Трехшарошечные долота, выпускаемые промышленностью

Лабораторная работа № 3

 

 

ВЫБОР БУРОВЫХ ДОЛОТ

 

 

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по курсу «Основы бурового дела» для студентов 1 курса

специальности 130504 «Бурение нефтяных и газовых скважин»

 

 

 

 

Издательство

Томского политехнического университета

2009

УДК 622.24.05

ББК 33.131:34.9Я52

    Б52

 

Б52

Выбор буровых долот: лабораторная работа № 3. Методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов нефтегазового направления, специальности 130504. – Томск: Изд-во ТПУ, 2009. – 33 с.

 

 

УДК 622.24.05

ББК 33.131:34.9Я52

 

 

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию         методическим семинаром кафедры бурения скважин ИГНД

«_____» _________ 2009 г.

 

Зав. кафедрой профессор,

доктор технических наук                             В.Д. Евсеев

 

 

Председатель учебно-методической

комиссии                                                            Н.Г. Квеско

 

Рецензент

Кандидат технических наук, доцент

заведующий кафедрой ГРНМ ИГНД

Б.Б. Квеско

 

© Боярко Ю.Л., составление, 2009

© Составление. Томский политехнический

университет, 2009

© Оформление. Издательство Томского

политехнического университета, 2009

КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ                                 ХАРАКТЕРИСТИКА БУРОВЫХ ДОЛОТ

 

Буровые долота по характеру разрушения горной породы классифицируются (табл. 1) следующим образом:

Таблица 1

Характер разрушения	Долота
Режущий	Лопастные
Режуще-скалывающий	Лопастные, шарошечные
Дробяще-скалывающий	Шарошечные
Дробящий	Шарошечные
Истирающий	Алмазные

 

По назначению долота разделяются на долота для бурения сплошным забоем, кольцевым забоем и долота для специальных работ (пикообразные, эллиптические и др.).

По вооружению всe долота подразделяются в зависимости от предназначения для разрушения определенного типа пород, классифицируемых по твердости и абразивности. Так, по этому признаку выделяются 13 типов шарошечных долот (табл. 2).

Таблица 2

Тип долота	Смещение осей цапф в направлении вращения, мм	Исполнение вооружения	Класс пород
М	8-10	Зубья выфрезерованы	Мягкие
МЗ	8-10	Твердосплавные зубки	Мягкие абразивные
МС	6-7	Зубья выфрезерованы	Мягкие с пропластками средней твердости
МСЗ	6-7	Комбинированное вооружение	Мягкие абразивные с пропластками СТ
С	4-5	Зубья выфрезерованы	Средней твердости
СЗ	4-5	Твердосплавные зубки	Средней твердости, абразивные
СТ	4-5	Зубья выфрезерованы	Средней твердости с пропластками Т
Т	1-1,5	Комбинированное вооружение	Твердые
ТЗ	1-1,5	Твердосплавные зубки	Твердые абразивные
ТК	1-1,5	Комбинированное вооружение	Твердые с пропластками твердых
ТКЗ	1-1,5	Твердосплавные зубки	Твердые абразивные с пропластками
К	1-1,5	Твердосплавные зубки	Крепкие
ОК	1-1,5	Твердосплавные зубки	Очень крепкие

 

Шарошечные долота для бурения сплошным забоем могут быть одношарошечными, двухшарошечными и трехшарошечными. Во всех трех случаях шарошки (рабочий орган долота) размещаются на цапфах, закрепленных в лапах корпуса долота и имеют возможность перекатываться по забою при вращении долота. При перекатывании и проскальзовании шарошек зубья или штыри, расположенные венцами на шарошках, разрушают забой, а промывочная жидкость, подводимая через каналы в корпусе долота, вымывает на поверхность шлам. Для соединения с бурильной колонной долото имеет присоединительную резьбу (рис. 1, 2 табл. 3).

