Выбор и расчет необходимого расхода очистного агента

Обоснование класса и типоразмеров долот по интервалам бурения

Разработка режимов бурения

Обоснование и расчет профиля проектной скважины

Скважины, у которых устье и центр круга допуска лежат на вертикальной прямой, являющиеся её проектным профилем, а отклонение ствола скважины от вертикали не превышает радиус круга допуска называются вертикальными.

Для скважин глубиной от 1250 до 1740 метров радиус круга допуска равняется 55 метров.

Для этого необходимо стабилизировать зенитный угол скважины на уровне 2 – 3º.

Для экономии времени и затрат на строительство поисково-оценочной скважины проектный профиль скважины выбирается вертикальный.

В процессе проводки скважины возможны следующие отклонения от проектного профиля на величины следующих значений:

Таблица 2.1. – Отклонение проектного профиля

Глубина, м	Угол отклонения,	Магнитный азимут, градусы
градусы	минуты	секунды

Под режимом бурения понимают комплекс субъективных факторов, которые определяют эффективность работы породоразрушающего инструмента на забое скважины. Каждый из этих факторов называется режимным параметром.

В качестве основных режимных параметров можно выделить следующие: нагрузку на долото G_ос, кН; частота вращения инструмента n, мин-1; расход промывочной жидкости Q, л/с; тип и качество циркуляционного агента.

В основу выбора типов долот должны быть положены физико-механические свойства горных пород таких как:

- твёрдость

- абразивность

- пластичность

- пористость и другие.

Опыт бурения на Джахабанской площади показывает, что бурение шарошечными долотами обеспечивает безаварийную проходку по всему разрезу скважины.

Применение долот с опорами типа В позволяет производить бурение турбинным способом из-за возможности выдерживать высокие скорости вращения и гидромониторные насадки Г позволяют использовать гидромониторный эффект для очистки поверхности забоя и частичного разрушения горной породы. У – маслонаполненные с автоматической подачей смазки, что увеличивает срок службы долота.

На основании изучения геологического материала и результатов геофизических исследований, а также данные о работе долот и параметров режима бурения по пробуренным на данной площади скважинам производится ориентировочный подбор типов долот по вооружению для литологически однородных материалов. Для данных геологических условий выбираем:

0 - 50 метров, породы мягкие абразивные слоистые: торфяники, суглинки, супеси и пески. Для турбинного бурения наиболее эффективно долото III 393,7 СГВУ

50 - 905 метров, породы мягкие абразивные слоистые: глины. Для турбинного способа бурения наиболее эффективно долото III 295,3 МСЗ-ГНУ

905 - 1740 метров, порода мягко-средняя абразивная слоистые: пески, глины, алевролиты, выбираем долото III 215,9 МЗ-ГВ

2.3.2. Расчёт осевой нагрузки на долото

Осевая нагрузка, как режимный параметр бурения, обеспечивает внедрения элементов долота в горную породу. С повышением осевой нагрузки, увеличивается эффективность разрушения, а наиболее эффективный процесс разрушения горной породы наблюдается в том случае, когда осевая нагрузка обеспечивает напряжение на контакте долота с горной породой превышающее значение ее твердости.

Осевая нагрузка для всех интервалов рассчитывается по статическому методу, затем расчётное значение сравнивается с допустимой нагрузкой по паспорту долота и принимается осевая нагрузка в пределах вычисленных величин. Все расчёты проводятся по [1].

Осевая нагрузка на долото G_ос для каждого интервала бурения рассчитывается по формуле:

G_ос = g_o • Д_д, тс (2.1)

где g_o – удельная нагрузка на 1 см диаметра долота, кгс/см;

Д_д – диаметр долота, см.

Значения удельных нагрузок:

· для пород категории М, g_o = 250 кгс/см;

· для пород категории МС, g_o = 700 кгс/см;

· для пород категории С, g_o = 850 кгс/см.

