Сущность и классификация видов бурения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Пермского края

государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Пермский нефтяной колледж»

ГБПОУ «Пермский нефтяной колледж»

Контрольная работа

По дисциплине «ТБНГС»

Выполнил студент

Шведчиков А.В.

Проверил преподаватель

Постнов Дмитрий Сергеевич

Пермь 2017



Содержание

1. Принципы работы электробура. Сущность электробурения, преимущества, недостатки и область применения

2. Типовая схема расположения оборудования на буровой в данном районе

3. Основные закономерности и виды разрушения горных пород при бурении

4. Различают два основных вида механического способа бурения: ударное и вращательное бурение

5. Алмазные долота. Конструкции, типы, преимущества, недостатки и область их применения

6. Замки бурильных труб, конструкции, типоразмеры согласно ГОСТ 5286-75

Литература



1. Принципы работы электробура. Сущность электробурения, преимущества, недостатки и область применения

При бурении электробур, присоединённый к низу бурильной колонны, передаёт вращение буровому долоту. Электроэнергия подводится к электробуру по кабелю, смонтированному отрезками в бурильных трубах. При свинчивании труб отрезки кабеля сращиваются специальными контактными соединениями. К кабелю электроэнергия подводится через токоприёмник, скользящие контакты которого позволяют проворачивать колонну бурильных труб. Для непрерывного контроля пространственного положения ствола скважины и технологических параметров бурения при проходке наклонно направленных и разветвлённо-горизонтальных скважин используется специальная погружная аппаратура (в том числе телеметрическая). При бурении электробуром очистка забоя осуществляется буровым раствором, воздухом или газом.

Преимуществами электрического двигателя по сравнению с гидравлическим являются: независимость частоты вращения, момента и других параметров от количества подаваемой жидкости, ее плотности, и физических свойств и глубины скважины; постоянство частоты вращения, большая перегрузочная способность электродвигателя и возможность контроля процесса работы с поверхности земли.

К недостаткам электродвигателя относятся необходимость одновременной подачи к забою двух видов энергии -- электрической и гидравлической и сложность конструкции.

Электробуры предназначенные для бурения вертикальных, наклонно-направленных и разветвленно-горизонтальных нефтяных и газовых скважин, а также, по согласованию с предприятием-разработчиком, для бурения скважин иных назначений (для строительства фундаментов и фундаментов опор мостов, для прокладки трубопроводов под водными и другими преградами, на воду и др.). Электробуры предназначаются для нужд народного хозяйства и для поставок на экспорт

2. Типовая схема расположения оборудования на буровой в данном районе

3. Основные закономерности и виды разрушения горных пород при бурении

Разрушение горных пород происходит вследствие отрыва, сдвига, среза или скалывания. При растяжении, горные породы разрушаются преимущественно на отрыв, а при сжатии на скалывание. Разрушение горной породы, в большей степени происходит по контактным поверхностям между отдельными минеральными зернами. Этот процесс происходит постепенно, и требует времени. Продолжительность разрушения горной породы зависит от температуры, нагрузок, активности среды, напряженного состояния и прочих факторов.

Процесс разрушения горных пород при бурении скважины может быть поверхностным или объемным. Поверхностное разрушение сводится к истиранию, дроблению, выламыванию породы, и как правило, является неэффективным. Ввиду неэффективности поверхностного разрушения, остановимся на более подробном рассмотрении процесса объемного разрушения горной породы.

Бурение долотом, можно рассматривать как вдавливание в горную породу штампа, с плоским и криволинейным основаниями. С увеличением степени нагрузки на штамп, меняется скорость деформации. Существует три вида напряженного состояния породы под штампом, это:

- уплотнение

- предельное равновесие

- разрушение

Классификация видов бурения по способу разрушения горных пород на забое.

В настоящее время известны следующие способы разрушения горных пород:

1. механический (разрушение инструментами, машинами гидравлическим аппаратами);

2. физический (огневой и взрывной);

3. химический (растворение, выщелачивание, газификация).

4. Различают два основных вида механического способа бурения: ударное и вращательное бурение

При ударном бурении порода разрушается под действием ударов буровыми наконечниками, называемыми долотами. При вращательном бурении порода срезается или раздавливается и истирается в забое специальными режущими и дробящими долотам» или резцами коронок, буровой дробью или алмазами.