 

 

 

 

 

Таблица 3

Сменные минерало-керамические насадки НД                                          для гидромониторных долот (ТУ 11-77)

Номер насад- ки

Рекомен-дуемый диаметр долота, мм

Диаметр насадки, мм

Высота насадки, мм

Масса насад- ки, кг

наружный внутренний выходящий внутренний входящий 1

≥ 244,5

33,0

18

28,0

27,0

0,047 2 16 0,053 3 15 0,056 4 14 0,059 5 13 0,062 6 12 0,065 7 11 0,068 8 10 0,071 9 9 0,074 10 8 0,077 11

212,7-228,6

30,0

16

26,5

20,6

0,052 12 15 0,056 13 14 0,060 14 13 0,064 15 12 0,068 16 11 0,072 17 10 0,076 18 9 0,080 19 8 0,084 20

190,5-200,0

26,5

14

21,5

19,2

0,036 21 13 0,042 22 12 0,048 23 11 0,054 24 10 0,060 25 9 0,066 26 8 0,072 27 7 0,078

Продолжение таблицы 4

Номер насад- ки	Рекомен-дуемый диаметр долота, мм	Диаметр насадки, мм			Высота насадки, мм	Масса насад- ки, кг
		наружный	внутренний выходящий	внутренний входящий
28	187,3	23,5	12	18,9	19,2	0,035
29			11			0,037
30			10			0,039
31			9			0,041
32			8			0,043
33			7			0,045
34	≤ 171,4	20,7	10	18	17,6	0,023
35			9			0,025
36			8			0,027
37			7			0,029

 

Сопло модификации НКВ изготовляется удлиненным с радиальным профилем и пологим сужением внутренней полости. Оно выпускается с постоянными значениями высоты (41 мм), наружного диаметра (27,7 мм) и диаметра входного отверстия (22 мм). Значения остальных параметров (d ₁, R ₁ и h ₁), меняющихся в зависимости от номера сопла, приведены в табл. 5. Они выражены в миллиметрах.

Сопло НКВ обозначается с указанием диаметра d ₁, ее выходного отверстия, например НКВ-13, где 13 -диаметр выходного отверстия в мм.

 

Таблица 5

Значения переменных параметров сопла НКВ                                               в зависимости от его номера (в мм)

 

Параметры, обозначенные на рис. 4, 5	Номер сопла
	1	2	3	4	5	6	7	8
d1	16	15	14	13	12	11	10	9
R1	52,5	45,48	40,3	36,28	33,12	30,59	28,53	26,99
h1	15,31	15,71	16,01	16,28	16,38	16,51	16,72	16,78

 

Скорость истечения жидкости из насадок можно определить по номограмме, приведенной на рис. 6.

 

	Рис. 6. Номограмма для определения скорости истечения жидкости из насадок и перепада давления в зависимости от расхода жидкости (цифры на прямых означают диаметр и число насадок)

Номер слоя

Литологический разрез

Категория по твердости Т

Категория по аброзивности А

Интервал, м

Всего

Примечание

от до 1 Известняки с прослоями глин   5   1   0   180   280 Поглощение 2 Глины с прослоями песка 2 2 280 580 300   3 Пески с прослоями глин 1 3 580 830 250 Образование сальников 4 Пески с прослоями   1 3 830 1120 290 Обвалы 5 Известняки плотные, в нижней части 6 2 1120 1270 150   6 Известняки плотные, в верхней части рыхлые 6 2 1270 1550 280 Прихват 7 Глины с прослоями песка 2 2 1550 2150 600   8 Глины с прослоями песка и гравием 2 2 2150 2730 580  

Продолжение таблицы 9

Номер слоя	Литологический разрез	Категория по твердости Т	Категория по аброзивности А	Интервал, м		Всего	Примечание
				от	до
9	Известняки плотные		6	2	2730	3030	300
10	Доломиты окремнелые с прослоями известняка		7	2	3030	3280	250	Нефтяные проявления рпл=15мПа
11	Песчаники с прослоями глин		7-8	3	3280	3460	180

 

В нашем случае геологический разрез разделим на пять пачек пород.

 

Номер пачки	I	II	III	IV	V
Интервал, м	0-280	280-1120	1120-1550	1550-2730	2730-3460

 

Решение: Подставляя данные из табл. 9 используя формулы (1) и (2) получаем:

I пачка состоит из одного пласта:

II пачка состоит из трех пластов:

 

 

Таблица 10

Номер пачки	Интервал, м		Средневзвешенная категория
	от	до	твердости	абразивности
I	0	280	5	1
II	280	1120	1,36	2,64

Продолжение таблицы 10

Номер пачки	Интервал, м		Средневзвешенная категория
	от	до	твердости	абразивности
III	1120	1550	6	2
IV	1550	2730	2	2
V	2730	3460	6,7	2,25

 

III пачка состоит из двух пластов:

 

 

IV пачка состоит из двух пластов:

V пачка состоит из трех пластов:

 

Результаты расчетов сведем в табл. 10.

Исходя из рассчитанных  и  и используя классификационную таблицу парных соответствий категорий твердости и абразивности пород типам шарошечных долот (см. рис. 7) и данные табл. 10, произведем выбор долот для каждой пачки.

Так,  для I пачки расчетная точка близко расположена к эталонной, соответствующему долоту типа СТ. Таким образом, для бурения пачки пород с заданными значениями классификационных характеристик рациональным является долото типа СТ. Для II пачки – долото типа М, для III пачки – Т, для IV пачки – М и, наконец, для V пачки – долото типа Т.

После выбора и проектирования конструкции скважины следует подобрать по табл. 3 типоразмер долота.

 

Примеры применения кода для оценки износа долот

 

1. Вооружение “сработано” на 10%, опоры имеют средний износ, заклинены две шарошки. Диаметр долота сохранился – В1 П2 К(2) ДО.

2. Вооружение изношено на ¾, 50% зубьев имеют сколы, калибрующие кромки зубьев периферийных венцов закруглены, люфт торца шарошки 8 мм, диаметр долота уменьшился на 7 мм – В3С(50)РП3Д7.

3. Вооружение сработано на 0,5 (по высоте зуба), около 40% зубьев на первой шарошке имеют сколы; отклонение торца шарошки от оси цапфы долота 215,9 Т-В ≈ 4 мм, диаметр долота уменьшился на 4 мм: В2C (40) П2Д4.

4. Вооружение сработано на 0,10 (по высоте твердосплавного зубка), 30% твердосплавных зубков на третьей шарошке выкрошено и она заклинена, первая шарошка оставлена в скважине, отклонение торца шарошки от оси цапфы долота 295, ЗСЗ-ГВ – 3 мм: В1С(30)К(1)А2(1)П2. Долото считается нормально отработанным при В2 – В3, П2 – П3. Долото недоработано, если В1, П1. Долото ”передержано”, если В4, П4.

 

Примеры записи износа долот с помощью кода в буровом журнале, суточном рапорте бурового мастера, паспорте долота и накопительной ведомости работы долот по каждому рейсу:

III 269,9 С-ГНУ №8639 – В2С(30)РП3Д6Г(2)У3;

III 190,5 С-ГВ №1642 – В1ПК(1)Д0А1(I);

III 215,9 С-ГВ №2894 – В4П4;

III 244,5 Т-ЦВ №6785 – В2П3А3(I);

III 244,5 С-ГН №9735 – В1ПК(2)ДЗГ(1).

ЗАДАНИЕ

 

1. Произвести выбор долот для бурения скважины, конструкция которой запроектирована в лабораторной работе №1, а сведения по твердости и абразивности горных пород приведены в табл. 2 банка данных.

2. Произвести выбор бурголовок для бурения с выходом керна в интервале нефтегазопроявлений.

3. Произвести кодирование износа долота, поднятого из скважины после окончания рейса, пользуясь правилом кодирования по методике ВНИИБТ.

Томский политехнический университет

 

 

                                                                             

                                                                     Кафедра бурения скважин

 

 

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №3

“ВЫБОР БУРОВЫХ ДОЛОТ”

 

 

Выполнил студент __________________

Группа ____________________________

 

Томск 200_ г.

Часть I

ВЫБОР БУРОВЫХ НАКОНЕЧНИКОВ

Банк данных

 

1. Технико-экономические условия бурения:

Таблица 1

Тип обсадной колонны	Глубина спуска, м	Диаметр, мм		Высота подъема тампонажного раствора, м
		колонны	долота

 

2. Геологические и некоторые физико-механические (Т и А) сведения по проектной скважине (задание):

Таблица 2

Номер слоя

Литологический разрез

Категория по твер-дости Т

Категория по абрзив-ности А

Интервал, м

Всего

№ вари-анта

от до 1 Пески с прослоями глин и гравием 1 6 0 0 0 80 120 130 80 120 130 1 2 3 2 Глины с прослоями песка 2 3 80 120 130 200 210 230 120 90 100 1 2 3 3 Глины с прослоями песка и гравием 2 4 200 210 230 320 360 350 120 150 120 1 2 3 4 Глины с прослоями песка 2 5 320 360 350 480 440 420 160 80 70 1 2 3 5 Пески с прослоями глин 2 6 480 440 420 600 500 550 120 60 130 1 2 3

 

 

