safronova

ВВЕДЕНИЕ

Перед буровиками страны стоит проблема улучшения технико-экономических показателей буровых работ за счет оптимизации технологии и технического перевооружения отрасли, в том числе за счет улучшения существующих и создания новых конструкций породоразрушающих инструментов. Успешное решение названных задач возможно только на базе глубоких профессиональных знаний.

При бурении скважин человек вторгается в довольно хрупкую экологическую среду земной коры, поэтому, как и в медицине, основным девизом должно быть "Не навреди!".

Вторым девизом буровиков должны быть слова Паскаля: "Предвидеть - значит управлять". При бурении скважин этот девиз приобретает особую значимость, так как механические процессы в скважине и ее окрестностях не поддаются непосредственному контролю.

Основными задачами курса являются создание теоретической и экспериментальной базы для изучения последующих разделов "Технологии бурения ..." и других профилирующих дисциплин и, в конечном счете, формирование знаний у студентов, будущих инженеров-технологов по бурению скважин, необходимых для предвидения механических процессов и явлений в скважине и окружающих ее горных породах в условиях ограниченной информации.

Теоретической базой для изучения курса "Разрушения горных пород при бурении скважин" являются фундаментальные положения физики твердого тела, дающие представления о физической сущности процессов, а также механики сплошных сред, теоретической механики и деталей машин.

Механика сплошных сред описывает не реальные тела, а их модели, которые включают в себя лишь наиболее существенные признаки (свойства) изучаемых объектов. Горные породы - это специфичные твердые тела, математические модели которых весьма сложны. Поэтому применительно к горным породам широко используются частные решения, в основе которых лежат гипотезы о применимости упрощенных моделей, удовлетворительно представляющих в конкретном случае горную породу.

В отличие от других твердых тел (например металлов) горные породы неоднородны как по составу, так и по строению и чаще всего обладают анизотропными свойствами.

Сущность процессов в горных породах и породоразрушающих инструментах и параметры соответствующих моделей изучаются и определяются экспериментально при их физическом моделировании. Особенности горных пород как твердых тел и неучтенные факторы при моделировании обусловливают значительные колебания выходных параметров испытаний. Для обобщения результатов таких испытаний необходимо применение математической статистики.

13.05.04.РГП.КР.04.2011.ПЗ

Буква

Масса

Масштаб

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Разработал

Бейбалаев

Проверил

Сафронова

Т. контр.

Лист 1

Листов 11

Н. контр.

Утвердил

1.Разбивка или уточнение геологического разреза месторождения на пачки (интервалы) одинаковой буримости

1.1 Разбивка или уточнение геологического разреза месторождения на пачки одинаковой буримости

Для исключения грубых ошибок проводится проверка крайних значений вариационных рядов. Для значения X₁ проверка делается следующим образом. Вычисляются уравнения ниже и сравниваются со значениями К₁ К₂ и К₃

возможное исключение 1 числа

Если любое из неравенств не выполняется, то величина Х₁ признается грубой ошибкой и должна быть из вариационного ряда исключена.

Число 84 из вариационного ряда исключается.

Аналогично делается проверка для значения Х_n

13.05.04.РГП.КР.04.2011.ПЗ

лист

2

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

После исключения промахов определяются характеристики вариационных рядов: среднее значение Ẋ и среднее квадратичное отклонение S

Среднее арифметическое

Ẋ =

Среднее квадратичное отклонение

S = =

Все выше перечисленные операции проводятся и со вторым вариационным рядом.

Первое число

Последнее число

Исключаются значения 798 и 239.

Среднее значение

Ẋ =

Среднее квадратичное отклонение

S₂ = = 54

13.05.04.РГП.КР.04.2011.ПЗ

лист

3

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Для сравнения двух рядов (1 и 2) вычисляется общее квадратичное отклонение

S_1,2 = = 172

И параметр t_1,2 распределения Стьюдента разности Ẋ₁ - Ẋ₂

t_1,2 = 12,6

Значение t_1,2 сравнивается с табличным значение параметра распределения Стьюдента t при заданной величине надежности 0.95 и определенном числе степеней свободы m, который определяется по следующей формуле:

m = n1+n2 – 2 = 20

после сравнения с таблицей было установлено что t_1,2 > t.(12.6>2,08 Отсюда следует вывод что различие средних значений вариационных рядов 1 и 2 значимо и пачки не должны быть объединены.

Далее рассматривается вопрос о возможном объединении второй и третьей пачки, третьей и четвертой. В конце раздела делается вывод о том, на какие пачки разделен разрез.

3 вариационный ряд.

