Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Бурение и нефтяных и газовых скважин»
Курсовая работа
по дисциплине
«Разрушение горных пород при бурении скважин»
|
группа |
БГБ-10-01 |
оценка |
дата |
подпись |
|
студент |
Ф.Ф.Булатов |
|||
|
доцент |
Б.Н. Трушкин |
|||
|
Оценка защиты |
Уфа 2013
Содержание Стр.
Задание 3
1 Оценка однородности интервала бурения 4
1.1 Относительный размах варьирования 4
1.2 Построение гистограммы (диаграммы распределения) 4
1.3 Проверка крайних значений на маловероятность 5
1.4 Расчет характеристик ряда 8
1.5 Оценка однородности 8
1.6 Проверка вариационных рядов на наличие в них маловероятных
значений 8
2. Определение статистических характеристик показателей
механических свойств горной породы 10
3. Выбор долота 12
3.1 Предварительный выбор типа вооружения долот 12
3.2 Выбор типа опор шарошек 13
3.3 Выбор типа системы промывки 13
3.4 Расчет областей разрушения горной породы долотом 1-го класса 13
3.5 Расчет осевой нагрузки для достижения предела текучести
в горных породах 14
3.6 Расчет области разрушения горной породы долотом 2 – го класса 15
4. Расчет долговечности вооружения долота 1-го класса 16
5. Расчет гидромониторных насадок системы промывки долота 17
6. Основные итоги работы 19
Задание
Интервал бурения – Z=2100-2600 ,м;
Ожидаемые колебания давления в скважине – ∆p= ±1,8 ,МПа;
Литология – алевролиты
Относительное пластовое давление p’=0,9;
Диаметр долота (скважины) – D= 215,9 , мм;
Частота вращения долота– n = 90 об/мин.
1. Оценка однородности интервала бурения
1.1 Относительный размах варьирования
В моей курсовой работе проверку однородности интервала провожу по показателю свойств, имеющему наибольший относительный размах варьирования Ro
, (1)
где Хmax и Хmin - максимальное и минимальное значения показателя свойств породы.
;
;
;
;
1.2 Построение гистограммы (диаграммы распределения)
Интервалы выделяем графически построением гистограммы распределения показателей свойств горной породы по глубине z. Ограниченный объем выборки позволяет разделить интервал бурения только на две части. Граница между интервалами будет находиться там, где наблюдается наиболее резкое изменение показателя свойств или существенно изменятся его варьирование. Значения показателя свойств горной породы, соответствующие выделенным интервалам, образуют два вариационных ряда. При выборе рядов пользовался дополнительным условием – в выделенном интервале недолжно быть меньше 3-х строк, т.к. статистика не рассматривает вариационные ряды с числом членов меньше 3-х.
Строится по показателю, у которого самый наибольший относительный размах, в данном случае это параметр а21 .
Рисунок 1 Гистограмма распределения показателей свойств горной породы
1.3 Проверка крайних значений на маловероятность
В вариационный ряд каждого показателя могут попасть маловероятные значения, обусловленными грубыми ошибками при измерениях или подборе образцов породы. Эти значения необходимо исключить:
Х1 ≤ Х2≤ Х3 ≤…≤ Х1≤…≤ Хп-2 ≤ Хп-1 ≤ Хп , (2)
где n – число членов вариационного ряда.
Рассмотрим 1-ый ряд: Х1 Х2 Х3
680 ≤ 1740 ≤ 1890≤1920≤1940≤2060≤2100
|
Проверяемые значения |
Формула |
Проверяемые значения |
Формула |
Критерий Кi |
|
Хn Хn-1 |
Х1, Х2 |
0,661 |
||
|
Хn |
Х1 |
Х1, Х2, исключаем дальнейшая проверка не имеет значение |
0,610 |
|
|
Хn |
Х2 |
0,507 |
Таблица 1 Расчет параметров распределения крайних значений 1-го ряда
Х1 =680 и Х2=1740 являются маловероятными значениями, тогда ряд будет выглядет так: 1890;1920;1940;2060;2100.
Рассмотрим 2-ой ряд: Х1 Х2 Х3
2130 ≤ 2240≤ 2310≤ 2420≤ 2520
Таблица 2 Расчет параметров распределения крайних значений 2 – го ряда
|
Проверяемые значения |
Формула |
Проверяемые значения |
Формула |
Критерий Кi |
|
Хn ,Хn-1 |
Х1, Х2 |
0,845 |
||
|
Хn |
Х1 |
0,807 |
||
|
Хn |
Х2 |
0,642 |
Маловероятных значений нет, ряд будет выглядет так:
2130 ≤ 2240≤ 2310≤ 2420≤ 2520
1.4 Расчет характеристики ряда
Найдем среднее арифметическое значение по формуле:
, (3)
Найдем среднее квадратичное отклонение по формуле:
, (4)
где n- число оставшихся в ряду значений;
1.5 Оценка однородности интервала бурения
Применение метода сравнений требует вычисления общего среднеквадратичного отклонения полученных вариационных рядов по формуле:
, (6)
где индексы 1,2 соответственно 1-ый и 2-ой вариационные ряды.
