2. Разделение интервала отработки долот на участки пород одинаковой буримости с помощью методики а.А.Радионова.

Проверим результаты графического разделения интервала на пачки с помощью методики Д. А. Родионова. Согласно исходным данным составляем ряд значений средних за рейс механических скоростей проходки в порядке их последовательности при бурении скв. № 1 и № 2.

Каждый ряд из 9 значений механической скорости строим по формуле

(1.6)

Для скважины № 1:

Для скважины № 2:

Находим величину М по формуле

_(1.7)

; .

Определяем значения функции y по формуле:

_(1.8)

Для скважины № 1:

Для скважины № 2:

Максимальное значение функции для рядов скоростей по скв. №1 и №2 имеют место при и соответственно равны и . Они подтверждают результаты произведенного выше графического разделения разреза на два участка пород одинаковой буримости (Рисунок 2).

Рис. 2. Разделение интервала отработки долот по методике Д.А. Родионова.

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.

Таблица 1

Интервал одинаковой буримости, м	Рекомендуемые параметры промывочной жидкости
	ρ, кг/м3	Q, м3/с
2650 – 2950 1224,2 0,0345 2950 – 3200 1224,2 0,0345

4. Выбор оптимального режима бурения и лучшего из примененных типов долот.

Эту задачу решают путем поиска и сравнения значений минимума стоимости одного метра проходки, которых можно было бы достичь при применении конкурирующих долот одинакового диаметра в пачках постоянной буримости (v_м=const) в ранее пробуренных скважинах.

Согласно исходным данным задания определим в верхнем (первом) интервале 2650 – 2950 м среднее арифметическое значение проходки на долото h_д, стойкости долота t_б и механической скорости проходки v_м по формулам:

(1.9)

(1.10)

(1.11)

Скважина № 1, долото Ш 244,5 Т-ЦВ:

Скважина № 2, долото Ш 244,5 С-ЦВ:

Чтобы найти адаптационные коэффициенты, необходимо определить частоту вращения долот Ш 244,5 Т-ЦВ и Ш 244,5 С-ЦВ во время отработки в скв. № 1 и № 2 на валу турбобура 3ТСШ1-195 при нагрузке на долото Р_д=215 кН, расходе раствора Q=0,0345 м³/с и плотности ρ=1224,2 кг/м³.

Для удобства расчетов сведем необходимые в последующих вычислениях справочные значения параметров используемого турбобура в таблицу 2.

Таблица 2

Характеристика турбобура при плотности промывочной жидкости ρ_Т=1200 кг/м³

Шифр забойного двигателя	Наружный диаметр, м	Подача промывочной жидкости QТ, м3/с	Частота вращения вала nТ, об/мин	Крутящий момент на валу при максимальной мощности МТ, Н м	Перепад давления ΔРтб.т, МПа	Средний диаметр проходного канала турбобура dт.ср, м	Средний радиус трущихся поверхностей пяты rср., м	Масса, кг	Длина, м
3ТСШ1	0,195	0,030	400	1550	4,50	0,1305	0,068	4850	25,905

Рассчитаем величины, описывающую характеристику турбобура согласно исходным данным.

Тормозной момент вычислим по формуле:

М_Т – справочное значение крутящего момента на валу (Н м) в режиме максимальной мощности турбобура; Q_Т, ρ_T – справочное значение подачи (м³/с) и плотности жидкости (кг/м³).

Момент на долоте найдем по формуле:

а – коэффициент, зависящий от типа долота: для трехшарошечных долот типа М, МС, МСЗ а≈0,2; для долот С, СЗ, СГ, СТЗ а≈0,15; для долот Т, ТЗ а≈0,11, для фрезерных долот а≈0,45, для алмазных и одношарошечных долот а≈0,36; d_д – диаметр долота.

Тогда для скв. № 1:

а для скв. № 2:

Частоту холостого вращения вала определим по формуле:

n_Т – справочное значение частоты вращения вала (об/мин).

Осевое усилие на валу турбобура рассчитаем по формуле:

ΔР_тб.т – справочное значение перепада давления в турбобуре (Па); d_т.ср. – справочный средний диаметр проходного канала турбины, м.

