27. Расчет и выбор осевой нагрузки на долото

П ри нагружении долота осевой нагрузкой G создается необ­ходимое для разрушения горной породы напряженное со­стояние и осуществляется отбор энергии от вращающегося инструмента для обеспечения последовательного разрушения породы по всему забою. Осевая нагрузка,

где g_i — интенсивность осевой нагрузки, кН на 1 мм диамет­ра D долота. Предельные значения g_i, составляют 0,5-1,5 кН/мм, причем меньшим диаметрам долота соответствует нижний предел, а большим — верхний предел.

Следует отме­тить, что породоразрушающие инструменты, оснащенные ал­мазно-твердосплавными пластинками и резцами, эксплуати­руются при нагрузках на порядок меньших, чем шарошечные долота.

28. Расчет и выбор частоты вращения долота

По частоте вращения различают три режима работы:

1) низкооборотное (роторное) бурение — об/мин;

2) при средних частотах вращения, в пределах которых выделяют два диапазона — об/мин и об/мин; эти диапазоны реализуются при вращении до­лот объемными забойными двигателями и редукторами турбобурами и электробурами;

3) высокооборотное бурение — об/мин; реализу­ется при бурении с безредукторными турбобурами и элек­тробурами.

29. Расчет и выбор производительности насосов

Производительность насоса должна обеспечивать полное и своевременное удаление шлама с забоя и из сква­жины, а также обеспечивать работу гидравлических забойных двигателей. Расход бурового раствора предварительно подбирается из этих трех условий:

1) из условия очистки забоя определяется расход О,:,

где — удельный расход бурового раствора, м³/(с*м²) или м/с;

F₃ — площадь забоя скважины, F₃ = 0,785 D²;

где D - диаметр долота;

Величину q_уд рекомендуется брать в пределах 0,57 — 0,65 м/с;

2) из условия подъема шлама в кольцевом зазоре между бурильными трубами и стенкой скважины определяется рас­ход О₂:

,

где u — необходимая скорость восходящего потока жидкости, м/с;

F_к — площадь кольцевого зазора,

F_K = 0,785(D² - d²),

где d — диаметр бурильной трубы.

3) из условия обеспечения работы гидравлического забой­ного двигателя определяется расход

,

где М_А — крутящий момент, необходимый для вращения до­лота;

к₃ — параметр забойного двигателя.

Из трех получен­ных расходов принимается наибольший.

30 Назначение буровых растворов.

1) вынос частиц выбуренной породы из скважины;

2) передача энергии турбобуру или винтовому двигателю;

3) предупреждение поступления в скважину нефти, газа и воды;

4) удержание частичек разбуренной породы во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции;

5) охлаждение и смазывание трущихся деталей долота;

6) уменьшение трения бурильных труб о стенки скважины;

7) предотвращение обвалов пород со стенок скважины;

8) уменьшение проницаемости стенок скважины, благодаря коркообразованию.

31 Свойства и параметры буровых растворов

Буровые растворы должны удовлетворять ряду требований:

1) выполнять возложенные функции;

2. не оказывать вредного влияния на бурильный инструмент и забойные двигатели (коррозия, абразивный износ и т.д.);

3. легко прокачиваться и очищаться от шлама и газа;

4. быть безопасными для обслуживающего персонала и окружающей среды;

5. быть удобными для приготовления и очистки;

6) быть доступными, недорогими, допускать возможность мно- гократного использования.

Основными параметрами буровых растворов являются плотность, вязкость, показатель фильтрации, статическое напряжение сдвига, стабильность, суточный отстой, содержание песка, водородный показатель.

Плотность промывочных жидкостей может быть различной: у растворов на нефтяной основе она составляет 890...980 кг/м³, у малоглинистых растворов - 1050... 1060 кг/м³, у утяжеленных буровых растворов - до 2200 кг/м³ и более.

Выбор бурового раствора должен обеспечить превышение гидростатического давления столба в скважине глубиной до 1200 м над пластовым на 10...15 %, а для скважин глубже 1200 м - на 5...10 %.

Вязкость характеризует свойство раствора оказывать сопротивление его движению.

Показатель фильтрации - способнбеть раствора при определенных условиях отдавать воду пористым породам. Чем больше в растворе свободной воды и чем меньше глинистых частиц, тем большее количество воды проникает в пласт.

Статическое напряжение сдвига характеризует усилие, которое требуется приложить, чтобы вывести раствор из состояния покоя.

Стабильность характеризует способность раствора удерживать частицы во взвешенном состоянии. Она определяется величиной разности плотностей нижней и верхней половин объема одной пробы после отстоя в течений 24 ч. Для обычных растворов ее величина должна быть не более 0,02 г/см^а, а для утяжеленных - 0,06 г/см³.

Суточный отстой - количество воды, выделяющееся за сутки из раствора при его неподвижном хранении. Для высокостабильных растворов величина суточного отстоя должна быть равна нулю.

Содержание песка - параметр, характеризующий содержание в растворе частиц (породы, не разведенных комочков глины), неспособных растворяться в воде. Его измеряют по величине осадка, выпадающего из бурового раствора, разбавленного водой, после интенсивного взбалтывания. В хорошем растворе содержание песка не должно превышать 1 %.

Величина водородного показателя рН характеризует щелочность бурового раствора. При рН > 7 раствор щелочной, при рН = 7 нейтральный, при рН < 7 - кислый.