Методика выбора рационального типа буровых долот

Содержание

Практическая работа №1 - 2.

Лабораторная работа №2 -4.

Лабораторная работа №3 -6.

Буровые долота -9.

Лабораторная работа №1

Определение основных физико-механических свойств в ГП по методике профессора Шрейнера.

Цель работы: Изучение методики определения основных параметров физико-механических свойств горных пород( на основе методики вдавливания жесткого цилиндрического штампа по ГОСТ 12288-66).

Оборудование и материалы:

1. Лабораторная установка для определения физико-механический свойств горных пород УМГП-3.

2. Образцы керна исследуемых типов горных пород: мрамор.

Методика проведения лабораторной работы:

Физико-механические свойства горных пород определяются с целью

Выбора соответствующего им породоразрушающего инструмента, способа и технологии бурения и крепления стволов скважины.

Физико-механические свойства горных пород проявляются под действием внешних сил. К ним относятся прочность, твердость, крепость, упругость, пластичность, абразивность.

По величинам характеризирующим твердость, крепость абразивность определяют буримость пород, т.е. сопротивление горных пород проникновению в них породоразрушающих инстрментов.

Показателем буримости пород является механическая скорость их разрушения под воздействием инструмента.

Наличие прибора УМГП-3.

Прибор УМГП-3 предназначен для определения основных Физико-механических свойств горных пород методом вдавливания жесткого цилиндрического штампа с плоским основанием в образец горной породы.

График деформации мрамора.

1) Твердость (Р_ш) по штампу - способность горной породы сопротивляться разрушению.

P_ш=

S_мр=πr²=2.54 P_{разрушения}280кг*с

Р_ш= =110.24*с/мм² – для мрамора

2) Пластичность- способность горной породы изменять свою форму под нагрузкой, без разрыва сплошности.

K_пл- коэффициент пластичности.

K_пл= =

Для мрамора: S_упр=105мм²; S_общ=579.6мм² K_пл= =5.52

3) Жесткость – способность горной породы сопротивляться развитию деформации.

С_жст=

C_жст= =2380.95кг*с/мм²

4) Упругость – способность горной породы восстанавливать свою первоначальную форму после снятия нагрузки.

E= =1322.72кг*

5) Удельная контактная работа разрушения.

As=

As= =19.915Дж/мм²

Вывод: Мрамор трудноразрушаемая порода, с пластичностью.

Лабораторная работа№2

Методика проектирования конструкции скважины

Спроектировать скважину значит выбрать метод вскрытия продуктивных пластов, определить необходимое количество обсадных колонн для данных геологических условий, диаметры и глубину их спуска. Диаметр долот для бурения ствола для каждой колонны, обосновать интервалы.

Разработка конструкции базируется на следующих геологических и геолого-экономических факторах:

Геологические особенности залегания горных пород

Состояние техники и технологии бурения

Назначения и цель бурения скважины

Уровень квалификации буровой бригады

Предполагаемый метод завершения скважины

Способы освоения, эксплуатации, ремонта скважины

Конструкция скважины должна обеспечивать:

А)Максимальное использование пластовой энергии продуктивных горизонтов в процессе эксплуатации за счет оптимального диаметра эксплуатационной колонны.

Б)Применение эффективного оборудования, оптимальных способов и режима эксплуатации. Поддержание пластового давления

В) Условия безопасного ведения работ на всех этапах работы скважины

Г) Условия охраны окружающей среды и недр

Ход выполнения работы:

1. Выделяем интервалы по Р_пл

Для этого рассчитываем эквивалент

градиент давления «Г». Рассчитывается

по формуле:

Г=

Где: Р_пл(гр) – градиент пластового давления, Н – глубина, мощность, м.

Интервал по глубине, м	0-500	500- -1000	1000- -1500	1500- -1800	1800- -2500	2500- -3000	3000- -3400	3400- -4000
Р_плМПА	5.5	10	17	19	27	39	42	45
Эквивалент градиент	1.1	1	1.13	1.06	1.08	1.25	1.4	1.23

5) Выделяем интервал по Р_грн

Интервал по глубине, м	0-500	500- -900	900- -1750	1750- -2000	2000- -2500	2500- -3000	3000- -3700	3700- -4000
Р_грдМПА	10	16(14)	29(25)	29(25)	47	72	61	61
	2	1.7(1.5)	1.6(1.4)	1.5(1.3)	1.9	2.4	1.64	1.53

6) Определяем плотность бурового раствора для каждой обсадной колонны.