Проверка первого числа:

Последнее число

Числа 798 и 151 исключаются

Среднее значение 3 пачки

Ẋ = *1094 = 109

13.05.04.РГП.КР.04.2011.ПЗ

лист

4

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Среднее квадратичное третьего ряда равно:

S₃ = = 28

Общее среднее квадратичное отклонения 2 и 3 ряда

S_2,3 = 57

Параметр t_2,3

t_2,3 = 7,9

m = 10+10-2 = 18

t_2,3>t (7.9>2,11) следовательно различие средних значений значимо и почки не должны быть объединены.

4 вариационный ряд

Для Х_n

13.05.04.РГП.КР.04.2011.ПЗ

лист

5

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Исключаются из вариационного ряда числа 898 и 739

Среднее значение 4 пачки

Ẋ = *836 = 84

Среднее квадратичное четвертого ряда равно:

S₄ = = 25

Общее среднее квадратичное отклонения 3и 4 ряда

S_3,4 =

Параметр t_3,4

t_3,4 = 3

число степеней свободы равно:

m = 10+10-2 = 18

t_2,3 >t (3>2,11) следовательно различие средних значений статистически значимо и пачки не должны быть объединены.

Вывод : никакие из 4 интервалов не могут быть объединены между собой.

2. Выбор типа буровых долот по механическим свойствам горных пород и определение осевой нагрузки на долото.

2.1 Оценка механических свойств горных пород геологического разреза

Для выбора типа горных пород необходимо знание механических свойств горных пород прежде всего абразивности и твердости. Эти свойства могут быть определены по характеристикам пород геологического разреза

• Геолого – петрографическая характеристика, включающая литотип, структурное состояние породы, состав цемента, наличие включений обломочного кремниевого состава, степень нарушенности массива пород

• Геолого-геофизическая характеристика пород со средним значением плотности Ϭ_m, определяемыми по диаграммам гамма-гаммакаротажа

13.05.04.РГП.КР.04.2011.ПЗ

лист

6

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Таблица встречающихся пород

Необходимо отметить что для выбора типа бурового долота важное значение имеет абразивность пород.

2.2 Выбор класса бурового долота по характеру воздействия на горную породу

Т.к имея в первом разрезе горные породы(пески и опоковидные глины) абразивности 5, и твердости 1-2 то класс бурового долота для бурения первой пачки будет – долота реже – истирающего действия и шарошечные долота типа МЗ (для мягких абразивных пород)

Во второй пачке горных пород(чередование глин и песчаников) категория абразивности будет равна 6, а твердости 2, то класс бурового долота для бурения второй пачки будет шарошечные долота типа МЗ ( для мягких абразивных пород) и МСЗ (для мягких абразивных пород с пропластками средних)

В третьей пачке горных пород (аргиллиты) категория абразивности будет приблизительно равна от 4 до 6, а категория твердости 6, то класс бурового долота для бурения третьей пачки будет – шарошечные долота типа СТЗ ( для средних и твердых пород) и ТЗ (для твердых абразивных пород)

В четвертой пачке, в которой находятся нефтенасыщенные песчаники и алевролиты категории я абразивности будет равна от 4 до 6, а значение твердости от 7 до 8, следовательно этот интервал будет буриться с помощью долот типа ТЗ (для твердых абразивных пород) и типа ТКЗ (для абразивных твердых пород с пропластками очень твердых пород).

2.3 Уточнение выбора типа долот с использованием классификации шарошечных долот по назначению

Для окончательного выбора необходимо уточнить механические свойства горных пород геологического разреза по интервалам. Для этого уточняется группа пород интервала, категория твердости и твердость МПа. Далее определяется группа долот и средние значения твердости, отвечающие категориям пород по твердости при вдавливании по штампу.

13.05.04.РГП.КР.04.2011.ПЗ

лист

7

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Т.к пески и опоковидные глины относятся к классу мягких пород, категории твердости 1-2 и твердости по МПа менее 100,и являются выскокабразивными породами, то бурение первой пачки будет осуществляться с помощью шарошечных долот типа МЗ (для мягких абразивных пород) и МСЗ (для мягких абразивных пород с пропластками средних)

Во второй пачке находятся такие горные породы как чередование глин и песчаников, категории твердости 3 и твердости по МПа 250-500 а также являются высокоабразивными породами, то бурение второй пачки будет осуществляться с помощью шарошечные долот типа СЗ (для средних абразивных пород) и МСЗ (мягкие абразивные породы с пропластками средних)

В третьей пачке находятся горные породы типа аргиллиты, с категорией твердости 4-5, категорией твердости МПа 500-1000 и категорией абразивности 6, то бурение третьей пачки будет осуществляться с помощью шарошечных долот типа СТЗ (средние абразивные породы с пропластками твердых) и типа СЗ (средние абразивные породы)