.
Параметр распределения t12 разности средних арифметических значений рядов по формуле:
; (7)
.
Вычисленное значение параметра t12 сравниваем с критическим t(P,f) распределения Стьюдента, соответствующим заданной вероятности и числу степеней свободы f, которое в данном случае вычисляется по формуле:
, (8)
tкр=2.31
t12=4.81 > tкр = 2,31.
Значит интервал бурения неоднородный, и его выделенные части следует рассматривать отдельно.1-ый ряд отбрасываем из дальнейших расчетов, весь остальной расчет будем вести по 2-ому ряду.
1.6 Проверка вариационных рядов на наличие в них маловероятных значений по p0
Рассмотрим ряд: 1540 ≤ 1540 ≤ 1580≤1620≤1680
Таблица 3 Расчет параметров распределения крайних значений ряда
|
Проверяемые значения |
Формула |
Проверяемые значения |
Формула |
Критерий Кi |
|
Хn Хn-1 |
Х1, Х2 |
0,845 |
||
|
Хn |
Х1 |
0 |
0,807 |
|
|
Хn |
Х2 |
0 |
0,642 |
Маловероятных значений нет, ряд будет выглядет так:
1540≤ 1540≤ 1580≤ 1620≤ 1680 =1592; S=53.1.
1.7 Проверка вариационных рядов на наличие в них маловероятных значений по C
Рассмотрим ряд: 42100 ≤ 46300 ≤ 46900≤48200≤49600
Таблица 4 Расчет параметров распределения крайних значений ряда
|
Проверяем значения |
Формула |
Проверяем значения |
Формула |
Критерий Кi |
|
Хn Хn-1 |
Х1, Х2 |
0,845 |
||
|
Хn |
Х1 |
0,807 |
||
|
Хn |
Х2 |
Х1 исключаем, дальнейшая проверка не имеет значение |
0,642 |
Маловероятных значения Х1 =42100, ряд будет выглядет так:
46300≤ 46900≤ 48200≤ 49600 =46620; S=2529.
1.8 Проверка вариационных рядов на наличие в них маловероятных значений по a21
Рассмотрим ряд: 1,00 ≤ 1,02 ≤ 1,04≤1,06≤1,12
Таблица 5 Расчет параметров распределения крайних значений ряда
|
Проверяемые значения |
Формула |
Проверяемые значения |
Формула |
Критерий Кi |
|
Хn Хn-1 |
Х1, Х2 |
0,845 |
||
|
Хn |
Х1 |
0,807 |
||
|
Хn |
Х2 |
0,642 |
Маловероятных значений нет, ряд будет выглядет так:
1,00≤ 1.02≤ 1.04≤ 1.06≤ 1.12 =1.05; S=0.041.
1.9 Проверка вариационных рядов на наличие в них маловероятных значений по а25
Рассмотрим ряд: 4,1 ≤ 4,1 ≤ 4,3≤4,3≤4,4
Таблица 6 Расчет параметров распределения крайних значений ряда
|
Проверяемые значения |
Формула |
Проверяемые значения |
Формула |
Критерий Кi |
|
Хn Хn-1 |
Х1, Х2 |
0,845 |
||
|
Хn |
Х1 |
0 |
0,807 |
|
|
Хn |
Х2 |
0 |
0,642 |
Маловероятных значений нет, ряд будет выглядет так:
4.1≤ 4.1≤ 4.3≤ 4.3≤ 4.4 =4.24; S=0.12.
2. Определение статистических характеристик показателей механических свойств горной породы
Для большей по толщине части интервала бурения проводим обработку
всех вариационных рядов. Результаты расчетов характеристик вариационных рядов, а также нижние и верхние значения сведем в таблицу 7.
Таблица 7 Статистические характеристики показателей механических свойств горных пород
|
Обозначения |
Ро, МПа |
Рш, МПа |
С, МПа |
а21,мм/ч |
а25, мм/ч |
Н |
|
1592 |
2324 |
46620 |
1,05 |
4,24 |
6.87 |
|
|
S |
53.1 |
136 |
2529 |
0,041 |
0,12 |
|
|
1534 |
2174 |
43838 |
||||
|
1650 |
2474 |
49402 |
7.05 |
Верхний и нижний границы случайной величины, в пределах которых с заданной вероятностью лежат все ее значения:
(9)
где t1 - параметр распределения Стьюдента, значения которых приведены в таблицах.