Различают два вида ударного бурения: канатное и штанговое. В первом случае буровые наконечники опускаются в скважину и приводятся в действие канатом (тросом), во втором случае металлическими стержнями-штангами. Штанговое ударное бурение может производиться с промывкой забоя скважины и без промывки. Разрушение породы при ударном бурении осуществляется на полное сечение скважины -- сплошным забоем.

Вращательное бурение в свою очередь разделяется на собственно вращательное (роторное), обычно применяемое в тех случаях, когда скважину можно проходить сплошным забоем, и колонковое, при котором разрушение породы на забое ведется по кольцу при помощи пустотелого цилиндра-коронки. Внутри коронки остается неразрушенный столбик -- керн или колонка породы, отсюда этот вид бурения и получил название колонкового. Для разрушения горных пород при вращательном бурении применяют алмазы, твердые сплавы и буровую стальную или чугунную дробь.

Вращение бурового наконечника может быть осуществлено при помощи двигателя, находящегося на поверхности, через бурильные трубы--штанги, или при помощи двигателя, находящегося на забое непосредственно за буровым наконечником, К забою двигатель опускается на трубах, а в последнее время иногда на канате.

К забойным двигателям относятся турбобур, электробур, гидровибратор и др.

В настоящее время для колонкового бурения разрабатываются малогабаритные забойные двигатели и забойные механизмы, (типа гидроперфораторов), обеспечивающие одновременное воздействие на породу буровым наконечником ударным и вращательным способами (комбинированное бурение).

По виду применяемой энергии различают бурение ручное и механическое.

Как правило, вращательное, в том числе и колонковое бурение, ведется с промывкой (или с продувкой) забоя так, чтобы продукты разрушения породы выносились на поверхность восходящим потоком жидкости (или газа). При канатном и штанговом ударном бурении без промывки очистка забоя от породы, разрушенной долотом, производится специальными инструментами -- желонками.

С целью повышения эффективности разрушения породы в настоящее время ведутся работы по созданию механизмов которые обеспечивали бы комбинированное воздействие на породу-- удар и вращение. К таким механизмам, в частности, относятся гидроперфораторы, гидровибраторы.

При бурении г. твердых и очень твердых породах ударно-вращательный способ наиболее перспективен из всех механических способов.

Дли проходки неглубоких скважин (до 25 м) в нетвердых породах применяется вибробурение, при котором погружение бурового инструмента происходит за счет создаваемых механическим вибратором вибрации и веса самого инструмента.

1. К физическим способам проходки скважин в первую очередь относится термический, или как его называют огневой способ, применяемый главным образом для разрушении пород, имеющих кремнистое основание. Действие этого способа основано на том, что при воздействии на породу пламенем с высокой температурой (до 2400°) и скоростью до 1800 м/сек зерна кварца преобразуются, значительно увеличиваясь в объеме, за счет чего происходит скалывание частиц породы; частицы выносятся из скважины па поверхность водяным паром. Хотя производительность этого способа и превышает производительность механических видом бурения, однако из-за относительной сложности осуществления этот способ пока не вышел из стадии лабораторных исследовании.

2. При бурении нефтяных скважин весьма успешно внедряется о полошив способ разрушения породы на забое при помощи привитых веществ, подаваемых в специальных капсулах промывочной жидкостью на забой.

В ряде стран в последние годы ведутся исследования по разрушению горных пород в скважинах при помощи ультразвуковых колебаний, передаваемых долоту через бурильные трубы, или путем передачи ультразвуковых колебаний абразивному порошку, подсыпаемому под металлический инструмент. Абразивным порошком чаще служит карбид бора, смоченный жидкостью.

5. Алмазные долота. Конструкции, типы, преимущества, недостатки и область их применения

Алмазные долота предназначены для бурения неабразивных пород средней твердости и твердых. Эти долота не имеют вращающихся частей.

Алмазное долото состоит из стального корпуса с присоединительной резьбовой головкой и алмазонесущей головки - матрицы.

Алмазонесущую головку изготавливают методом прессования и спекания. В пресс-форму засыпают твердо-сплавной порошкообразный материал. Алмазы укладываются по определенной схеме. Корпус алмазного долота выполняется из конструкционной углеродистой стали с содержанием углерода 0,35-0,4%. Рабочая фасонная поверхность (матрица) выполнена из порошкообразного или зернистого твердого сплава, пропитанного твердым припоем, и спаянного в процессе пропитки со стальным корпусом.

Алмазное долото разделяется на секторы напорными каналами, которые образуются с центральным промывочным отверстием.

