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: 92

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Г л а в а УП. ОПРВДЕЛЕНИЕ ПОТРЕБНОЙ МОЩНОСТИ БУРОВОГО АГРЕГАТА

§ 1. Общие положения

Приводом для буровых станков и насосов при разведочном бурении являются электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания, главным образом дизели.

При дизельном приводе, как правило, один двигатель при­ водит в действие станок и насос, при электроприводе применяют­ ся индивидуальные двигатели для станка и для насоса.

Мощность двигателей в процессе бурения скважины расходу­ ется на разрушение породы, вращение колонны бурильных труб, преодоление трения в станке и на привод бурового насоса. При прекращении бурения мощность двигателя затрачивается на подъем и спуск бурового снаряда или колонны обсадных труб.

При небольшой глубине скважин мощность, затрачиваемая на бурение и привод насоса, может быть больше мощности, расхо­ дуемой на подъем снаряда. При значительной глубине скважин мощность, расходуемая на спуско-подъемные операции'может быть больше мощности на бурение.

§ 2. Определение мощности двигателя для бурения

Мощность двигателя, расходуемая в процессе бурения сква­ жины, складывается из нескольких составляющих:

 

М о щ н о с т ь

н а

р а з р у ш е н и е

п о р о ­

д а .

Существующие в

настоящее время зависимости для опреде­

ления мощности на разрушение породы не полностью отражают ко­ личественные соотношения между параметрами, определяющими мощность, а раскрывают в основном качественную картину про­ цесса. Входящие в эти формулы величины зависят от многих фак­ торов, учесть которые трудно. Поэтому при расчетах принимают их средние значения по ориентировочным данным. Полученные в результате расчетов значения затрат мощности можно рассматри­ вать только как приблизительные. Особенно это относится к фор­ мулам для расчета мощности на разрушение породы при бурении шарошечными и лопастными долотами.

1. При бурении твердосплавными коронками мощность на рушение складывается из двух составляющих: мощности на непо­ средственное разрушение породы резцами коронки и мощности на преодоление трения резцов коронки о породу забоя [20]:

 

РОГ Вер п

кг-мм/сек

(76)

 

 

60

 

 

 

 

 

 

где Р

- осевая нагрузка на коронку,

кг; Вср - средний диа­

метр коронки, мм, Dcp = (В, + В2

) :

2

(здесь В, и Вг -

наруж­

ный и внутренний диаметры коронки по резцам, мм); п

- ско­

рость вращения коронки, об/мин;

-

коэффициент трения рез­

цов коронки о породу забоя.

 

 

 

 

Формулу (76) можно представить в упрощенном виде:

 

ІГра}р=

0,513-ІО '6 P - Dcpn (0,137+fil)

, квт

(77)

Коэффициент трения резцов о породу не является строго постоянной величиной. Значение коэффициента трения изменяется при изменении величины нагрузки на коронку, скорости ее враще­ ния, качества промывочного агента, а также при изменении со­ става горных пород, величины и формы зерна, состава цемента, твердости горных пород и ряда других факторов. В связи с этим, при расчете потребной мощности на бурение можно воспользовать­ ся только ориентировочными средними значениями коэффициента


трения для различных пород (табл.48), что, конечно, снижает точность полученных результатов.

2. При бурении алмазными коронками может быть использо­ вана формула, предложенная С.Н.Таракановым [20]:

 

 

Яраір ~

2 ' і 0 ' 7- P D cpn ,

к*т-

 

 

 

(78)

 

Обозначения те же, что и в формуле (76). Коэффициент тре­

ния

ja.

принят равным 0,384 [20].

 

 

 

 

 

 

 

 

3. При дробовом бурении

[20]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

°-64

 

 

 

кит,

 

 

(79)

где q - удельное давление на

забой,

кг/ьш2 ;

 

средний диа-

метр коронки, мм;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

 

48

 

 

Коэффициент трения для различных горных пород

 

 

 

Горная порода

 

 

 

Поверхность

горной

породы

 

 

 

 

 

сухая

смоченная

водой

смоченная гли­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нистым

раствором

Глина

пластичная

0,14

-

0,18

 

0,08

-

0,12

 

0,03

-

0,00

Глина

песчаная

0,25

-

0,28

,

0,20

-

0,28

 

0,18

-

0,22

Глинистый сланец

ОДО -

0,26

 

0,15

-

0,20

 

0,11

-

0,13

Мергель

 

0,20 -

0,27

 

0,18

-

0,25

 

0,20 -

0Д4

Известняк

 

0,35

-

0,40

 

0,33

-

0,38

 

0,31

-

0,35

Доломит

 

0,31

-

0,40

 

0,24

-

0,35

 

0,34

-

0,88

Ангидрит

 

 

-

 

 

0,38

-

0,46

 

0,37

-

0,40

Песчаник, слабо сцемен­

0,32

-

0,42

 

0Д7 -

0,40

 

0Д5

-

0,35

тированный с остроконеч-

 

 

ными

зернами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Песчаник,

слабо сцемен­

 

 

 

 

0,20.-Ч ),30

-

0,17

-

0,25

тированный с окатанны-

0,22

-

0,34

 

мн зернами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Песчаник

крепкий

0,43

-

0,48

 

0,43

-

0,43

 

0,40

-

0,43

Граниты

 

0,30

-

0,40

 

 

 

 

 

 

 

 

Кварциты

железистые

0,36 -

0,46

 

 

 

 

 

 

:

 

Кварц

 

 

0,30

 

 

 

0,20

 

 

.


b - толщина коронки, мм; п - скорость вращения бурового сна­ ряда, об/мин.