Для двух случайных величин степень свободы равна: f=2n-2
f=2*5-2=8
t=1,1
3. Выбор долот
3.1 Предварительный выбор типа вооружения долот
Каждый тип долот имеет свою область рационального использования. Эти области характеризуются твердостью горных пород, выраженной в категориях. Перейдем от показателей твердости в МПа к показателям в категориях:
Н = 0,16423240,479 =6,87 кат.
Н = 0,30524740,426=7,05 кат.
Для наглядности выбора типа долот строятся номограммы, представленные на рис.2
Рисунок 2 Номограммы для выбора типов вооружения долот:
а – для долот первого класса; б – для долот второго класса.
Для абразивных горных пород перспективными являются долота типа TЗ и ТКЗ, а для неабразивных –Т.
3.2 Выбор типа опор шарошек
Шарошечные долота изготавливаются с четырьмя основными типами опор (АУ, НУ, Н. В), предназначенными для соответствующих им частот вращения долот. Заданная частота вращения долота n = 90 об/мин, этой частоте соответствует опора типа АУ.
3.3 Выбор типа системы промывки
Для долота с опорой типа АУ – гидромониторная система, т.к. n < 110 об/мин. Используя выбранные типы вооружения и опор, принимаем решение о системе промывки, тогда полный шифр выбранного долота будет выглядеть так:
215,9Т-ГАУ(316);
215,9 ТЗ – ГАУ(627)
В скобках показан шифр долота по международному коду.
3.4 Расчетные характеристики долот и горной породы
При дальнейшем расчете предельно допустимую нагрузку на долото 215,9 мм будем принимать Gп = 250 кН.
Шарошки с низкой скалывающей способностью.
Таблица 3.1
Характеристики стального фрезерованного вооружения шарошек (1-го класса)
|
Размер и тип долота |
Сумма длин зубьев li , мм |
Сумма зубьев, z |
Высота зубьев на основном конусе hз , мм |
Начальное притупление зубьев b0, мм |
Сумма венцов на шарошках m |
|
215,9T |
112 |
131 |
9,5 |
1,75 |
9 |
Таблица 3.2
Характеристики твердосплавного вооружения шарошек (2-го класса)
|
Размер и тип долота |
Диаметр зубков, мм |
Сумма диаметров зубков, мм |
Радиусы, мм |
||
|
от |
до |
Rц |
Rс |
||
|
215,9ТЗ |
11 |
13 |
120 |
3,175-3,96 |
3,175 |
Сопротивление горных пород разрушению в забойных условиях выше, чем в атмосферных, т.е. приведем предел текучести Pо , породы к забойным условиям:
, (11)
где Ро3 – предел текучести горной породы в забойных условиях, МПа;
Ру – угнетающее давление бурового раствора на забое скважины, МПа.
Ру= Рсд-p , (12)
, (13)
, (14)
где Рсд – динамическое давление бурового раствора на забой скважин, МПа;
ρ1 – плотность бурового раствора, кг/ м3;
ΔР – ожидаемое колебания давления бурового раствора, МПа;
z – глубина бурения по подошве выбранного интервала, м;
Р'п – относительное пластовое давление, МПа;
ρ1=1,05*0,9*
Ру= 25,9-22,96=2,94 МПа
=
Р03=1,084*1592=1726 МПа
3.5 Расчет осевой нагрузки для достижения предела текучести в горных породах
Использование экспериментальных коэффициентов потребовало приведения осевой нагрузки на долото к безразмерному виду G':
, (16)
где кд =1,3 - коэффициент динамичности нагружения долота;
G и Gs - осевые нагрузки (статическая и необходимая) для достижения предела текучести а горной породе, кН.
Величина Gs для долот 1-го класса рассчитываем по формуле:
, (17)
где ν =0,30 – коэффициент, учитывающий количество одновременно контактирующих с забоем зубьев;
Σli – сумма длин рабочих поверхностей зубьев по одному с каждого венца, мм;
b0- начальное притупление зубьев, мм.
Параметры одного элемента вооружения шарошки 1 – го класса приведен на рис. 3
Рисунок 3 Элемент вооружения первого класса шарошечного долота(схема для расчетов параметров износа зуба шарошки)
3.6 Расчет области разрушения горной породы долотом и нагрузок на долота
Вооружение долот 1-го класса:
Gs = 0,30,112*0,001751726*10^6=105,2 кН
Осевая нагрузка на долото, соответствующая границе k -го скачка разрушения породы, равна:
, (19)
где Gнк – нижняя нагрузка k-го скачка разрушения породы, кН;
G'кп- безразмерная нагрузка начала k –го скачка.
для 2-го скачка
для 3-го скачка
Расчет средней безразмерной нагрузки на долото, для оценки возможной области разрушения горной породы. Для зубков с цилиндрической рабочей поверхностью формула выглядит так:
, (20)
.
