Проектирование режимов твердосплавного бурения

При бурении с гидротранспортом керна следует рассматривать параметры режима бурения, которые устанавливаются оператором, и параметры процесса бурения, которые позволяют осуществить его контроль и управление. К первым относится осевая нагрузка, частота вращения и расход промывочной жидкости: ко вторым механическая скорость, крутящий момент, усилие на подъем инструмента, давление промывочной жидкости.

Для бурения с гидротранспортом керна характерно постепенное наращивание крутящего момента в процессе углубки скважины, что объясняется недостатотчной проработкой скважины и неполным выносом разрушенной породы с забоя. В результате этого часть разрушенной породы выдавливается в за трубное пространство и образует сальники на бурильной колонне, что приводит к увеличению крутящего момента. Поскольку после бурения определенного интервала крутящий момент достигает значения, превышающего возможности буровой установки, практикуется расхаживание инструмента, которое позволяет снизить момент до значения соответствующего нормальной загрузки оборудования.

Период времени между началом каждого предыдущего и последующего расхаживания представляет собой цикл. Величина интервалов бурения, соответствующих одному циклу и высота подъема инструмента зависит оттипа разреза.

Таблица 4

Параметры режима бурения с гидротранспортом керна

Породы	Параметры режима бурения	Параметра расхаживания
	Частота, об/мин	Осевая нагрузка, кН	Расход промыв жидкости, л мин	Интервал, м	Высота, м
Растительный слой				1 1
Лесс
Красные глины
Песок					0,5
Известково-глинистая толща				0,1 0.2	0,1
Серые глины
Песчано-глинистая толща				0,2	0,2
Зеленые глины
Песчано-глинистая толща (марганцевая руда)				0,3	0,3
Каолин

Качество и количество очистного агента: в качестве очистного агента при бурении УРБ - 2А-2ГК используют техническую воду, глинистый раствор или цементный раствор. Интервал 0 - 75м будем использовать нормальный глинистый раствор плотностью 1130 кг/м³ в колонне и в затрубном пространстве - то же, что и в колонне (закачка с забоя и подлив через устье), вязкостью до 30 с, интервал 75-200м в колонне малоглинистый раствор, плотностью 1040 кг/м³, в затрубном пространстве тот же глинистый раствор, вязкостью до 35 с.

Проверочные расчеты.

Окончательный выбор режимных параметров бурения, которые затем заносятся в соответствующие графы ГТН, производятся после выполнения проверочных расчетов, определяющих возможность осуществления режима при работе выбранного бурового инструмента и оборудования. С этой целью произведем проверочные расчеты. Все расчеты производятся для последнего интервала.

Расчет потребной мощности

Мощность двигателя, расходуемая в процессе собственно бурения, складывайся из трех основных составляющих:

N6=N₃+N_t+N_ct,

где N₃ - мощность, расходуемая на забое скважины, кВт; N_t - мощность, расходуемая на вращение колонны бурильных труб в скважине, кВт; N_ct - мощность, расходуемая в трансмиссии и других узлах бурового станка, кВт.

1. Мощность, затрачиваемая на забое.

При бурении твердосплавными коронками:

где Р - осевая нагрузка на коронку, Р=600 даН; n- частота вращения коронки. п=325об/мин; Dcp. - средний диаметр коронки, м; - коэффициент трения коронки о породы =0,12-0,20

D_cp=(D_h-D_bh)/2,

где D_h - наружный диаметр коронки, м; D_bh - внутренний диаметр коронки, м. Dcp=(84+38)/2 = 61 мм

2. Мощность на вращение колонны бурильных труб в скважине

N_t=N_доп+N_xb,

где Ндоп - дополнительная мощность, затрачиваемая на вращение сжатой части бурильной колонны, кВт; N_xb - мощность на холостое вращение колонны бурильных труб в скважине, кВт.

где - радиальный зазор, м; Р - осевая нагрузка на коронку, Р=600 даН: n - частота вращения коронки, n=325 об/мин.

= (D_H-d)/2, где D_h - наружный диаметр коронки, D_h =0,084 м; d- наружный диаметр бурильных труб, d=0,075 м

=0,0045 м;

где k₁ - коэффициент, учитывающий свойства промывочной жидкости (k₁ =1.2 для глинистых растворов); k₂- коэффициент, учитывающий особенности влияния стенок скважины (k₂=2 -для трещиноватых пород); k₃- коэффициент, учитывающий материал труб (k₃ =1 для стальных труб); k₄- коэффициент, учитывающий тип соединения бурильных труб (k₄=1 для ниппельного соединения); k₅ -коэффициент, учитывающий кривизну бурильных труб (k₅=l); - радиальный зазор, м; q - масса 1 м бурильной колонны, q = 6,5 кг/м; Е - модуль упругости (Е= Пa для стальных труб); I осевой момент инерции; L - глубина скважины, L-150 м; - угол наклона скважины к горизонту,

м⁴ где d и d₁ соответственно наружный и внутренний диаметр бурильных

труб

=5,3 кВт

N_T=5,3+0,2=5,5 кВт

3. Мощность, расходуемая в трансмиссии и других узлах бурового станки.

N_ct=

где N_ВД- мощность двигателя Nвд=95,5 кВт; n - частота вращения коронки. n=325 об/мин.

кВт

N6=10,4+5,5+2.1 = 18,0 кВт

Подсчитав три основных составляющих мощности по формуле, можно сделать вывод: мощность двигателя, расходуемая в процессе бурения N6 равна 18.0 кВт, чтоявляется приемлемым для мощности приводного двигателя станка УРБ-2А-2ГК. Установка может бурить с заданными параметрами.

Расчет работы насоса

1) Расход промывочной жидкости

[л/мин]