Расчётное значение осевой нагрузки не должно превышать 80 % от (G_доп) допустимой по паспорту долота. Данное условие проверяем из неравенства:

Gос < 0,8 • Gдоп, (2.2)

В интервале бурения под направление от 0 до 905 метров осевая нагрузка на долото рассчитывается по формуле (1), здесь удельная нагрузка (g_o) принимается 250 кгс/см.

G_ос = 250 • 29,53 = 7382,5 = 7,4 тс.

В интервале бурения от 905 до 1740 метров осевая нагрузка на долото рассчитывается по формуле (2.1), здесь удельная нагрузка (g_o) принимается 700 кгс/см.

G_ос = 700 • 21,59 = 15113 = 15,1 тс.

Расчётное значение осевой нагрузки проверяется из неравенства (2.2):

· для интервала 0 – 905 метров G_доп= 30 тс [2], G_ос < 0.8 • 30 = 24 тс. Условие выполняется, следовательно, G_ос на этом интервале принимается равной 7,4 тс;

· для интервала 905 - 1740 метров G_доп= 25 тс [2], G_ос < 0.8 • 25 = 20 тс. Условие выполняется, следовательно, G_ос на этом интервале принимается равной 15,1 тс;

2.3.3. Расчёт частоты вращения долота

Частота вращения шарошечных долот рассчитывается для всех типоразмеров долот по следующим трём показателям:

· рекомендуемой линейной скорости на периферии долота;

· продолжительности контакта зубьев долота с горной породой;

· стойкости опор долота.

Все ниже перечисленные расчёты производятся по [1].

Расчёт по рекомендуемой окружной скорости на периферии долота.

Расчётная частота вращения долота рассчитывается по формуле:

n = (60 • V_окр) / (π • Д_д), об/мин (2.3)

где n – расчётная частота вращения долота, об/мин;

V_окр – окружная скорость для шарошечных долот, м/с;

Д_д – диаметр долота, м.

Окружная скорость выбирается в зависимости от твёрдости горной породы:

- для пород категории М, V_окр = 2,8 ÷ 3,4 м/с;

- для пород категории С, V_окр = 1,8 ÷ 2,8 м/с;

На интервале бурения от 0 до 905 метров, для долота III 295,3 МСЗ-ГНУ окружная скорость (V_окр) принимается равной 3,4 м/с. Расчётная частота вращения долота рассчитывается по формуле (2.3):

n = (60 • 3,4) / (3,14 • 0,2953) = 194,1 = 220 об/мин

На интервале бурения от 905 до 1740 метров, для долота III 215,9 МЗ-ГВ окружная скорость (V_окр) принимается равной 2,8 м/с. Расчётная частота вращения долота рассчитывается по формуле (2.3):

n = (60 • 2,8) / (3,14 • 0,2159) = 247, 8 = 248 об/мин

Расчёт частоты вращения по продолжительности контакта зубьев долота с горной породой.

Частота вращения долота рассчитывается по формуле:

n = 0,6 • 105 • d_ш / (τ_min • z • Д_д), об/мин (2.4)

где n – частота вращения долота, об/мин;

d_ш – диаметр шарошки долота, м;

Д_д – диаметр долота, м;

z – число зубьев на периферийном венце шарошки;

τ_min – минимальное значение времени контакта зубьев долота с горной породой;

d_ш / Д_д = 0,6 ÷ 0,7 принимаем среднее значение равное 0,65.

Число зубьев на периферийном венце шарошки (z) для долота III 295,3 МСЗ-ГНУ равно 22, а для долот III 215,9 МЗ-ГВ и III 215,9 С-ГВ оно равно 18.

Минимальное значение времени контакта зубьев долота с горной породой (τmin):

· для упруго пластичных пород равно 5 ÷ 7 мкс;

· для пластичных пород равно 3 ÷ 6 мкс;

· для упруго хрупких пород равно 6 ÷ 8 мкс;

· для хрупких пород равно 8 ÷ 10 мкс.