Продолжение таблицы 2

Номер слоя	Литологический разрез	Категория по твер-дости Т	Категория по абрзив-ности А	Интервал, м		Всего	№ вари-анта
				от	до
6	Известняки плотные, в верхней части рыхлые		4	2	600 500 550	680 590 675	80 90 125	1 2 3
7	Известняки плотные, в нижней части трещеноватые		4	3	680 590 675	800 700 800	120 110 125	1 2 3
8	Известняки с прослоями глин		5	2	800 700 800	1295 1100 1270	495 400 470	1 2 3
9	Известняки плотные		6	2	1295 1100 1270	1875 1560 1760	580 460 490	1 2 3
10	Доломиты  с прослоями известняка		6	4	1875 1560 1760	2605 2120 2260	730 560 500	1 2 3
11	Песчаники с прослоями глин		5	8	2605 2120 2260	2800 2300 2500	195 180 240	1 2 3

 

Таблица 2а

Но-мер слоя	Литологичес-кий разрез	Категория по твер-дости Т	Интервал, м	Все-го	№ вари-анта
						от	до
1	Пески с прослоями глин и гравием		1	6	0 0 0	90 100 70	90 100 70	4 5 6

 

 

Продолжение таблицы 2а

Но-мер слоя	Литологичес-кий разрез	Категория по твер-дости Т	Интервал, м	Все-го	№ вари-анта
						от	до
2	Глины с прослоями песка		2	3	90 100 70	210 210 220	120 110 150	4 5 6
3	Глины с прослоями песка и гравием		2	4	210 210 220	330 310 300	120 100 80	4 5 6
4	Глины с прослоями песка		2	5	330 310 300	470 390 360	140 80 60	4 5 6
5	Пески с прослоями глин		2	6	470 390 360	600 500 400	130 110 60	4 5 6
6	Известняки плотные, в верхней части рыхлые		4	2	600 500 400	745 625 720	145 125 320	4 5 6
7	Известняки плотные, в нижней части трещеноваты		4	3	745 625 720	900 800 1000	155 175 280	4 5 6
8	Известняки с прослоями глин		5	2	900 800 1000	1610 1400 1310	710 600 310	4 5 6
9	Известняки плотные		6	2	1610 1400 1310	2300 1940 1600	690 540 290	4 5 6
10	Доломиты с прослоями известняка		6	4	2300 1940 1600	2845 2500 2120	545 560 520	4 5 6
11	Песчаники с прослоями глин		5	8	2845 2500 2120	3000 2700 2300	155 200 180	4 5 6

 

Таблица 2б

Но-мер слоя	Литологический разрез	Катего-рия по твер-дости Т	Интервал, м	Всего	№ вари-анта
						от	до
1	Пески с прослоями глин и гравием		1	6	0 0 0	60 70 75	60 70 75	7 8 9
2	Глины с прослоями песка		2	3	60 70 75	200 190 230	140 120 155	7 8 9
3	Глины с прослоями песка и гравием		2	4	200 190 230	350 325 370	150 135 140	7 8 9
4	Глины с прослоями песка		2	5	350 325 370	410 495 450	60 170 80	7 8 9
5	Пески с прослоями глин		2	6	410 495 450	500 600 550	90 105 100	7 8 9
6	Известняки плотные, в верхней части рыхлые		4	2	500 600 550	680 750 695	180 150 145	7 8 9
7	Известняки плотные, в нижней части трещеноваты		4	3	680 750 695	900 900 800	220 150 105	7 8 9
8	Известняки с прослоями глин		5	2	900 900 800	1405 1455 1305	505 555 505	7 8 9

 

 

Продолжение таблицы 2б

Но-мер слоя	Литологический разрез	Катего-рия по твер-дости Т	Интервал, м	Всего	№ вари-анта
						от	до
9	Известняки плотные		6	2	1405 1455 1305	1910 2170 1830	505 715 525	7 8 9
10	Доломиты с прослоями известняка		6	4	1910 2170 1830	2420 2890 2350	510 720 520	7 8 9
11	Песчаники с прослоями глин		5	8	2420 2890 2350	2600 3100 2550	180 210 200	7 8 9

 