Подставим найденные значения М_торм, М_дI, М_дII, n_х и Р_Г в формулу:

r_ср – справочный средний радиус трущихся поверхностей пяты, м; µ_Т – коэффициент трения в осевой опоре (в опорах скольжения µ_Т≈0,08, качения µ_Т≈0,01).

Получаем, что в скв. № 1 долото было отработано при частоте вращения:

а в скв. № 2 долото было отработано при частоте вращения:

Теперь можно определить адаптационные коэффициенты по формулам:

Для долота Ш 244,5 Т-ЦВ:

Для долота Ш 244,5 С-ЦВ:

Построим графики внешней характеристики турбобура для большей наглядности.

Для долота Ш 244,5 Т-ЦВ:

1 – ая точка. Нагрузка на долото

Момент на долоте:

Разгонная частота вращения вала турбобура:

2 – ая точка. Режим разгруженной осевой опоры, когда Р_д=Р_Г.

Момент на долоте:

Частота вращения вала:

3 – я точка. Торможение турбобура, когда n=0.

Чтобы частота n стала равно нулю, необходимо на долото создать нагрузку:

Для более точного построения характеристики турбобура n=n(Р_д) в диапазоне от 0 до 375,81 кН можно рассчитать соответствующие различным нагрузкам значение частоты вращения вала (долота), например, при Р_д=200 кН частота n=465,333 об/мин, а при Р_д=50 кН частота n=788,103 об/мин.

На характеристике участок устойчивой работы турбобура ограничивается сверху точкой A с координатами, соответствующими разгонной частоте вращения n_Р=800,613 об/мин и нагрузке Р_д=0, снизу точкой С с координатой по частоте, определяемой по формуле:

где k – эмпирический коэффициент, который для турбобура с резиново-металлической осевой опорой равен 0,4, а с шаровой – составляет 0,2.

При этом согласно рисунку нижний конец участка устойчивой работы по нагрузке имеет Рд=254,82 кН.

Согласно паспортным данным долот, в качестве наибольшей нагрузки на долото Ш 244,5 Т-ЦВ принимаем 0,9 от максимально допустимой нагрузки на долото, т.е.

При этой нагрузке частота вращения долота, которую разовьет турбобур согласно характеристике, составит:

.

Рис. 3. Зависимость механической скорости и частоты вращения от нагрузки на долото :

1 – характеристика турбобура 3ТСШ1

2 – зависимость v_м=v_м(Р_д)

Участок совместимых условий работы системы «турбобур – долото» на характеристике турбобура располагается в интервале между точками A (Р_д=0, n_д=800,613 об/мин) и B (Р_д=288 кН, n_д=232,415 об/мин).

Так как при турбинном способе бурения n=n(Р_д), для долота Ш 244,5 Т-ЦВ построена зависимость v_м=v_м(Р_д) в виде кривой 2, не имеющей максимума.

Таким образом, согласно приведенным выше результатам в дальнейшем для отработки долота Ш 244,5 Т-ЦВ в сочетании с турбобуром 3ТСШ1 в качестве наиболее эффективной считаем нагрузку 288 кН при частоте вращения 232,415 об/мин.

Для долота Ш 244,5 С-ЦВ:

1 – ая точка. Нагрузка на долото P_д=0.

Момент на долоте:

Разгонная частота вращения вала турбобура:

2 – ая точка. Режим разгруженной осевой опоры, когда Р_д=Р_Г.

Момент на долоте:

Частота вращения вала:

3 – я точка. Торможение турбобура, когда n=0.

Чтобы частота n стала равно нулю, необходимо на долото создать нагрузку

Для более точного построения характеристики турбобура n=n(Р_д) в диапазоне от 0 до кН можно рассчитать соответствующие различным нагрузкам значение частоты вращения вала (долота), например, при Р_д=250 кН частота n=201,312 об/мин, а при Р_д=50 кН частота n=761,767 об/мин.

На характеристике участок устойчивой работы турбобура ограничивается сверху точкой A с координатами, соответствующими разгонной частоте вращения n_Р=800,613 об/мин и нагрузке Р_д=0, снизу точкой С с координатой по частоте, определяемой по формуле:

При этом согласно графику нижний конец участка устойчивой работы по нагрузке имеет Рд=212,52 кН.