Алмазные долота изготавливают диаметрами 91,4-391,3 мм двух модификаций. По форме и направлению пазов, промывочных канавок, рабочей головки долото делятся на разновидности:

· Однослойные с размещением зерен алмазов в поверхностном слое матрицы по определенным схемам:

· ДР - радиальные;

· ДТ - ступенчатые;

· ДК - ступенчатые с шаровидными выступами.

· Импрегнированные - это алмазное долото, в котором при изготовлении объемные алмазы перемешиваются с материалом матрицы шихтой, обеспечивая тем самым равномерную насыщаемость матрицы алмазами с примерно разномерным распределением мелких зерен алмазов в объеме матричного материала (тип - с шаровидными выступами ДИ).

Бурение алмазными долотами не разрешается в часто перемежающихся трещиноватых, кавернозных породах, сложенных различными окаменелостями и другими крепкими абразивными породами.

Алмазные долота при турбинном бурении дают более высокую механическую скорость при одинаковой величине проходки, на долото. Бурение алмазными долотами может продолжаться без перерыва до 200-250 ч. Алмазное долото считается отработанным полностью при общей потере алмазов 40%. Нагрузка на долото в зависимости от диаметра 6 ч 12 тн.

Преимущества алмазных долот:

1) высокие рейсовые скорости;

2) сокращение СПО;

3) снижение кривизны при бурении вертикальных скважин;

4) экономия средств.

Существенные недостатки алмазных долот - это крайне низкая механическая скорость бурения (максимальная механическая скорость не превышает 3 м/ч . Для сравнения максимальная механическая скорость бурения шарошечными долотами составила около 120 м/ч), узкая область применения (исключаются абразивные породы), а также повышенные требования к предварительной подготовке ствола и забоя скважины и промывке скважины в процессе бурения.

6. Замки бурильных труб, конструкции, типоразмеры согласно ГОСТ 5286-75

· Замки для бурильных труб должны изготовляться типов

Обозначение типов	Наименование	Область применения
ЗН	Замок с нормальным проходным отверстием	Для соединения труб с высаженными внутрь концами
ЗШ	Замок с широким проходным отверстием	Для соединения труб с высаженными внутрь и наружу концами
ЗУ	Замок с увеличенным проходным отверстием
ЗШК	Замок с широким проходным отверстием с конической расточкой	Для соединения труб с высаженными внутрь концами с коническими стабилизирующими поясками
ЗУК	Замок с увеличенным проходным отверстием с конической расточкой	Для соединения труб с высаженными внутрь и наружу концами с коническими стабилизирующими поясками

· Замки должны изготовляться двух исполнений:

правые - с правой замковой резьбой и с правой резьбой для соединения замка с бурильными трубами;

левые - с левой замковой резьбой и с левой резьбой для соединения замка с бурильными трубами.

· Основные размеры и масса замков должны соответствовать указанным на черт.1 (для замков ЗН, ЗШ и ЗУ), на черт.2 (для замков ЗШК и ЗУК)



1 - ниппель; 2- муфта.

Размеры в мм

Обозначение типоразмера замка	Диаметр труб по ГОСТ 631-75	Обозначение замковой резьбы	D	L	Масса, кг
	с высаженными внутрь концами	с высаженными наружу концами
ЗН-80	60,3	-	З-66	80	404	12
ЗН-95	73,0	-	З-76	95	431	16
ЗН-108	89,0	-	З-88	108	455	20
ЗН-113	89,0	-	З-88	113	455	23
(ЗН-140)	114,3	-	З-117	140	502	35
(ЗН-172)	139,7	-	З-140	172	560	58
(ЗН-197)	168,3	-	З-152	197	603	76
ЗШ-108	73,0	-	З-86	108	431	20
ЗШ-118	89,0	-	З-101	118	455	23
ЗШ-133	101,6	-	З-108	133	496	37
(ЗШ-146)	114,3	101,6	З-121	146	508	38
ЗШ-178	130,7	-	З-147	178	573	61
ЗШ-203	168,3	-	З-171	203	603	73
ЗУ-86	-	60,3	З-73	86	404	15
ЗУ-108	-	73,0	З-86	108	431	20
ЗУ-120	-	89,0	З-102	120	468	25
ЗУ-146	114,3	101,6	З-122	146	496	37
ЗУ-155	127,0	114,3	З-133	155	526	39
ЗУ-185	-	139,7	З-161	185	553	53
ЗУК-108	-	НК-73	З-86	108	431	17
ЗШК-113	BK-89	-	З-101	118	454	22
ЗШK-133	BK-102	-	З-108	133	506	32
ЗШК-178	BK-140	-	З-147	178	573	61
ЗУК-120	-	НК-89	З-102	120	468	20
ЗУК-146	BK-114	НК-102	З-122	146	506	36
ЗУК-155	BK-127	HK-114	З-133	155	536	38

Задача №1

Рассчитать одноразмерную бурильную колонну на прочность для турбинного способа бурения по исходным данным, приведенным в таблице 1

Методические указания к задаче 1.

