. Принимаем расширитель _________

Бурильные трубы предназначены для спуска и подъема породоразрушающего инструмента, передачи ему крутящего момента и осевой нагрузки, подачи очистного реагента. Выбираем стальные трубы ________ соединения d =______ мм, марка____

Техническая характеристика бурильных труб :

 

Ведущая труба предназначена для передачи вращения от шпинделя станка к колонне бурильных труб. Принимаем ведущую трубу диаметром ______ мм.

 

4.5 Выбор вспомогательного оборудования и инструмента

 

К принадлежностям бурового инструмента относятся:

1.

2.

3.

Для механизации спуско – подъемных операций применяют труборазворот ______ и полуавтоматический элеватор ________с наголовниками .

 

Техническая характеристика труборазворота :

 

 

Техническая характеристика элеватора :

 

 

4.6 Выбор промывочной жидкости

 

Назначение и виды промывочной жидкости..

 

\

4.7 Технологический режим бурения

 

 

Расход промывочной жидкости.

3.1. При твердосплавном и алмазном бурении расход промывочной жидкости определяется по формуле

Q=qД л/мин (1. Стр. 123)

где: q - удельный расход промывочной жидкости на 1мм диаметра коронки в л/мин, при

При твердосплавном бурении удельный расход промывочной жидкости л/мин (л.1 мтр. 123)

При алмазном бурении g=0,8-l л/мин на 1 мм диаметра коронки.

3.2. При бурении сплошным забоем расход промывочной жидкости

Q=FV м/с (л/мин)

где: F - площадь кольцевого зазора между стенками скважины и бурильными трубами (м2).

V - скорость восходящего потока промывочной жидкости в м/с (л. 1 стр. 469)

4. Качество промывочной жидкости

4.1. При твердосплавном бурении в качестве промывочной жидкости применяются

4.1.1. При бурении мягких и рыхлых пород I-IV категории при бурении трещиноватых и неустойчивых пород - глинистые растворы, при бурении устойчивых не трещиноватых пород - вода.

4.1.2. При алмазном бурении лучше использовать эмульсии и воду, глинистые растворы применяют только в исключительных случаях при бурении неустойчивых пород (растворы с небольшой плотностью и малым содержание твердой фазы).

4.1.3. При бурении сплошным забоем лучше использовать глинистые растворы, а при бурении монолитных пород - воду.

5. Заклинка керна.

5.1. При твердосплавном бурении мягких пород заклинка керна производятся затиркой в сухую, при бурении трещиноватых пород лучше использовать заклиночный материал, при бурении монолитных пород - кернорватели, за клиночный материал.

5.2. При алмазном бурении заклинка керна производится кернорвателем или за клиночным материалом.

Результаты расчетов сводят в таблицу

№ П/11   Типоразмер колонок   Категория пород   Осевая нагрузка кн   Частота вращения об/мин.   Расход жидкости л/мин  
на 1 резец на 1 см3 s(kh)   на коронку (кн)   окружная скорость м/сек   частота вращения об/мин   на 1 мм диаметра колонки   на коронку л/мин  
                                   
                                   
                                   

 

Таблица дополняется примечаниями о выборе паспортных частот вращения станка с указанием скорости вращения и расходов жидкости согласно характеристики насоса.

 

4.8 Рациональная глубина бурения на различных частотах вращения

 

Расчет мощности двигателя

Введение

Основными приводами буровых станков и насосов при геологоразведочном бурении являются электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания (в основном дизели), а в последнее время начали внедряться гидродвигатели.

Тип двигателя для привода буровых агрегатов выбирается в зависимости от условий эксплуатации (объем буровых работ, удаленность участков бурения от баз геологоразведочных организаций, наличии энергии в районе работ, разбросанности скважин и т.д.).

Электродвигатели применяются при централизованном электроснабжении,и в настоящее время в большинстве случаев.

Основными преимуществами электродвигателей являются: экономичность, надежность, удобства в эксплуатации и обслуживании, высокая перегрузочная способность ( =1,5-2).

Дизели обеспечивают автономность буровых установок, что важно при бурении в малоосвоенных районах. Дизели также экономичны, надежны и долговечны, но требуют специального обслуживания. Перегрузочная способность также достаточно высока ( =1,1 -1,15)

При дизельном приводе, как правило, один двигатель приводит в действие станок, насос, и генератор, при приводе от электродвигателя применяются индивидуальные двигатели для станка и насоса.

Расчет мощности на бурение

 

Потребная мощность бурового агрегата зависит от двух основных процессов: собственно бурения, в результате которого осуществляется углубка скважины, и спускоподъемных операции определяющей как правило является мощность на бурение.

При использовании электродвигателей мощность на привод станка при бурении определяется по формуле:

Nо = квт

где: Nхв - мощность на холостое вращение колонны бурильных труб, квт.

Nдоп - дополнительная мощность на вращение сжатой части бурильной колонны, которая создает осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент, квт.

Nзаб - мощность на забойные процессы, квт.

- к.п.д. передачи от вала двигателя до вращателястанка.

=0,8 - 0,85

Мощность на холостое вращение труб зависит от длины колонны, диаметра труб, скорости вращения, а также от плотности жидкости, кривизны скважины. Наиболее близкие данные получаются при расчете мощности по формуле Федорова Н.А.

Мощность на холостое вращение определяется по формуле:

Nхв = КсСL d2n1,7квт.

где С - коэффициент, учитывающий угол искривления скважин (8, стр. 420).

Коэффициент, учитывающий угол искривления скважины приведен в таблице 1.

Таблица 1.

угол искр. скважины вертикальная 3-50 6 -90 10-160 18 -230 26 -350
             
С 18,8*10-5 22,6*10-5 33,8*10-5- 35,2*10-5- 41,5*10-5- 47,5*10-5
    28,8*10-5 34,3*10-5 40,3*10-5- 46,6*10-5 52,5*10-5

 

L — глубина скважины, м.

- условная плотность жидкости (отношение плотности жидкости к плотности воды)

d - диаметр бурильных труб, м.

n - частота вращения, об/мин.

Мощность дополнительная определяется по формуле:

Nдоп=2,45*10-4 Pn квт

где: Р - осевая нагрузка на коронку, дан.

- радиальный зазор, м

= м

где: Д, d- соответственно диаметр скважины и диаметр бурильных труб, м. Мощность Nзаб забойные процессы определяется по формуле:

1. При твердосплавном бурении:

Nзаб = 5,3*10-4 РnДcр (0,137+ ) квт

2. При алмазном бурении:

Nзаб = 2*10-4 Рn Дср квт

3. При бескерновом бурении:

Nзаб =(3 - 4) 10-4Рn Д квт

где: Р - осевая нагрузка на коронку, долото,даН.

п - частота вращения, об/м.

- коэффициент трения коронки о породу (3. стр., 320) (таблица 2)

Дcр - средний диаметр коронки, м.

 

Дср = м.

Дн и Дв - наружный и внутренний диаметр коронки в м.

Таблица 2.

Глина   0,12   -0,20  
Глинистый сланец   0,15   -0,25  
Мергель   0,18   -0,27  
Известняк   0,30   -0,40  
Доломит   0,25   -0,40  
Песчаник   0,30   -0,50  
Гранит   0,30   -0,40  

При бурении трубами ЛБТН - 54 мощность на холостое вращение определяется по формуле:

Nхв = 3,68*10-7 n1.5L квт

При использовании смазок и эмульсий в формулу Nхв вводится коэффициент

Кс = 0,5-0,6

Кс - коэффициент, учитывающий снижения мощности за счет смазки колонны бурильных труб.

При использовании двигателей внутреннего сгорания мощности двигателя для привода бурового агрегата определяется по формуле:

Nq=N +Nн+ Nг + Nгл квт.

где:N - мощность для привода станка, квт

Nн - мощность для привода насоса, кав

Nг - мощность для привода генератора, квт.

Nгл - мощность для привода глиномешалки, квт.

 

Расчет вышек

Буровые вышки рассчитываются по двум параметрам:

1. Высота вышки (мачты)

2. Нагрузка на вышку (мачту). (Высота мачты определяется по формуле, где Н = К длина свечи, м

Н – высота вышки (мачты),

К – коэффициент, учитывающий возможность переподъема и безопасности торможения,

К = 1,3 – 1,5

- длина свечи, м

Таблица 4.

Проектная глубина скважины   До 50 м   100-200   300 - 500   600 - 800   900 - 1200   1300 - 2000  
Длина свечи, м   3-4,5     9-13,5   13,5-18   18-27   18-28  

Нагрузка на вышку определяется по формуле при простейшей очистке

Qo=2Qкр

При закреплении свободного конца каната на талевом блоке или кронблоке

 

Qo = Qкр

При талевой системе с мертвым концом.

Qo = Qкр

По расчетной высоте и грузоподъемности выбирается вышка (мачта).

Техническая характеристика вышек и мачт приведены (л 5, стр. 167 - 179).

 

 

4.12 Проверочный расчет колонны бурильных труб

 

Расчет бурильных труб

Введение

Бурильная колонна предназначена:

1. Для спуска и подъема бурового снаряда;

2. Для передачи крутящего момента породоразрушающему инструменту;

3. Для передачи осевой нагрузки породоразрушающему инструменту;

4. Для подачи очистного агента;

5. Для ликвидации аварий.

6. Специальные колонны служат также для подъема внутри них керна (бурение ССК, КССК и с гидротранспортом керна).

Применяемые бурильные трубы, их технические данные приведены в таблице (см. приложение).