Согласно паспортным данным долот, в качестве набольшей нагрузки на долото Ш 244,5 С-ЦВ принимаем 0,9 от максимально допустимой нагрузки на долото, т.е.

При этой нагрузке частота вращения долота, которую разовьет турбобур согласно характеристике, составит .

Участок совместимых условий работы системы «турбобур – долото» на характеристике турбобура располагается в интервале между точками A (Р_д=0, n_д=800,613 об/мин) и B (Р_д=288 кН, n_д= об/мин).

Так как при турбинном способе бурения n=n(Р_д), для долота Ш 244,5 C-ЦВ построена зависимость v_м=v_м(Р_д) в виде кривой 2, не имеющей максимума.

Таким образом, согласно приведенным выше результатам в дальнейшем для отработки долота Ш 244,5 С-ЦВ в сочетании с турбобуром 3ТСШ1 в качестве наиболее эффективной считаем нагрузку 288 кН при частоте вращения об/мин.

Рис. 4. Зависимость механической скорости и частоты вращения от нагрузки на долото :

1 – характеристика турбобура 3ТСШ1

2 – зависимость v_м=v_м(Р_д)

Примем следующие приблизительные значения постоянных в формуле:

где

С_в=58,08 руб. Такова стоимость 1 часа работы буровой установки в объединении «Белоруснефть».

Стоимость долота Ш 244,5 Т-ЦВ - 173 руб., а долота Ш 244,5 С-ЦВ - 191 руб.

Время подготовительно-заключительных и вспомогательных работ в одном рейсе t_в найдем из выражения:

где t_п.з. – время на подготовительно заключительные работы; t_от – время на отвертывание долота; t_н – время на наращивание инструмента; t_нав – время на навертывание долота; t_т – время на проверку турбобура.

Время на спуско-подъемные операции для скважины глубиной 2800 м:

t_сп=5,86 ч.

С учетом ранее найденных адаптационных коэффициентов K и А, рассчитываем величины В, Д, М и С.

Скв. № 1, долото Ш 244,5 Т-ЦВ:

При наиболее эффективной нагрузке Р_д=288 кН вычислим минимальную стоимость одного метра проходки:

Скв. № 2, долото III 244,5 C-ЦВ:

При наиболее эффективной нагрузке Р_д=288 кН вычислим минимальную стоимость одного метра проходки:

Таким образом, поскольку стоимость метра проходки долотом Ш 244,5 С-ЦВ больше, чем долотом Ш 244,5 Т-ЦВ, то последнее рекомендуется использовать для бурения в интервале 2650-2950 м.

Найдем прогнозируемые показатели отработки долот III 244,5 Т-ЦВ при рекомендуемых эффективных параметрах бурения:

Определим прогнозируемые показатели отработки долота III 244,5 С-ЦВ:

Аналогичным образом производится выбор лучшего долота для нижнего интервала бурения (2950 – 3200 м.).

Время на спуско-подъемные операции для скважины глубиной 3075 м:

t_сп=6,45 ч.

Скважина № 1, долото Ш 244,5 Т-ЦВ:

Скважина № 2, долото Ш 244,5 С-ЦВ:

Результаты расчетов сводим в таблицу 3.

Таблица 3

Интервал одинаковой буримости, м	Тип забойного двигателя	Конкури-рующие типы долот	Оптимальный режим		Прогнозируемые показатели работы долот					Рациональный тип долота
			Рд, кН	Q, м3/с	hд, м	tб, м	vм, м/ч	С, руб/м
I	II	III	IV		V					VI
2650 – 2950	3ТСШ1	Ш 244,5 Т-ЦВ Ш 244,5 С-ЦВ	288 288	0,0345 0,0345	74,85 69,45	16,40 26,33	4,56 2,64	20,59 30,75	Ш 244,5 Т-ЦВ
2950 – 3200	3ТСШ1	Ш 244,5 Т-ЦВ Ш 244,5 С-ЦВ	288 288	0,0345 0,0345	48,8440,77	22,80 37,77	2,14 1,08	39,01 61,21	Ш 244,5 Т-ЦВ