Файл: Михайлова, Н. Д. Практические расчеты при колонковом бурении учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.10.2024
Просмотров: 86
Скачиваний: 0
Ша р о ш.е ч н ы е д о л о т а тштоз М, С, Т, К и ОК геологоразведочного стандарта (табл.13) могут быть использованы
при проходке пород практически всех |
категорий по буримости. |
|
А л м а з н ы е |
д о л о т а |
для геологоразведочного |
бурения разработаны ЦНИГРИ и выпускаются двух типов (однослой ные и импрегнированные) с диаметром 46 и 59 мм. Характеристика алмазных долот с рекомендациями по их применению даны в табл .14
[17].
Гл а в а ІУ. ПРОМЫВКА (ПРОДУВКА) СКВАМН
§1 . Определение необходимого расхода промывочного
агента
Потребный при бурении расход промывочной жидкости (произ водительность насоса) должен обеспечивать полную очистку забоя от разрушенной породы и вынос ее на поверхность. При недоста точной промывке на забое происходит вторичное измельчение поро ды, что онижает скорость бурения и повышает износ, породоразрушапцего инструмента.
Потребный расход промывочной жидкости определяется по фор
муле |
~ DL) • ^ сек |
|
Q = rnV |
(21) |
|
' или |
|
|
Q = 4,71* ІО** т (Б* - $ Тр) •V, |
л/мин, |
|
где т - коэффициент, учитывающий неравномерность скорости по тока по скважине из-за местной повышенной разработки стенок и наличия каверн, т = 1,1+1,3; Вс - диаметр скважины или внутрен ний диаметр обсадных труб, м; 2?5т - наружный диаметр бурильных труб, щ V - скорость восходящего потока промывочной жидкости в кольцевом (затрубном) пространстве скважины, м/сек.
При определении потребного расхода промывочной жидкости
обычно исходят из необходимости создания такой скорости восхо дящего потока в затрубной пространстве скважины, при которой не допускается чрезмерное обогащение промывочной жидкости выбу ренной породой и обеспечивается устойчивое транспортирование крупных частиц шлама. Однако, как показали исследования [19], при таком расходе глинистых растворов о нормальной и особенно повышенной вязкостью не обеспечивается полная очистка забоя скважины, что приводит к скоплению шлама под коронкой.
Как известно, процессы переноса потоком твердых частиц во взвешенном состоянии представляют собой прямое следствие турбулентности потока жидкости или газа . Уровень турбулентно сти характеризуется параметром Рейнольдса Хе , определяемым в общем случае из выражения
|
|
Хе |
|
VDp |
|
( 22) |
|
|
= |
М |
’ |
||
где V |
- |
скорость потока, |
м/оек; |
D - |
эквивалентный диаметр |
|
потока, |
ы; |
р - плотность потока, |
кг/м3; р ~ коэффициент дина |
|||
мической вязкости, кг-сек/м2. |
|
|
|
|||
Определение необходимой |
скорости вооходяшего потока толь |
|||||
ко из условия взвешивания и вннооа частицы шлама в кольцевом пространстве скважины приводит к тому, что значение требуемой скорости уменьшается с увеличением плотности и вязкости промы вочного раствора. В этом случае уровень турбулентности потока промывочного раствора на забое скважины определяется главным образом вязкостными свойствами промывочных агентов, поскольку инерционные силы потока (V D p ) при использовании различных промывочных агентов поддерживаются примерно на одном и том хе уровне при условии обеспечения равной транспортирующей способ ности потока.
При промывке скважины глинистыми растворами с вязкостью, не превышавшей вязкость нормального раствора, количество пода ваемого в скважину раствора (исходя из условия взвешивания и выноса потоком частиц шлама) уже не обеспечивает эффективной очистки забоя. При увеличении вязкости раствора условия очист ки забоя скважины становятся еше более худшими.