Бурильная колонна в процессе бурения подвергается действию следующих нагрузок

1. Осевые усилия напряжения от собственного веса колонны, меняющиеся по ее длине, достигая максимума у устья скважины.

2. Осевые усилия сжатия, зависящие от величины осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент.

3.Крутящий момент от передачи вращения породоразрушающему инструменту, максимальное значение у устья скважины.

4. Изгибающий момент, возникающий от продольного изгиба при сжатии и центробежных сил при вращении, или при работе колонны в искривленных и наклонных скважинах.

Величина изгиба зависит от осевых усилий сжатия, величины зазора между стенками скважины и бурильными трубами и частоты вращения колонны. Наибольшее напряжение изгиба у забоя.

5. Динамические нагрузки, возникающие при спуско-подъемных операциях.

6. Усилия от перепада давления промывочной жидкости внутри колонны и в затрубном пространстве.

7. Динамические нагрузки, связанные с вибрацией колонны. В верхней части наиболее опасны напряжения от совместного действия растяжения и кручения, в нижней части наиболее опасны напряжения от совместного действия сжатия, изгиба и кручения.

Кроме того, износ бурильной колонны, вызываемый трением ее о стенки скважины, также снижая ее прочность.

На работоспособность и прочность бурильной колонны оказывают влияние дефекты изготовления, концентрация местных напряжений в резьбе, способствующих появлению и развитию трещин усталости. Наличие промывочной жидкости в скважине приводит к коррозионным явлениям.

Расчет колонны бурильных труб

1. Расчет напряжений в верхней (растянутой) части.

1.1. Напряжение растяжения.

1.1.1. Напряжение растяжения в подвешенной колонне бурильных труб

= qL (р - рж) Па (Мпа)

Где - коэффициент, учитывающий высадку и массу соединений.

=1,05 для СБТН

= 1,1 для СБТМ

= 1,26 для ЛБТ

q - масса 1 м гладкой части бурильных труб в кг.

L- глубина скважины, м.

р- плотность материала труб кг/м3

для стали р= 7850 кг/м3

для сплава Д16 Тр= 2800 кг/м3

1.1.2. Напряжение растяжения при подъеме колонны труб из скважины,

= Кпр qL(p-pж)cosӨ(1+ftqӨ)Па(Мпа)

Где Кпр - коэффициент, учитывающий силы сопротивления при подъеме (1+ tgӨ) Па(МПа)

Кпр = 1,2 при Ө =0-2°

Кпр = 1,25 при Ө =-6°

Кпр= 1,6 при Ө =10-15°

Кпр= 2 в скважинах малого диаметра при средней интенсивности искривлений.

Ө - среднее значение зенитного угла град.

f - коэфициент трения бурильных труб о породу, обсадные трубы f = 0,2 - 0,3.

1.1.3. напряжение растяжения в верхнем сечении во время бурения.

= (q(L - еж)(р - рж)соs Ө (1+ftq Ө) Па (Мпа)

Где еж длина сжатого участка колонны, необходимая для передачи осевой нагрузки м.

еж =

где Р- осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент Н.

g- ускорение свободного падения м/с2

g-9,81м/с2

1.1.4. Напряжение растяжение в резьбовой части бурильных труб ниппельного соединения в формулы 1.1.1., 1.1.2.,1.1.3. вводится коэффициент, учитывающий ослабление прочности труб в соединениях.

=

где d - наружний диаметр труб, м

d1- внутренний диаметр бурильных труб, м

d2- внутренний диаметр бурильных труб по впадинам резьбы,. м

Напряжение кручения в верхней части.

1.2.1. Для бурильных труб муфтово- замкового соединения. Па (МПА)

Па (МПА)

где, Мкр- крутящий момент, передаваемый бурильной колонной вН*м

Wp- полярный момент сопротивления сечения бурильной колонны, м3

Крутящий момент определяется по формуле:

Н*м.

 

Где N- мощность, затрачиваемая на процесс бурения,Вг

w - угловая скорость вращения С-1

Так как современное бурение (особенно алмазное) ведется на режимных параметрах, устанавливаемых из расчета полного использования мощности двигателя станка мощность.

N=NoВт

Где, - КПД передачи от вала двигателя к вращателю = 0,8-0,9

- коэффициент перегрузки двигателя

=1-1,1 для ДВС

= 1,5-2 для электродвигателей.

No- мощность двигателя станка Вт.

Для нормальных условий бурения, мощность затрачиваемая на процесс бурения определяется по формуле:

КВт

Где Nхв - мощность на холостое вращение бурильных труб КВт.

Nзаб – мощность на забойные процессы КВт.

Nдоп- дополнительная мощность на вращение колонны труб, создающих осевую нагрузку на на породоразрушающий инструмент, КВт.

Мощности, затрачиваемые на процесс бурения приведены в методической разработки, «Расчет мощности на бурение»

Угловая скорость вращения С-1

=

Последнее изменение этой страницы: 2016-07-22

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...