В четвертой пачке содержащей нефтенасыщенные пестчанники и алевролиты, с категорией твердости 7-8, категории твердости МПа 500-1000 и категорией абразивности 4-6, то бурение четвертой пачки будет осуществляться с помощью шарошечных долот типа СЗ ( для средних абразивных пород) и типа ТЗ (для твердых абразивных пород)

Таким образом, сделан выбор долот в зависимости от механических свойств горных пород геологического разреза. Окончательный конкретный выбор производиться с учетом опыта отработки долот, практики бурения с долотами с приводом от забойных двигателей и т.д. Но выбор конкретного долота с определенной характеристикой вооружения, опоры, вида промывочной жидкости не входит в объем данной курсовой работы.

2.4 Определение осевой нагрузки на долото

Осевая нагрузка на долото по имеющимся данным по твердости горных пород по штампу определяется по формуле:

G = α_*P_ш*F_к где P_ш – твердость горных пород по штампу, МПа

α – коэффициент, учитывающий изменение твердости пород в забойных условиях;

α = 0.3-1.6, для условий Западной Сибири принимают обычно равным 0.7

F_к - площадь контакта зубьев долота с забоем, м²

F_к можно определить по формуле Федорова В.С.

F_к = , где Dд – диаметр долота; ;

13.05.04.РГП.КР.04.2011.ПЗ

лист

8

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Для оперативного подсчета F_к следует использовать табличные данные Z_c, f и F_к

Для первой пачки горных пород осевая нагрузка на долото будет состовлять:

G = 0,7*100*291*10^-3 = 20,37кН

Второй пачки

G = 0,7*500*291*10^-3 = 101,85кН

Третьей пачки

G = 0.7*1000*291*10^-3 = 203,73кН

Четвертой пачки

G = 0.7*1000*291*10^-3 = 203,73 кН

2.5 Сравнение расчетных значений осевых нагрузок на долото с максимально допустимыми.

Таблица максимально допустимых нагрузок на долото

Сравнение расчетных нагрузок на долото, определенные из условия объемного разрушения горных пород, должны быть сравнены с максимально допустимыми, обусловленными прочностью долот.

Максимальная нагрузка на выбранное долото диаметром 190.5 мм составила 203,73кН. Следовательно допускается бурить данным видом долота все четыре интервала, т.к осевая нагрузка на долото при бурении не будет превышать максимально допустимой.

13.05.04.РГП.КР.04.2011.ПЗ

лист

9

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Абатуров В.Г. Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу «Разрушение горных пород при бурении скважин» для студентов 3 курса специальности 0211/ В.Г. Абатуров, С.И. Грачев, Ю.А. Молотков. – Тюмень: ТюмИИ, 1985. – 24 с.

2 Спивак А.И. Разрушение горных пород при бурении скважин/ А.И. Спивак, А.Н. Попов. – М.: Недра, 1994. – 260 с.

3 Абрамсон М.Г. Справочник по механическим и абразивным свойствам горных пород нефтяных и газовых месторождений/ М.Г. Абрамсон, Б.В. Байдюк, В.С. Зарецкий и др. – М.: Недра, 1984. – 207с.

4 РД 39-3-679-82. Методическое руководство по определению и использованию показателей свойств горных пород в бурении. – М.: ВНИИБТ, 1983. – 93 с

5.Рд 39-2-52-78. Комплексная методика классификации горных пород геологического разреза, разделения его на пачки пород и выбора рациональных типов и конструкций шарошечных долот для эффективного разбуривания нефтяных и газовых месторождений. – М.: ВНИИБТ, 1980. – 297 с.

6 Овчинников В.П. Методические указания по оформлению пояснительной записки дипломных, курсовых проектов (работ) контрольных работ, отчетов по практикам для студентов специальности 090800 «Бурение нефтяных и газовых скважин» очной и заочной форм обучения (часть 1)/ В.П. Овчинников, Ю.С. Кузнецов, В.М. Шенбергер и др. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2000. – 17 с.

7 Овчинников В.П. Методические указания по оформлению пояснительной записки дипломных, курсовых проектов (работ) контрольных работ, отчетов по практикам для студентов специальности 090800 «Бурение нефтяных и газовых скважин» очной и заочной форм обучения (часть 2)/ В.П. Овчинников, Ю.С. Кузнецов, В.М. Шенбергер и др. – Тюмень: ТюмГНГУ

13.05.04.РГП.КР.04.2011.ПЗ

лист

10

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата