| Разбуриваемая Порода | Категория по бури мости | Твердость горных пород, МПа | Тип долота |
| Мягкие | II | < 250 | М |
| Средние | III | 250 - 500 | М, МЗ , МС |
| IV | 500 – 1000 | МСЗ, С, СТ | |
| Твердые | V | 1000 – 1500 | СТ, Т, СЗ |
| VI | 1500 – 2000 | СЗ, ТК, ТЗ | |
| Крепкие | VII | 2000 – 3000 | ТЗ, ТКЗ |
| VIII | 3000 – 4000 | ТКЗ | |
| Очень крепкие | IX | 4000 – 5000 | ТКЗ, К |
| X | 5000 – 6000 | К, ОК | |
| XI | 6000 –7000 | ОК | |
| XII | > 7000 | - |
Выбор типа долота для бурения конкретной горной породы или пачки горных пород Всероссийский институт буровой техники предлагает ре-шать, учитывая твердость и абразивность этих пород с помощью клас-сификационной таблицы (рис. 28). На этом рисунке на основании обоб-щения опыта отработки долот эталонными точками помечены сочетания категорий твердости (Кт) и абразивности (Ка) горных пород, для разрушения которых наиболее подходят существующие типы шарошечных долот. Если требуется выбрать тип долота для бурения конкретных горных пород, то необходимо определить средневзвешенные значения категорий твердости и абразивности по формулам
K т = Kт,i mi / M,
К а = Kт,imi / M,
 |
Рис.28. Соответствие категорий твердости и абразивности горных пород
типам шарошечных долот.
где Кт , i , Ка , i - категория твердости и абразивности горных пород i-й разновидности, соответственно, mi – мощность горных пород i-го прослоя,
M – мощность выделенной пачки горных пород, М = Σ mi. (В приведенных формулах по индексу i происходит суммирование). Затем по классифи-кационной таблице (рис.28) определяется тип долота. Рассмотрим это на конкретном примере. Предположим, что нам необходимо подобрать тип шарошечного долота для разбуривания пачки горных пород в интервале 300-1300 м, состоящей из следующих пород:
Горная порода Известняк Доломит Известняк Доломит
органогенный органогенный
Интервал, м 300- 400 400-600 600-900 900-1300
Кт 6 7 6 7
Ка 4 5 4 7
Определяем средневзвешенные значения категорий твердости и абра-зивности:
K т = (6·100 + 7·200 + 6·300 + 7·400) / (1300-300) = 6,6,
К а = (4·100 + 5·200 + 4·300 + 7·400) / (1300-300) = 5,4.
Полученные данные наносим на рис.28: расчетная точка Д наиболее близко расположена к эталонной точке, соответствующей шарошечным долотам типа ТЗ, ТКЗ. Эти долота и выбираем для разбуривания данной пачки горных пород.
Показателем эффективности буримости в конкретных условиях является величина эксплуатационных затрат на 1 м проходки. Этот же показатель характеризует эффективность работы породоразрушающего инструмента.
Исследование буримости горных пород необходимо как для выбора типа породоразрушающего инструмента для её разбуривания, так и для оптимизации показателей режима бурения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Механический способ разрушения горных пород при бурении скважин к настоящему времени далеко себя не исчерпал. Его дальнейшее развитие связано как с совершенствованием бурового инструмента, приме-нением новых износостойких материалов, так и с совершенствованием технологии бурения.
Высокая эффективность разрушения горных пород является необходимым условием роста механической скорости бурения скважины. Повышение эффективности разрушения горных пород следует связывать со способностью инструмента усиливать развитие остаточной деформации в горной породе под пятном контакта, с возможностью управления величиной дифференциального и угнетающего давлений, с совершенст-вованием очистки забоя от разрушенной горной породы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика горных пород. - М.: Нед-ра. - 1975.
2. Войтенко В.С. Управление давлением при бурении скважин. - М.: Недра. - 1986.
3. Основы бурения нефтяных и газовых скважин: Учебное пособие/ А.Г.Калинин, В.С. Литвиненко, А.И. Радин. – Санкт-Петербург: Гос. горный ин-т.- 1996.
4. Крупенников Г.А., Филатов Н.А. Распределение напряжений в по-родных массивах. - М.: Недра. - 1972.
5. Мавлютов М. Р. Разрушение горных пород при бурении скважин. - М.: Недра. - 1978.
6. Павлова Н.Н. Деформационные и коллекторские свойства горных пород.- М.: Наука. - 1975.
7. Процессы разрушения горных пород и резервы повышения ско-ростей бурения/Колесников Н.А., Рахимов А.Е., Брыков А.А., Булатов А.И. - М.: Недра. - 1989.
8. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. - М.: Не-дра.- 1984.
9. Спивак А.И., Попов А.Н. Разрушение горных пород при бурении скважин. - М.: Недра. - 1994.
10. Сулакшин С.С. Разрушение горных пород: Учебное пособие. - Томск: Ротапринт ТПУ. - 1994.
11. Сулакшин С.С. Бурение геологоразведочных скважин: Справоч-ное пособие. - М.: Недра. - 1991.
12.Осипов П.Ф., Скрябин Г.Ф. Оптимизация режимов бурения гидро-мониторными шарошечными долотами. - Ярославль: Медиум-пресс. - 2001.
13. Евсеев В.Д. Разрушение горных пород при различных напряжен-ных состояниях: Учебное пособие. – Томск: Ротапринт ТПУ. – 2000.
14. Попов А.Н., Головкина Н.Н. Прочностные расчеты стенок сква-жины в пористых горных породах: Учебное пособие.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2001.
15. Протасов Ю.И. Разрушение горных пород. – М.: Изд-во МГГУ, 2001.
16. Ганджумян Р.А., Калинин А.Г., Никитин Б.А. Инженерные расчеты при бурении скважин: Справочное пособие/ Под ред. А.Г.Ка-линина. – М.: ОАО «Издательство «Недра», 2000.
17. Рабиа Х. Технология бурения нефтяных и газовых скважин: Пер. с англ. / Под ред. В.Г.Григулецкого. – М.: Недра, 1989.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………… 3
1. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ОКРЕСТНОСТИ
СКВАЖИНЫ…………………………………………………………………3
1.1. Начальное напряженное состояние массива горных пород.………... 3
1.1.1.Геостатическое давление ………………………………….…………4
1.1.2. Геостатическое давление в пористых горных породах,
эффективное напряжение…………………………………………….……….5
1.1.3. Коэффициент бокового распора……………………………………7
1.2. Дополнительное напряженное состояние……………………………… 9
1.2.1. Напряженное состояние и устойчивость стенки скважины……...12
1.3. Влияние давления и температуры на деформационные свойства
горных пород…………………………………………………………….12
1.3.1.Влияние давления…………………………………………………... 13
1.3.2.Влияние температуры……………………………………………… 13
2. РАЗРУШЕНИЕ ОБРАЗЦОВ ГОРНОЙ ПОРОДЫ
ВДАВЛИВАНИЕМ В НИХ ИНДЕНТОРОВ.………………………….. 14
2.1. Типы инденторов и создаваемые ими давления……………………….15
2.2. Механизмы разрушения горных пород при вдавливании
инденторов………………………………………………………………..…. 17
2.2.1. Разрушение горной породы под действием сосредоточенной
силы………………………………………………………………….…….... 18
2.2.2. Особенности разрушения горной породы при вдавливании
клина………………………………………………………………….……….19
2.2.3. Разрушение горной породы при вдавливании жесткого
цилиндрического индентора с плоским основанием...…………..……….. 20
2.2.4. Особенности разрушения горной породы при вдав-
ливании сферы и усеченного конического индентора………….………… 23
2.3. Определение механических свойств горных пород методом вдав-
ливания индентора (метод Л.А. Шрейнера )………………………………. 25
2.3.1. Определение твердости горных пород…………………………… 25
2.3.2. Оценка эффективности разрушения……………………………… 29
2.4. Особенности разрушения образцов горной породы при динами-
ческом приложении нагрузки..……………………………………………. 30
2.4.1. Локальное импульсное механическое воздействие на поверх-
ность твердого тела (задача Лэмба) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.4.2. Показатели динамических свойств горных пород………………. 33