4.При бурении шарошечными долотами мощность N

дывается из большого числа

компонёнтов, а именно: ^

- мощ­

ности на разрушение породы

при перекатывании шарошек;

Мг ~

мощности на разрушение породы при проскальзывании шарошек;

К,

- мощности на вертикальные перемещения системы вследст­

вие

зубчатой поверхности шарошек; !\\ ~ мощности на преодоле­

ние трения зубьев шарошек о забой скважины при проскальзыва­

нии шарошек; Ns - мощности на преодоление

трения долота о

стенки

скважины.

 

 

 

Таким образом, мощность, потребная для работы шарошечно­

го долота,

может быть подсчитана по формуле

 

 

^ Р = Т

^ + М + **+^

'

(80)

где г)

-

коэффициент,

учитывающий потери

мощности в опорах

долота и на дополнительное разрушение частиц выбуренной поро­

ды [27]. Для долот

с опорами качения ч] = 0,98

+ 0,96,

с опо­

рами скольжения ц

= 0,85

+ 0,30. К моменту подъема долота і]

снижается до 0,45 + 0,35 и ниже.

 

 

 

 

Для практических расчетов формулу (80) упрощают:

оце­

нивают в виде

части

от

, принимая N2~ 0 ,

8 .

Мощность

на трение о стенки при бурении вертикальных скважин

 

N5 оце­

нивают в виде части мощности

щ , принимая N5

= 0 ,2

N.^ .

Тогда формула

(80)

принимает вид

 

 

 

 

 

Лразр = - f

U

+ rç + zrç)

 

 

 

На основании теоретических и экспериментальных данных

составлявдие мощности можно представить в виде [27,

11 ]

JV, = 4,6 •

ІО“8 Р п / г

. квт

;

 

 

(81)

Щ =2,52.ІО“7 P n m z (d^ - - | Л ) 8ІІІІ м '

*B* Î

 

(82)

Д, =■ 1,28* 10~7 /х т\г Пк%Р n , квт

,

 

 

(83)



где

P

- нагрузка на долото,

кг;

п

-

скорость вращения до­

лота,

об/мин; D - .ламетр долота, мм;

Ь.

-

величина погру­

жения зубьев б породу, мы;

і)2

-

коэффициент

перекрытия

зубь­

ев долота, принимаемый равным 7)

= 2,0 + 1,25;

m -

коэффици­

ент,

зависящий от расположения зубьев на шарошке. Для расче­

тов m

принимается равным двум;

z

-

число

зубьев на венце;

d m

- диаметр шарошки, мм. Для расчетов

d w =

 

0,65 D

;

к г

-

коэффициент проскальзывания

шарошек,

к г

= 0,30

+ 0,05;

-

коэффициент трения шарошки о породу. Величину погружения <злбъ-

ев в породу

принимают равной

^ -g-hz

, где

кг -

высота самых мелких зубьев на шарошках.

 

ѵ

Формулы <81), (82), (83) сложны и некоторые из

входящих

в них величин недостаточно известны, особенно для шарошечных долот геологоразведочного стандарта.

В связи с этим, для расчета потребной мощности при буре­ нии шарошечными долотами можно воспользоваться упрощенной фор­ мулой

 

 

Щ -

kPD

л .с .

(84)

 

 

71,62

 

 

 

 

где

Р

- нагрузка на долото, Т

; в -

диаметр долота, см;

п

-

скорость вращения долота,

об/мин;

А- - коэффициент,

учитывающий степень износа долота; принимается в пределах от

0,1

до

0,3;

к =0,1 - для нового долота.

 

 

5.

 

При бурении сплошным забоем долотами режущего типа

 

 

 

 

 

 

3,7-10-5m l)V ö C)K*sinc(p +

 

 

+ 1,280-10'7m /л ('к бсж D* П ,

квт,

(85)

где

m -

число лопастей долота;

D - диаметр долота, мм; Л -

скорость подачи за один оборот,

мм/об; осж - предел прочности

породы

на сжатие, кг/см^;

п ■-

число оборотов долота в мину­

ту;

d 0

-

угол

/

резания лопастей

долота;

,<х - коэмоициент

 

г

 

 

 

 

 

 

- ~

трения долота с

породу;

- туштзна долота к моменту его

износа,

 

м.:;

- показатель степени, величина которого зави­

сит

от

h

(табл.43)