Интервал по глубине	0-2500	2500-3000	3000-4000
Р_пл г/см	1.2	1.4	1.3

Вывод: для заданных условий оптимальным вариантом будет трехколонная конструкция скважины. Для бурения по всему стволу скважины будут применяться долота размеров: 187.3 мм, 269.9 мм, 374 мм. Для поддержания стабильности бурового процесса будет применяться буровой раствор с плотностью от 1.2 до 1.4 г/см³.

Лабораторная работа №3

Методика выбора рационального типа буровых долот

Цель работы: выбрать тип долона на основе анализа геологического разреза.

Метод реперных долот. Для этого метода характерно:

1. Один и тоже типоразмер для тех же долот.

2. Аналогичный характер или уровень износостойкости.

3. Достаточно близкие значения проходок на долото.

4. Мощность каждой разности пород должна быть соизмерима с величиной проходки и кратко её превосходить.

Исходные данные:

Интервалы пород по пачкам:

1	0	1265	6.6	2.3	А
2	1265	2560	2	2.9	М
3	2560	3100	8.4	1	А

Решение:

Т₁= A₁=

T₁= =6.6

T₂= =2

T₃= =8.4

A₁= =2.3

A₂= =2.9

A₃= =1

Классификационная таблица парных соответствий категорий твердости и абразивности пород типам шарошечных долот.

категория образивности пород

6 Д

2 вероятная область применения алмазных долот

2 4 6 8 10 12 Категория твердости пород

Нонограмма для выбора типа долот

Вывод:

Исходя из нонограммы, были получены подходящие типы породоразрущающего инструмента для данных интервалов бурения, в зависимости от твердости и абразивности горных пород.

Для выбранных пачек будут применяться долота режущего и истерающего действия, а также алмазные долота. Долота типа М применимы для мягких пород, будут применяться в интервале 2. Алмазные долота будут применяться в интервале 1 и 3.

Типы буровых долот

Породоразрушающий инструмент (ПРИ) предназначен для разрушения горной породы на забое при бурении скважин.

По назначению весь ПРИ делится на три большие группы:

1) для бурения сплошным забоем (без отбора керна), разрушающий породу по всей площади забоя – буровые долота;

2) для колонкового бурения (с отбором керна), разрушающий породу по периферии забоя, т.е. кольцевым забоем – бурильные головки;

3) для специальных работ в пробуренной скважине (выравнивание и расширение ствола) и в обсадной колонне (разбуривание цементного камня) и т.д. – долота специального назначения.

По принципу разрушения породы весь ПРИ делится на:

· ПРИ режуще-скалывающего действия, разрушающий породу лопастями, наклонными в сторону вращения долота;

· ПРИ дробящего действия;

ý шарошечные долота

· ПРИ дробяще-скалывающего действия;

· ПРИ истирающе-режущего действия, разрущающий породу алмазными зернами или твердосплавными штырями, располагающимися в торцевой части ПРИ или в кромках вертикально расположенных по отношению к забою скважины лопастей и твердосплавными штырями, расположенными на сферической шарошке одношарошечного долота.

По конструктивному исполнению ПРИ делится на три группы:

1) лопастной;

2) шарошечный;

3) секторный.

По материалу породоразрушающих элементов ПРИ делится на четыре группы:

1) со стальным вооружением;

2) с твердосплавным вооружением;

3) с алмазным вооружением;

4) с алмазно-твердосплавным вооружением.

3 Существующие виды буровых долот можно разделить в зависимости от назначения, исполнения и разрушения породы. По назначению долота бывают сплошными (которые предназначены для разрушения скважины по периметру всего забоя), с отбором керна (центральная часть забоя оставляется, порода разрушается не до конца) и особых предназначений (фрезер, расширитель и т. д.). По исполнению существуют долота лопастного типа, шарошечного, ступенчатого, пикообразного.

Виды лопастных долот.

Буровые долота по воздействию делят на режуще-скалывающие, дробяще-скалывающие, режуще-истирающие. Первое название носит лопастное буровое долото, второе — шарошечное, третье — алмазное. Каждый из вышеперечисленных видов имеет свое применение и индивидуальные характеристики. Однако задача у них одна — пробурить скважину на необходимую глубину. Сделать долото своими руками почти невозможно, так как требуются детали, которые закрепляются на производственных предприятиях.Рекомендуется приобретать долота в комплекте с буровыми установками, чтобы обеспечить высокое качество работы.