2.4.3. Разрушение образцов горной породы при динамическом
внедрении индентора. Формы разрушения………..…………………… 34
2.4.4. Изменение энергоемкости разрушения образцов горной
породы при динамическом нагружении…………………………... 36
2.5. Энергетика дробления шлама на забое скважины…………………… 36
3. ОСОБЕННОСТИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ
БУРЕНИИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН……………………… 39
3.1. Основные принципы механики разрушения горных пород при
бурении скважин.……………………………………………………….. 39
3.1.1. Классификация породоразрушающего инструмента……………39
3.1.2. Вспомогательный породоразрушающий инструмент………….. 41
3.1.3. Параметры режима бурения и показатели работы долот…..…. 42
3.1.4. Определение осевой нагрузки на долото………………………. 44
3.1.5. Крутящий момент на долоте…..………………………………… 45
3.1.6. Мощность на долоте…….………….……………………………. 47
3.2. Разрушения горных пород инструментом режуще-скалывающего
действия. Лопастные долота……………………………………………. 49
3.2.1. Кинематика лопастного долота………………………………….... 51
3.2.2. Износ лопастного долота..………………………………………… 54
3.2.3. Динамика лопастного долота……………………………………... 55
3.3. Долота истирающе-режущего действия……………………………... 56
3.3.1. Разрушение горных пород при бурении скважин
алмазным породоразушающим инструментом………………………….. 57
3.4. Особенности разрушения горных пород инструментом дробяще-
скалывающего действия……………………………………………………. 60
3.4.1. Вооружение шарошечных долот первого класса…..…….………..62
3.4.2. Вооружение шарошечных долот второго класса……………….…63
3.4.3. Кинематика долота дробяще-скалывающего действия……….…..65
3.4.4. Разрушение горных пород долотами дробяще-скалывающего
действия……………………………………………………………….69
4. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА БУРЕНИЯ И ЗАБОЙНЫХ УСЛОВИЙ НА РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ …...70
4.1.Влияние параметров режима бурения на механическую
скорость ……….………………………………………………..……….. 70
4.1.1. Влияние осевого усилия………………………………………..…..71
4.1.2. Влияние частоты вращения долота ……………………………….74
4.1.3. Влияние интенсивности промывки забоя скважины……………..75
4.1.4. Взаимосвязь параметров режима бурения и технико-
экономических показателей………………………………………. 77
4.2. Влияние забойных условий на разрушение горных пород
при бурении……………………………………………………………….78
4.2.1. Влияние гидродинамического давления……………………….. 78
4.2.2. Влияние дифференциального давления………………………… 79
4.2.3. Влияние угнетающего давления………………………………… 82
4.3. Влияние параметров промывочной жидкости на изменение
механической скорости бурения…………….………………………….83
4.3.1. Влияние плотности………………………………………………….84
4.3.2. Влияние концентрации твердой фазы……………………………..84
4.3.3. Влияние вязкости…………………………………………………...85
4.3.4. Влияние показателя фильтрации промывочной жидкости………86
5.БУРИМОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД И ВЫБОР ШАРОШЕЧНЫХ
ДОЛОТ ДЛЯ КОНКРЕТНЫХ УСЛОВИЙ БУРЕНИЯ……………..…87
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………….……91
ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………. 91
СОДЕРЖАНИЕ……….………………………………………………..…… 93
Виктор Дмитриевич Евсеев
РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
Учебное пособие
Научный редактор доцент, к.т.н. Ю.Л.Боярко
Редакторы: Н.Я. Горбунова,
Р.Д. Игнатова
Подписано к печати 20.05.02
Формат 60х84/16. Бумага офсетная.
Плоская печать. Усл.- печ.л. 5,52. Уч.-изд.л. 5,0.
Тираж 150 экз. Заказ № . Цена С.18
ИПФ ТПУ. Лицензия ЛТ № 1 от 18.07.94.
Типография ТПУ, 634034, Томск, пр. Ленина, 30.
Дата: 2019-07-30, просмотров: 175.