Для интервала 0 – 905 метров принимаем τ_min = 6 мкс, а число зубьев на периферийном венце шарошки (z) равно 22. По формуле (2.4):

n = 0,6 • 105 • 0,65 / (6 • 22) = 295 об/мин

Для интервала 905 – 1740 метров принимаем τ_min = 7 мкс, а число зубьев на периферийном венце шарошки (z) равно 18. По формуле (4):

n = 0,6 • 105 • 0,65 / (7 • 18) = 309,5 об/мин

Расчёт по износу опор долота.

Здесь частота вращения долота рассчитывается по формуле:

n = T_o / (0.02 • (α + 2)), об/мин (2.5)

где n – частота вращения долота, об/мин;

T_o – потенциальная стойкость опор долота, час;

T_o = 0,0935 • Дд, (2.6)

где Д_д – диаметр долота, мм;

α – коэффициент, учитывающий свойства горных пород:

· для пород категории М α = 0,7 ÷ 0,9;

· для пород категории С α = 0,5 ÷ 0,7;

· для пород категории Т α = 0,3 ÷ 0,5.

Интервал бурения 0 – 905 метров сложен породами категории М, следовательно, α = 0,8. По формуле (2.5) рассчитываем частоту вращения долота для данного интервала:

n = 0,0935 • 295,3 / (0.02 • (0,8 + 2)) = 493 об/мин;

Интервал бурения 905 – 1740 метров сложен породами категории МС, следовательно, α = 0,7. По формуле (2.5) рассчитываем частоту вращения долота для данного интервала:

n = 0,0935 • 215,9 / (0.02 • (0,7 + 2)) = 373,8 об/мин;

Из всех значений выбираются меньшие:

0 – 905 метров n = 220 об/мин

905 – 1740 метров n = 248 об/мин

Расчётная частота вращения долота не совпадает с частотой вращения турбобура, следовательно, необходимо применять редукторную вставку.

Режим течения бурового раствора является одним из управляющих факторов в процессе бурения.

Для каждого конкретного случая существует определённое значение расхода промывочной жидкости, кроме того, она является носителем энергии при использовании гидравлических забойных двигателей и буровых долот с гидромониторным эффектом. Таким образом, необходимо чтобы выбранный расход бурового раствора обеспечивал следующие функции:

· очистка забоя скважины от выбуренной породы;

· удаление продуктов разрушения по затрубному пространству на дневную поверхность;

· передавать мощность от источника на дневной поверхности к забою;

· гидромониторный эффект при бурении долотами с гидромониторными насадками;

· препятствовать проявлениям неустойчивости пород стенок скважины;

· способствовать сохранению естественных коллекторских свойств продуктивных пластов в приствольной зоне скважины.

Расчёты в этом разделе ведутся по [1].

Рассчитывается расход промывочной жидкости по интенсивности очистки забоя скважины.

Q = k ∙ S_заб, л/с (2.7)

где k – коэффициент удельного расхода жидкости (0,03 ÷ 0,065 л/с);

S_заб – площадь забоя скважины, см².

Площадь забоя скважины рассчитывается по формуле:

S_заб = 0,785 ∙ D_д², см² (2.8)

В интервале бурения под кондуктор площадь забоя скважины рассчитывается по формуле (2.8):

S_заб = 0,785 ∙ 29,53² = 684,53 см²

Расход промывочной жидкости на данном интервале бурения определяется по формуле (2.7):

Q = 0,065 ∙ 684,53 = 44,5 л/с

В интервале бурения под эксплуатационную колонну площадь забоя скважины рассчитывается по формуле (2.8):

S_заб = 0,785 ∙ 21,59² = 365,91 см²

Расход промывочной жидкости на данном интервале бурения определяется по формуле (2.7):

Q = 0,065 ∙ 365,91 = 23,8 л/с

Рассчитывается расход промывочной жидкости по скорости восходящего потока.

Q = V_В ∙ S_К.П. ∙10³, л/с (2.9)

где V_В – скорость восходящего потока, м/с;

S_К.П. – площадь кольцевого пространства, м².

Рекомендуемая скорость восходящего потока:

для пород категории М ~ 0,9 ÷ 1,3 м/с;

для пород категории С ~ 0,7 ÷ 0,9 м/с;

Площадь кольцевого пространства рассчитывается по формуле:

S_К.П. = 0,785 ∙ (D_д² – d_Б.Т.²), (2.10)

В интервале бурения под кондуктор принимается: d_Б.Т. = 0,127 м, V_В=1,0 м/с, тогда площадь кольцевого пространства рассчитывается по формуле (2.10):

S_К.П. = 0,785 ∙ (0,2953² – 0,127²) = 0,0558 м²;

Расход промывочной жидкости на данном интервале рассчитывается по формуле (2.9):

Q = 1,0 ∙ 0,0558 ∙10³ = 56 л/с.

В интервале бурения под эксплуатационную колонну принимается: d_Б.Т. = 0,127 м, V_В = 0,9 м/с, тогда площадь кольцевого пространства рассчитывается по формуле (2.10):

S_К.П. = 0,785 ∙ (0,2159² – 0,127²) = 0,0239 м²;

Расход промывочной жидкости на данном интервале рассчитывается по формуле (2.9):

Q = 0,9 ∙ 0,0239 ∙10³ = 21,5 л/с.

Рассчитывается расход промывочной жидкости из условия создания гидромониторного эффекта.

Q = F_н ∙ 7,5, л/с (2.11)

где F_н – площадь сечения насадок долота, см²;

F_н = m ∙ (π ∙ d_н²) / 4, см² (2.12)

где m – число насадок;

d_н – диаметр насадок, см.

Площадь сечения насадок долота рассчитывается по формуле (2.12):

F_н = 2 ∙ (3,14 ∙ 1,22) / 4 = 2,26 см²

Расход промывочной жидкости рассчитывается по формуле (2.12):

Q = 2,26 ∙ 7,5 = 17 л/с

Рассчитывается расход промывочной жидкости, обеспечивающий вынос шлама на поверхность.

Q = V_кр∙ S_max+ (S_заб∙ V_мех∙ (γ_п – γ_ж)) / (γ_см – γ_ж), м³/с (2.13)

где V_кр – скорость частиц шлама относительно промывочной жидкости, м/с;

S_max – максимальная площадь кольцевого пространства в открытом стволе, м²;

S_заб – площадь забоя скважины, м²;

V_мех – механическая скорость бурения, м/с;

γ_п – удельный вес породы, г/см³;

γ_ж – удельный вес промывочной жидкости, г/см³;

γ_см – удельный вес смеси (шлам и промывочная жидкость), г/см³;

γ_см – γ_ж = 0,01 ÷ 0,02 г/см³, принимаем γ_см – γ_ж = 0,02 г/см³.

Задаются параметры:

V_мех = 0,05 м/с,

V_кр = 0,5 м/с,

γ_п = 2,3 г/см³.

В интервале от 0 до 905 метров рассчитывается площадь забоя скважины:

S_заб = 0,2953² ∙ 0,785 = 0,068 м²

В интервале от 905 до 1740 метров площадь забоя скважины будет равняться:

S_заб = 0,2159² ∙ 0,785 = 0,036 м²

В интервале от 0 до 905 метров рассчитывается максимальная площадь кольцевого пространства скважины:

S_max = (0,2953² – 0,127²) ∙ 0,785 = 0,0558 м²

В интервале от 905 до 1740 метров максимальная площадь кольцевого пространства скважины будет равняться:

S_max = (0,2159² – 0,127²) ∙ 0,785 = 0,0239 м²

В интервале от 0 до 905 метров рассчитывается расход промывочной жидкости по формуле (2.13), (γ_ж = 1,15 г/см³):

Q = 0,5 ∙ 0,0558 + (0,068 ∙ 0,05 ∙ (2,3 – 1,15)) / 0,02 = 0,22 м³/с = 22 л/с

В интервале от 905 до 1740 метров расход промывочной жидкости будет равняться (γ_ж = 1,12 г/см³):

Q = 0,5 ∙ 0,0239 + (0,036 ∙ 0,05 ∙ (2,3 – 1,12)) / 0,02 = 0,12 м³/с = 12 л/с

Рассчитывается расход промывочной жидкости, предотвращающий размыв стенок скважины.

Q = S_min ∙ V_{кп max}, л/с (2.14)

где S_min – минимальная площадь кольцевого пространства, м2;

V_{кп max} – максимально допустимая скорость течения промывочной жидкости в кольцевом пространстве, V_{кп max} = 1,5 м/с.

В интервале бурения под кондуктор принимается d_Б.Т. = 0,127 м и минимальная площадь кольцевого пространства рассчитывается:

S_min = 0,785 ∙ (0,2953² – 0,127²) = 0,0558 м²

В интервале бурения под эксплуатационную колонну принимается d_Б.Т.=0,127 м и минимальная площадь кольцевого пространства рассчитывается:

Smin = 0,785 ∙ (0,2159² – 0,127²) = 0,0239 м²

В интервале бурения под кондуктор расход промывочной жидкости рассчитывается по формуле (14):

Q = 0,0558 ∙ 1,5 =0,084 м³/с = 84 л/с

В интервале бурения под эксплуатационную колонну расход промывочной жидкости рассчитывается по формуле (2.14):

Q = 0,0239 ∙ 1,5 =0,036 м³/с = 36 л/с.

Рассчитывается расход промывочной жидкости для предотвращения прихватов инструмента.

Q = S_max ∙ V_{кп min}, м³/с (2.15)

где S_max – максимальная площадь кольцевого пространства, м²;

V_{кп min} – минимально допустимая скорость промывочной жидкости в кольцевом пространстве, V_{кп min} = 0,5 л/с.

В интервале бурения от 0 до 905 метров расход промывочной жидкости рассчитывается по формуле (2.15):

Q = 0,0558 ∙ 0,5 = 0,0279 м³/с = 27,9 л/с;

В интервале бурения от 905 до 1740 метров расход промывочной жидкости рассчитывается по формуле (2.15):

Q = 0,0239 ∙ 0,5 = 0,0119 м³/с = 11,9 л/с.

Расчет не допущения гидроразрыва пород.

Р_гр = 0,0083 ∙ Н + 0,66 ∙ Р_пл, (2.16)

где Н – глубина скважины, м;

Р_пл – пластовое давление, МПа.

Принимаются плотность промывочной жидкости γж = 1,2 г/см³, пластовое давление Р_пл = 26,7 МПа.

Следовательно, по формуле (2.16):

Р_гр = 0,0083 ∙ 2700 + 0,66 ∙ 26,7 = 40 МПа

Давление в скважине рассчитывается по формуле:

Р_скв = 0,1 ∙ γ_ж ∙ Н, атм (2.17)

где γ_ж – плотность промывочной жидкости, г/см3;

Н – глубина скважины, м.

Р_скв = 0,1 ∙ 1,2 ∙ 2700 = 324 атм. = 32,4 МПа.

Так как Р_гр ≥ Р_скв, значит гидроразрыва пород не будет.

Из всех расчетных значений расхода промывочной жидкости приведенных выше выбирают оптимальные (удовлетворяющие требованиям приведенным выше).

Интервал, м 0 – 905 905 – 1740

Расход промывочной жидкости, л/с 27 – 84 27 – 36

Расход уточняется при выборе типа забойного двигателя (исходя из необходимой подачи для его работы) и подачи насосов. Окончательный выбор производится при расчете гидравлической программы промывки скважины в п. 2.6.

Дата добавления: 2015-07-13