ЛОПАСТНЫЕ ДОЛОТА

Принцип работы такого приспособления основывается на скалывании и срезании горных пород. Буровое долото лопастного типа можно сделать своими руками. Для этого вам нужно придерживаться несложной схемы: свариваете мягкую сталь с наплавкой твердоплавкого типа режущих кромок. Второй вариант самодельного устройства: основная часть детали варится из мягкой стали, а вторая — из зубильных лезвий. Инструмента вам много не понадобится — нужен только сварочный аппарат. Однако если у вас нет опыта работы с подобным приспособлением, то лучше доверить дело специалисту.Лопастные долота используются для мягкой породы или рыхлой. У них достаточно преимуществ перед другими видами буровых устройств, но есть один недостаток: чем глубже проникает буровое долото в землю, тем больше уменьшается диаметр ствола.Использование долота данного вида предусматривает обязательную обработку скважины. Лопастное оборудование режущего типа применяется для бурения скважин геологоразведочных на небольшие глубины. Долота рассматриваемого вида не годны к глубинам более 50 м, предназначены они исключительно для почвы мягкой породы.

Вернуться к оглавлениюТехнические характеристики

Лопастные долота делятся на 2 типа: М и МС. Первый тип служит для бурильных работ по мягкому грунту, второй — для пород средней твердости.Оборудование может быть с наличием калибрирующего сектора, опережающим лезвием или вогнутыми лопастями. Каждый из вариантов служит для определенных работ и имеет особенности расположения отверстий для промывки. Долота М типа обуславливаются наличием гидромониторных и струйных насадок.

Лопастное буровое долото состоит из двух частей: корпуса (который куется заранее) и дополнительной резьбы, которая представляет собой 3 лопасти (в отдельных случаях приваривается большее количество). Двухлопастное бурильное оборудование отличается неотъемлемой частью. Корпус и резьба свариваются друг с другом. Чтобы повысить качество и продлить срок службы такого долота, его покрывают (армируют) сплавом твердого типа. Схема действия примерно такая: на переднюю часть лопасти крепятся пластины твердого сплава (с помощью сварочного аппарата) на специальные пазы, заранее фрезерованные.Цилиндрические зубцы армируются в боковые части долота. Они прессуются в проделанные отверстия. Твердый сплав наполняет свободные промежутки, образовавшиеся между зубцами.

Второй вид лопастного долота приспособлен для отбора керна и обуславливается наличием шарошечных и бурильных головок. Они делаются со съемным (несъемным) керноприемником. Изготавливаются эти детали специально для керноприемного оборудования. Благодаря колонковым долотам с таким керновым устройством, можно отбирать керн с забоя скважины без процесса поднятия колонны для бурения.Конусообразная форма ребер позволяет смещаться разрушенной породе в центральную часть колонны. Элементы, которые разрушают породу, армируются различными формами в виде квадрата, многогранника или круга.

Лопастные долота с отбором керна имеют коронки, задача которых заключается в бурении мягких пород (в составе могут быть твердые пропластки). Буровая коронка применяется для вращательного способа бурения с кольцевым забоем. Состоит из корпуса, матрицы и промывочного канала. Буровые коронки бывают алмазными и твердосплавными. Работоспособность оборудования зависит от качества коронок.

Оборудование этого типа устроено следующим образом: его торец конусообразной формы не допускает заклинивания грунта, а наружная часть имеет пазы. Особой деталью приспособления являются тороидальные канавки, которые располагаются на уступе внутренней стороны. Они способствуют переходу от нисходящего потока к восходящему (при условии, что имеется патрубок керноприемной трубы).

Долота малогабаритного размера с режущим элементом, предназначенным для процесса буровых работ с мягкой почвой или породы с прослойками. Бурильные работы производятся с помощью очистки забоя агентом для промывания или шнековым устройством. Таким образом, порода разрушается по принципу резания.

Чаще всего буровое оборудование используется для геологоразведочных скважин, а также с целью обустройства колодца. В зависимости от уровня сложности работы, долотом можно бурить до 15 часов без остановки. По сравнению с применением тяжелого оборудования нефтяного типа, это время минимальное (такое буровое устройство работает до 200 часов). Однако практичность и удобство процесса бурения легкими установками дает им преимущество.