Перед решением задачи1 необходимо изучить материал, изложенный в третьей главе (часть 2) 2 и главе второй (часть 3) 3, задачи 11,13. Общие рекомендации по расчету бурильных колонн при бурении забойными двигателями. электробурение горный порода алмазный

Диаметр УБТ определяют в зависимости от диаметра долота по таблице 29 3

Размеры и масса 1м трубы даны в таблице 28 3

Для первой нижней секции бурильной колонны при расчете следует брать трубы из стали группы прочности D с минимальной для данного диаметра труб толщиной стенки, а для последующих секций берутся трубы более прочные, т.е. с большей толщиной стенки или группы прочности стали с большим пределом текучести.

Техническая характеристика бурильных труб приведена в таблице 22,23 и 24 3

Дано:

H - 2900 м. - глубина скважины

Тип бурильных труб - ТБПВ

d - 114 мм. - диаметр буровой тирубы

Dd - 190,5 мм. - диаметр долота

Pдол - 0,15 МН - нагрузка на долото

Тип турбобура - 3ГСШ - 172

Dтур - 172 мм. - диаметр турбобура

G - 0,03 MH - вес турбобура и долота

( Pn + P0) - 7,3 Мпа - перепад давления в турбобуре и на долоте

Pб.р. -1,18 г/см3 - плотность бурового раствора

Pм - 7,85 г/см3 - плотность материала труб

Решение:

Для осложненных условий бурения долотом диаметром 190,5 мм. Выбираем УБТ диаметром 146 мм.

d - 140; 146 мм. - диаметр бурильной колонны

d/D = 140/172 = 0,81 - отношение диаметра.

qубт = 0,0009512 МН - теоретическая масса

=165 м

· Принимаем lубт =175 м. т.е. 7 свечей по 25 м.

Qубт = 175*0,00095 = 0,166МН

Крутящий момент 26000 - 32000 н*м

qбт = 31,4 кг = 0,000307 - вес 1 м. колонны

Qпр = 1,30 МН. - Предельная нагрузка

Fk = 132,7 см2

Тогда по формуле :

Qp = Qпр / n; для осложненных условий бурения находим дом=пустимую растягивающую нагрузку

Qp8д = 1,30/1,35= 0,96

n = 1,35 коэффициент запаса прочности

· Определяем допустимую глубину спуска 146 мм труб ( группы прочности Д ; толщиной стенки 8 мм; по формуле :

,



· Следовательно, первая секция колонны (нижняя) длиной 2300 м будет составлена из труб прочности Дс толщиной стенки 8 мм. Вторую секцию можно комплектовать трубами из стали группы прочности К с толщиной стенки 8 мм.

Находим предельную нагрузку:

Qпр9д = 1,45 МН

Qпр8к = 1,65 Н

Тогда:

Qр9д = 1,45/1,35 = 1,07 МН

Qр8к = 1,65/1,35 = 1,22 МН

· Определяем длину второй секции по формуле:

,

С учетом длины УБТ

lубт = 165м.

Общая длина колонны

L = lдоп + l2 + lубт = 2300 + 866 + 175 = 3341м.

Значит для 2 варианта достаточно принять 461м труб из стали прочности К с толщиной стенки 8мм (2300 + 461 + 175 = 2936м.

· Для первого варианта определяем длину 3 секции, которую будем комплектовать трубами из стали группы прочности Д с толщиной стенки 11 мм.

Находим, что для данных труб предельная нагрузка равна:

Qp11д = 1,7 МН;

qбт11д = 39,3 *10-5 МН

Тогда :

Qр11д = 1,7/1,35 = 1,25 МН

· Длина 3 секции

Принимаем

l3(11д) = 81м.