Таблица 2в

Номер слоя	Литологический разрез	Категория по твер-дости Т	Интервал, м	Всего	№ вари-анта
						от	до
1	Пески с прослоями глин и гравием		1	6	0 0 0	40 50 85	40 50 85	10 11 12
2	Глины с прослоями песка		2	3	40 50 85	110 115 150	70 65 65	10 11 12
3	Глины с прослоями песка и гравием		2	4	110 115 150	230 215 255	120 100 105	10 11 12
4	Глины с прослоями песка		2	5	230 215 255	310 305 355	80 90 100	10 11 12
5	Пески с прослоями глин		2	6	310 305 355	400 400 500	90 95 145	10 11 12
6	Известняки плотные, в верхней части рыхлые		4	2	400 400 500	555 530 660	155 130 160	10 11 12
7	Известняки плотные, в нижней части трещеноватыe		4	3	555 530 660	700 700 800	145 170 140	10 11 12
8	Известняки с прослоями глин		5	2	700 700 800	1215 1110 1190	515 410 390	10 11 12
9	Известняки плотные		6	2	1215 1110 1190	1730 1675 1650	515 565 460	10 11 12
10	Доломиты с прослоями известняка		6	4	1730 1675 1650	2240 2200 2290	510 525 640	10 11 12
11	Песчаники с прослоями глин		5	8	2240 2200 2290	2400 2350 2450	160 150 160	10 11 12

 

Таблица 2г

Номер слоя	Литологический разрез	Категория по твер-дости Т	Интервал, м	Всего	№ вари-анта
						от	до
1	Пески с прослоями глин и гравием		1	6	0 0 0	75 85 80	75 85 80	13 14 15

 

 

Продолжение таблицы 2г

Номер слоя	Литологический разрез	Категория по твер-дости Т	Интервал, м	Всего	№ вари-анта
						от	до
2	Глины с прослоями песка		2	3	75 85 80	215 230 250	140 145 170	13 14 15
3	Глины с прослоями песка и гравием		2	4	215 230 250	335 360 420	120 130 170	13 14 15
4	Глины с прослоями песка		2	5	335 360 420	465 510 660	130 150 240	13 14 15
5	Пески с прослоями глин		2	6	465 510 660	600 700 800	135 190 140	13 14 15
6	Известняки плотные, в верхней части рыхлые		4	2	600 700 800	720 1000 1065	120 300 265	13 14 15
7	Известняки плотные, в нижней части трещеноватыe		4	3	720 1000 1065	900 1200 1300	180 200 235	13 14 15
8	Известняки с прослоями глин		5	2	900 1200 1300	1410 1600 1650	510 400 350	13 14 15
9	Известняки плотные		6	2	1410 1600 1650	1980 2115 2110	570 515 460	13 14 15

 

Продолжение таблицы 2г

Номер слоя	Литологический разрез	Категория по твер-дости Т	Интервал, м	Всего	№ вари-анта
						от	до
10	Доломиты с прослоями известняка		6	4	1980 2115 2110	2600 2520 2440	620 405 330	13 14 15
11	Песчаники с прослоями глин		5	8	2600 2520 2440	2850 2750 2650	250 230 210	13 14 15

 

Геологические и некоторые физико-механические (Т и А)                                                        сведения по заданной скважине

Таблица 3

Пачка 1

№ слоя	Описание пород и их характе-ристика	Литологический разрез	Категория по твердости Т	Категория по аброзивности А	Интервал, м		Всего	Примечание
					от	до
1
2
3
4
5
6

 

Пачка 2

№ слоя	Описание пород и их характе-ристика	Литологический разрез	Категория по твердости Т	Категория по аброзивности А	Интервал. м		Всего	Примечание
					от	до
7
8
9
10
11

Пачка 3 и т.д.

4. Расчет средневзвешенной категории твердости и абразивности пород в пределах выделенных пачек:

5. Определение типа долот по квалификационной таблице с нанесением точек по вычисленным средневзвешенным категориям на номограмму:

 

Номер пачки	Интервал, м		Средневзвешенная категория
	от	до	твердости	абразивность

	Рис. 1. Классификационная таблица парных соответствий категорий твердости и абразивности пород типам шарошечных долот

 

6. Сводная таблица долот по типам:

 

Условное обозначение (шифр)	Диаметр, мм	Высота, мм	Присоединительная резьба по ГОСТ 20692-75	Допустимая осевая нагрузка, МН	Масса, кг

7. Эскизы опор выбранных долот.

 

8. Выбор гидромониторных насадок исходя из уравнения и номограммы.

 

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Скорость истечения струи, м/с	40	50	60	70	80	50	60	70	80	90	55	60	65	70	75
Подача насосов Q, дм/с	30					40					50

 

	Рис. 2. Номограмма для определения скорости истечения жидкости из насадок и перепада давления в зависимости от расхода жидкости (цифры на прямых означают диаметр и число насадок)