Лопастные долота режущего вида способны бурить до момента загрязнения режущих кромок (твердосплавных резцов и крупнозернистого сплава). Это объясняется медленным процессом истирания в промежутке от периферийной области до центра бурильного оборудования. Центральная часть долота является основной частью всего устройства, она определяет качество работы, изнашивается меньше остальных. Однако ее повреждение или износ приостанавливает бурение скважины. Ее загрязнение или неполадки в работе ведут к резкому снижению удельной нагрузки на кромки, задача которых — резать и разрушать породу.

Вернуться к оиюБУРИЛЬНЫЕ РАБОТЫ ШАРОШЕЧНЫМ ДОЛОТОМ

Этот вид долота обуславливается скалыванием и дроблением породы. Предназначено такое устройство для бурения скважин с целью добычи газа или нефти. Оборудование выглядит так: комбинация сложного типа с вращающимися зубьями разных размеров.Используются долота шарошечного вида для бурильных работ всех уровней твердости породы. Благодаря этому универсальному свойству, имеют широкое применение. Своими руками сделать такую установку невозможно, рекомендуется приобрести.Данное оборудование содержит инструмент вращательного бурения с наличием карьерных станков и шарошки, которая имеет зубья различной длины и конфигурации. В нее могут быть впрессованы штыри на основе твердого сплава. Карбид вольфрама (из которого сделаны зубья) способен разрушить любую горную породу, от самой мягкой до твердой.

Шарошечное долото используется для бурения:

разведочных скважин;

· эксплуатационных;

· поисковых;

· разведочных;

· инженерно-геологических и др.

По технологии и конструкции это оборудование отличается сложностью изготовления. Они бывают одно- двух- трех- четырехшарошечное.

Особенности конструктивных параметров:

1. Ось шарошек и их вершины относительны оси долота.

2. Угол наклона оси шарошки определяется осью устройства.

3. Количество конусов на шарошках.

4. Месторасположение зубьев венца.

5. Своеобразие геометрических параметров элементов долота.

Данный тип оборудования применим к бурению геологоразведочных скважин и скважин для взрывания. Особенно необходим он для разрушения крепких пород. Изобретение долота с наличием шарошек конусной формы принадлежит США.Бурильное долото шарошечного типа считается неотъемлемым элементом буровых работ. В России стал популярен благодаря быстрому и эффективному бурению скважин для нефти и газа.

С помощью шарошек, которые сделаны из твердой стали или сплава, разрушаются крепкие горные породы. Они вращаются, закрепленные на опорах долота, а вместе с ними вращается и само оборудование, прижимаясь при этом к забою.Колонковая бурильная коронка может состоять из множества шарошек разной формы. Элементом породоразрушения являются зубки из сплавленной стали или фрезерованные зубья. Их комбинация способствует эффективному разрушению любой породы. Для повышения стойкости шарошек к всевозможным повреждениям, их заливают сплавом из карбида вольфрама. Форма и параметры этого оборудования (угол заострения, длина и расположение зубьев) зависит от свойств породы. Для бурильных работ применяются зубья с клиновидной формой на конусе.Чтобы разрушить твердую породу, используются опоры в конструкции долота. Герметизация опор необходима для сложных работ.Шарошечные долота бывают цельнокорпусной конструкции и секционной. Первый тип долот характерен свариванием лап с шарошками, второй — свариванием отдельно взятой секции.

Вернуться к оглавлениюАЛМАЗНЫЕ БУРОВЫЕ ДОЛОТА

Этот вид оборудования обуславливается наличием алмазных элементов, которые режут и, следовательно, разрушают породу. Качество такого оборудования зависит от параметров алмазов. Могут применяться как натуральные, так и искусственные камни, но чаще всего используется карбонад.Долото из алмаза состоит из матрицы и конуса на основе стали (которая имеет конусную замковую резьбу). Долота этого вида различаются между собой системой промывки, качеством алмазов и особенностями конструкции.

Порошок обеспечивает хорошее удержание режущего покрытия.Алмазные бурильные долота подразделяются на ступенчатые, радиальные и спиральные. Спиральный вид бурильного оборудования содержит спирали, которые сделаны из алмазов, и отверстия для промывки. Таким долотом обрабатываются малоабразивные и среднеабразивные земли.Радиальные долота обуславливаются наличием выступов. В промежутках между этими секторами (которые образуют выступы) есть каналы для промывания. Предназначено подобное оборудование для малоабразивных пород, которые имеют среднюю твердость. Может применяться и для твердого грунта.Своеобразие ступенчатого долота для бурильных работ — в форме ступенек. Используется при способах бурения турбинным и роторным методом. Применяются для всех малоабразивных пород.

Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 1939; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!