L = 2300+333+81+175 = 2889 м

Для турбинног способа бурения рекомендуется принимать 2 вариант

покказатели	Номер секции снизу вверх
	1	2
Толщина стенки Группа прочности материала труб Интервал расположения Длина секции Вес1 м Вес секции Общий вес Бурильных труб Бурильной колонны	8 Д 461-3075 2300 307Н/м 0,797МН	8 8 0-461 461 307Н/м 0,141МН
	0,938 МН 1,005МН

Задача №2

Рассчитать на прочность бурильную колонну для бурения вертикальной скважины роторным способом в неосложненных условиях по исходным данным в таблице 2

Методические указания к задаче 2.

При решении задачи 2 руководствоваться методикой, приведенной в 3, задачи 12-16. Кроме того, необходимо рассмотреть общие рекомендации по расчетубурильных труб при роторном способе бурения, изложенные 3 стр. 72-76

Дано:

H = 3400 м. - глубина скважины

Тип бурильных труб - ТБВК

d = 114 мм. - диаметр бурильных труб

у =10 мм. - толщина стенок бурильных труб

Pд = 0,15 МН - осевая нагрузка на долото

Dд = 190,5 мм. - диаметр долота

n = 10,05 - частота вращения долота

( Pn + P0) = 7,3 Мпа - перепад давления в трубах и на долоте

Pб.р. = 1,18 г/см3 - плотность бурового раствора

Pм = 7,85 г/см3 - плотность материала труб

Qубт = 0,166 МН - вес УБТ

lубт =175м - Длина УБТ

Решение:

Расчет на выносливость:

Переменные напряжения изгиба определяется по формуле :

Где:

Е = 21*106 - модуль упругости

0,686

f = 0,5*(Dскв - D3) = 2,7 см

Dскв = 1,1 * Dдол = 11 * 19,05 = 20,95 см



D3 = 15,5 см - диаметр замка

Wизг - момент сопротивления высаженного конца в основной плоскости резьбы, в опасном сечении

Dнвк - наружный диаметр высаженного конца

= 7274

Qm = 2*= 5,5 Мпа

· Для сечения непосредственно над УБТ длина полуволны определяется по формуле:

Учитывая небольшую разницу между длиной трубы и полуволны, принимаем

L = 21см

Q-1 = 310

(Q-1)Д = 120

(KQ)Д = 310/120 = 2,5

Согласно формуле:



Тогда:

· Определяем Коэффициент запаса прочности на выносливость по формуле:

Расчет на статическую прочность:

Принимаем длину первой секции, составленную из труб B127*9Д ГОСТ 621-75, равную 2200 м.

Вес этой секции составит 2200 * 231 = 508200 = 0,508 МН

Fтр - площадь сечения

Мощность бурильной колонны определим по формуле

Nв - мощность расходуемая на вращение бурильной колонны



,

L - длина колонны

D - наружный диаметр бурильных труб

n - частота вращения бурильной колонны

Dдол - диаметр долота

Крутящий момент для вращения бурильной колонны:

С - коэффициент крекпости пород

с=6,95 - для пород ср. крепкости

· Напряжение кручения :



,

· Коэффициент запаса прочности:

,

что допустимо > 1,45

Задается глубина спуска второй секции, равной 3200 м.; Трубы из стали группы прочности К. Расчет проводим аналогично приведенному:

Вес труб - 3200 * 231 = 739200 Н = 0,739 МН

что допустимо

· Таким образом, длина 2 секции составит

l2 = lдоп9к -lдоп8д =3200 - 2200 = 1000

· Третью секцию сосотавляем из труб группы прочности Е

Допустимую глубину спуска принимаем равной глубине скважины т.е. 3400

Вес труб - 3400*231 = 785400 Н = 0,785 МН

,

что допустимо

· Длина третьей секции равна:

l3 = lдопЕ - lдопК - lубт = 3400 - 3200 - 175 = 25

Показатели	Номер секции снизу вверх
	1	2	3
Толщина стенки, мм группа прочности иатериала труб, м интервал расположения, м Длина секции, м Вес 1 м труб, Н/м Вес, МН секции общий бурильных труб общей бурильной колонны (с учетом УБТ)	9 Д 1150-3350 2200 293 0,645	9 К 150 -1150 1000 293 0,293 0,981 1,141	9 Е 0 - 150 150 293 0,0439



Литература

1. Вадецкий Ю.В. Бурение нефтянных и газовых скважин М., Недра., 1985г.

2. Эляшевский И.В., Сторонский М.Н., Орсуляк Я.М., Типовые задачи и расчеты в бурении .М., Недра., 1985г.

Размещено на Allbest.ru