Скорость потока рекомендуется определять по следующим формулам:
П р и |
п р о м ы в к е |
в о д о й |
|
|
V = и> + и , м/сек |
(23) |
|
где IV - |
критическая скорость |
восходящего потока, |
при кото |
рой сида воздействия потока на чаотицу становится равной дви жущей силе ее веса в среде (за вычетом выталкивавшей силы) и частица находится во взвешенном состоянии, м/оек; и - желав' мая снорооть выноса частицы (скорость поступательного движе нии), принимаемая равной (0,1 + 0,3) ш . Она тем больше, чем
глубже скважина и мягче порода.
Критическая скорость потока ш рассчитывается по формуле
Риттингера |
_______ |
____ |
|
w = fc |
|
^ /^ r ■ м / о е к |
( 2 4 ) |
где d3 - эквивалентный диаметр частицы, т .е . диаметр шара, эквивалентного по объему частице шлама, м; характерный размер наиболее крупной частицы d3 следует принимать соизмеримым с выпуском резцов тзѳрдоошіавной коронки, глубиной боковой про- . мывочной канавки алмазной коронки, шагом зубьев шарошечного
долота и т .п .; |
8 |
- |
плотность материала частицы, |
кг/м3; |
|
у |
- плотность промывочной жидкости, кг/м3; ^ - |
ускорение |
|||
оин тяжести, |
м/сек2; |
к - безразмерный коэффициент сопротив |
|||
ления ореды падавшему в ней шару (по Праядтлв - Годзну); |
|||||
С - |
коэффициент, |
учитывавший влияние формП реальной частицы, |
|||
для трех основных неправильных форм: компактной, удлиненной и
плоской; |
принимается соответственно 0,7; |
0 ,6 ; 0,5 . |
|
Численное значение коэффициента С |
для шара в любой сре |
||
де при значении Re = 1 + ІО5 определяется по формуле |
|
||
|
С = 0,386 • 10а , |
(25) |
|
Для воды |
|
|
|
|
}Х = 1 • Ю4 кг^сек/м2 . |
|
|
П р и |
п р о і п і в к е г л и н и с т ы м ~р а с т в о - |
||
р о м и другими промывочными агентами с повышенной вязкостью
потребную |
скорость восходящего потока следует рассчитывать по |
||||
формуле [1 |
9 ] |
Щ |
у ^ І^ Г |
|
|
|
Л," |
|
|
|
|
|
V = °'037 - ÿ~ |
• ~Y ~ W |
, |
м/сек |
(26) |
где В3 - эквивалентный диаметр канала потока, м; а?э - эквива лентный диаметр частицы шлама, м; у - плотность промывочного раствора, кг/ы3; Ц - параметр Лященко, определяемый из выра жения
Li = |
5id . |
у ) |
* |
= 0 ,0 5 5 |
- Y ) Y |
|
|
6? |
' / / I * |
|
/і* |
(27) |
|
здесь 8 - плотность породы, кг/м3; /-*• |
- коэффициент кинемати |
|||||
ческой вязкости промывочного раствора, |
кг-сек/м2 ; Для глинисты* |
|||||
растворов следует брать структурную вязкость, |
измеряемую в тех' |
|||||
же единицах. |
|
|
|
|
|
|
Значения структурной |
вязкости для |
глинистых растворов ко |
||||
леблются в широких пределах, |
поэтому для расчетов рекомендует |
|||||
ся пользоваться табл.15, из которой следует выбрать данные ра створа, обладающего требуемыми для бурения заданной скважины
параметрами |
[20] . |
|
|
|
П і> и д р о б о в о м |
б у р е н и и |
расход промывоч»- |
||
нои жидкости определяется по формуле |
|
|
||
. |
Q = 0,785(Лсг - |
D* ) ш ”, м3/сек |
(28) |
|
где Dc - диаметр скважины на данной глубине, м; |
DK - наружный |
|||
диаметр колонковой трубы, м; |
Ю - критическая |
скорость для ми |
||
нимальной работоспособной частицы дроби (обычно размером |
||||
0,75-1 мм). |
|
- |
' |
|
Внормальных условиях дробового бурения диаметр скважины
вначале рейса принимают большим диаметра дробовой коронки на 4 диаметра Дроби, в конце рейса - на 2 диаметра.
ІІ^ія расчета потребного расхода промывочного агента при бурении скважин можно воспользоваться также выработанными прак тикой значениями скорости восходящего потока (табл.16).
П р и м е р 1.
Определить потребный расход воды для промывки скважины при следуших условиях: бурение осуществляется твердосплавной
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
15 |
||
|
|
|
Характеристика |
глинистых растворов |
|
|
|
|||
Растворы |
Плот |
Услов |
|
Динами |
Водоотдача, |
Структурная |
2 |
|||
|
|
|
ность, |
ная |
|
ческое |
см /30 мин |
вязкость,кг'секАі |
||
|
|
|
г/см |
вязкосп |
валряже |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сек по |
|
ние |
|
|
|
|
|
|
|
|
СПВ-5 |
|
сдвига^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м г/см |
|
|
|
|
Раствор |
нэ |
бентонитовой |
1,046 |
19-22 |
|
30-45 |
_ |
4,08 |
• ІО-4 |
|
глины |
|
|
|
|
||||||
Раствор |
из |
обычной гли |
|
19 |
|
30 |
* |
8,12 • ІО-4 |
|
|
ны |
|
|
1,15 |
|
|
|||||
То |
же |
1,20 |
25 |
|
44 |
- |
9,9 • ІО-4 |
|
||
|
|
|
1,20 |
35 |
- |
59 |
|
1,12 |
■ ІО-3 |
|
|
|
|
1Д 1 |
37 |
|
87 |
|
1,51 |
■ ІО' 3 |
|
|
|
|
1,22 |
50 |
|
.100 |
- |
1,88 • 10_3 |
|
|
|
|
|
1,24 |
90 |
|
127 |
- |
2,8 • |
ІО3 |
|
Глинистый |
раствор, полу- |
1, 1Ѳ |
27 |
|
55,5 |
п |
8,88 • ІО-4 |
|
||
ченный при бурении скво- |
1,21 |
52 |
|
178 |
21 |
1,64 |
• ІО-3 |
|
||
живы |
|
|
1,21 |
Не течет |
168 |
21 |
2,31- І0-3 |
|
||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
1,186 |
|
|
178 |
22 |
2,7 • |
ІО-3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,7 ■ ІО-3 |
|
||
Растворы, обработанные |
1,39 |
г |
|
135 |
12 |
|
||||
кальцинированной содой, |
1,38 |
|
ш |
12 |
1,74 • ІО"3 |
|
||||
каустической содой, а |
1,37 |
78 |
|
93 |
12 |
1,87 • ІО-3 |
|
|||
также утяжеленные |
|
|
||||||||
|
|
|
1,5 |
Не течет |
108 |
13 |
2,23 |
• ІО"3 |
|
|
|
|
|
1,5 |
42 |
|
84 |
14 |
1,77 |
• 10_3 |
|
|
|
|
1,43 |
37 |
|
58 |
14 |
1,87 |
• ІО3 |
|
|
|
|
1,54 |
37 |
|
75 |
18 |
1,77 • ІО-3 |
|
|
|
|
|
1,86 |
48 |
|
171 |
17 |
2,42 |
• 10~3 |
|
|
|
|
1,69 |
32 |
|
101 |
22 |
2,32 |
' ІО-3 |
|
Раствор, |
обработанный |
1.ѲѲ |
43 |
|
109,8 |
- |
2,12 |
• ІО' 3 |
|
|
УЩР н утяжеленный ба ритом
-коронкой типа СМ5 циамет ?ом 76 ми. Бурильяые трубы диаметром 50 мм, муфтово-замкового соединения. Верхняя часть скважины обсажена трубами диаметром 89/81 мм. Плотность разбуриваемой породы Ô = 2 ,6 г/см3.
Р е ш е н и е . 1. Определяем значение критической скоро сти восходящего потока по формулам (23), (24) и (25):