, (21)
- для 2-го скачка
- для 3-го скачка
4. Расчет долговечности вооружения долота 1-го класса
Рассчитываем на долговечность один элемент вооружения в виде притупленного клина, имеющий средневзвешенные размеры и реализующий среднюю удельную мощность на разрушение породы забоя.
Долговечность Т соответствует времени изнашивания зуба на величину h.
, (23)
где А и В экспериментальные коэффициенты, входящие в зависимости скорости изнашивания стали а от удельной мощности трения Nуд ,которая для обломочных пород имеет вид:
, (24)
А = В=0,25
Найдем интенсивность мощности трения:
Ni = NAc /(k0lz), (27)
где -доля мощности трения;
- сумма зубьев долота;
=1,4 – коэффициент формы зуба;
l – средняя длина рабочей поверхности зуба, мм.
l=112/9=12,4 мм
c=7,733-0,487*6,87+48,08*0,009-0,0024*90=4,6
N=5,14*4,6*10-3*90*215,90,4*162,251,3=13643 Вт
Ni=13643*0,3/(1,4*12,4*131)=1,8
В связи с тем, что долото 1-го класса не обеспечивает использование ресурса опоры, то предпочтительым будет долото 2-го класса.Стойкость опоры будет 50 ч.
5. Расчет гидромониторных насадок системы промывки долота
Промывка или продувка скважины должна обеспечить полное и своевременное удаление шлама с забоя и из скважины, а также обеспечивать работу гидравлических забойных двигателей. В курсовой работе мы ограничимся выбором расхода Q бурового раствора из условия очистки забоя:
, (29)
где qуд – удельный расход бурового раствора, м/с;
Fз – площадь забоя скважины, м2.
Для песчано-глинистых обломочных пород принимаем qуд = 0,65 м/с.
Q=0,65*0,037=0,024 м3/c
Рисунок 4 Гидромониторный узел долота с гвоздевым креплением насадки
1 – корпус долота;
2 – насадка;
3 – резиновое уплотнительное кольцо;
4 – гвоздь, крепящий насадку в корпусе долота.
В случае гидромониторного долота необходимо обеспечить скорости истечения жидкости νи из насадок от 60 до 120 м/с. Условие νи >60 м/с вытекает из необходимости обеспечения гидромониторного эффекта на забое скважины. В противном случае применение долота с гидромониторной системой промывки не имеет смысла. В расчетах мы νи1 =60 м/с, а νи2 =120 м/с.
По величине выбранного расхода жидкости Q и скорости истечения рассчитаем площади каналов, по формуле:
(30)
;
;
По величине f подбираем стандартные насадки: dн1 = 12,7 мм, dн2 = 9,5 мм.
По выбранным диаметрам насадок рассчитываем соответствующие им
перепады давления на долоте по формуле:
(31)
Где Q – выбранный расход бурового раствора, м3 /с;
ρ1 – плотность бурового раствора для заданного интервала бурения, кг/ м3
μ = 0,9 – коэффициент расхода;
fн – площадь канала выбранного стандартной насадки, м2.
6. Основные итоги работы
Окончательные результаты по курсовой работе оформим в виде таблицы 6.
Таблица 6 Расчетные параметры режима и ожидаемые показатели бурения интервала
|
Интервал, м |
ρ1, кг/м3 |
n, об/мин |
Тип долота |
Диаметр насадок, мм |
Области разрушения породы |
G, по области разрушения |
Стойкость долота, ч |
Рекомендуемое долото |
|
|
Т0,75 |
Т0 |
||||||||
|
2100 - 2600 |
945 |
90 |
215,9Т- ГАУ(316) |
От 9,5 до 12,7 |
2 3 |
133÷250 192÷250 |
12,8 — |
50 50 |
215,9ТЗ-ГАУ(627) |
|
215,9ТЗ- ГАУ(627) |
2 3 |
79÷250 217÷250 |
Вывод:
1.Оба долота обеспечивают объемное разрушение горной породы (2,3 области объемного разрушения;).
2.Долото 1-го класса не обеспечивает ресурса опор долота.
На основе этих выводов выбираем долото 2-го класса 215,9 ТЗ-ГАУ(627).
Утв.
Н. контр.
Т. контр.
Пров.
Б.Н.Трушкин
Разраб.
Ф.Ф.Булатов
Дата
Подп.
Изм.
№ докум.
Лит
TITLE \* MERGEFORMAT Разрушение горных пород при бурении скважин
УГНТУ БГБ-10-01
19
PAGE \* MERGEFORMAT 2
Листов
Лист
Лит
Подп. и дата
Инв. № дубл.
Взам. инв. №
Подп. и дата
Инв. № подп
Подп. и дата
Инв. № дубл.
Взам. инв. №
Подп. и дата
Инв. № подл.
NUMPAGES \* MERGEFORMAT 6