Расчет технологических режимов бурения

Основными параметрами режима бурения при вращательном бурении являются:

1. Осевая нагрузка на породоразрущающий инструмент

2. Частота вращения инструмента

3. Расход очистного агента при соответствующемего качестве

1. Осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент определяется по формулам:

1.1. При твердосплавном бурении

Р-Р_оm (кН) (л.1 стр. 122) где Р_о - нагрузка на одны основной резец (вставку, при бурении самозатачивающимися коронками)

m - число основных резцов (вставок)

Значение Ро и m приведены л.1 стр. 114-115.

1.2. При алмазном бурении

P=KP_oS (кН) (л.1 стр. 168)

где К - коэффициент, учитывающий трещиноватостьи абразивность пород (л.1 стр. 168).

Р_о—осевая нагрузка на 1см² алмазосодержащей площади торца коронки (кН) (л.1 стр. 168)

S - алмазосодержащая площадь торца коронки см² (п. 1 стр. 168)

1.3. При бескерновом бурении (бурении сплошным забоем)

Р=РоДg (кН)

где: Р_о - осевая нагрузка на 1см диаметра долота в кН (л. 1 стр. 278

Д - диаметр долота в см.

2. Частота вращения породоразрущающего инструмента определяется по формуле:

2.1. При твердосплавном и алмазном бурении

об/мин.

где: V - окружная скорость вращения м/сек.

При твердосплавном бурении окружающая скорость приведена (л. 1 стр. 114-115)

При алмазном бурении окружная скорость приведена (л.1 стр. 170)

где: Д_ср - средний диаметр коронки в м.

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

Дн и Дв - соответственно наружный и внутренний диаметр коронки в м. приведены:

При твердосплавном бурении (л. 1 стр. 114-115, стр. 168)

При алмазном бурении (№1 стр.168).

2.2. При бурении сплошном забоем частота вращения долота

п= об/мин.

где: V - окружная скорость вращения долота в м/с (л. 1 стр 271)

Д_д - диаметр долота в м

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

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:

N_о = квт

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

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

N_заб - 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:

N_хв = КсСL d²n^1,7квт.

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

Коэффициент, учитывающий угол искривления скважины приведен в таблице 1.

Таблица 1.

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:

N_доп=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 N_заб забойные процессы определяется по формуле:

1. При твердосплавном бурении:

N_заб = 5,3*10^-4 РnДcр (0,137+ ) квт

2. При алмазном бурении:

N_заб = 2*10^-4 Рn Дср квт

3. При бескерновом бурении:

N_заб =(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.

Д_н и Д_в - наружный и внутренний диаметр коронки в м.

Таблица 2.

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

N_хв = 3,68*10^-7 n^1.5L квт

При использовании смазок и эмульсий в формулу N_хв 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.