Каждому классу пород и типу долот соответствуют свои оптимальные частоты вращения инструмента, при которых разрушение горных пород максимально. Расчет частоты вращения для шарошечных долот производится из условий:
• создания оптимальной линейной скорости на периферийном венце шарошки;
• по времени контакта зубьев долота с горной породой;
• по стойкости опор.
Для безопорных долот расчет производится только из условия создания необходимой линейной скорости на периферии долота. Расчет в этом случае ведется по формуле:
, (10)
где Vл – рекомендуемая линейная скорость на периферии долота, м/с;
Dд – диаметр долота, м.
Для шарошечных долот линейная скорость принимается: в породах М – 3,4-2,8 м/с; в породах МС – 2,8-1,8 м/с; в породах С – 1,8-1,3 м/с; в породах СТ – 1,5-1,2 м/с; в породах Т – 1,2-1,0 м/с; в породах К – 0,8-0,6 м/с.
Для алмазных и ИСМ долот Vл = 3-5 м/с, для долот PDC Vл = 1-2 м/с.
Меньшие значения линейной скорости берутся
• в трещиноватых неоднородных породах;
• в твердых абразивных породах;
• при повышенных осевых нагрузках;
• для шарошечных долот с твердосплавным вооружением.
Расчет частоты вращения шарошечного долота n2 по минимально допустимому времени контакта зуба долота с породой ведется по формуле:
, (11)
где dш – диаметр шарошки, мм;
τ – минимальное время контакта зуба долота с породой, мс;
z – число зубьев на периферийном венце шарошки;
Dд – мм.
Для современных шарошечных долот в среднем dш=0,65 Dд. Минимальное время контакта для упруго-пластичных пород равно 5-7 мс, для упруго-хрупких – 6-8 мс, для пластичных – 3-6 мс. Меньшие значения принимаются в более твердых породах. Число зубьев на периферийном венце шарошки зависит от типа долота, его диаметра и номера шарошки. В среднем оно может быть принято для долот диаметром 142,9-190,5-20 шт; 215,9-244,5-22 шт; 269,9-349,2-24 шт.
Максимально допустимая частота вращения шарошечного долота n3 по стойкости опоры ведется по формуле
, (12)
где α – коэффициент, характеризующий свойства горной породы;
То – стойкость опоры, час;
То = 0,0935*Dд (13)
где Dд – мм.
Для мягких пород α=0,7-0,9, для средних α=0,5-0,7, для твердых α=0,3-0,5, то есть с увеличением твердости пород этот коэффициент уменьшается.
Для шарошечных долот из рассчитанных значений n1, n2 ,n3 первое является оптимальным, а принятое не должно быть больше меньшего из значений n2 и n3 . Для безопорных долот принимается значение n1.
Общие рекомендации по осевой нагрузке на долото и частоте вращения инструмента сводятся к следующим:
• с увеличением твердости горной породы осевую нагрузку следует увеличить при одновременном снижении частоты вращения;
• в трещиноватых неоднородных породах указанные параметры процесса бурения следует снижать;
• в течение рейса осевая нагрузка постепенно увеличивается.
В Приложении 18 приводится пример оформления результатов проектирования частоты вращения породоразрушающего инструмента по интервалам бурения.
Приложение 1
Пример оформления краткого описания места проведения работ (месторождения)
Таблица 1 – Географическая характеристика района строительства
| Наименование | Значение |
| Месторождение (площадь) | Южно-Майское месторождение |
| Характер рельефа | Равнина |
| Покров местности | Тайга |
| Заболоченность | Высокая |
| Административное расположение: - республика - область (край) - район | РФ Томская Александровский |
| Температура воздуха, °С - среднегодовая - наибольшая летняя - наименьшая зимняя | -2,0 +35 -53 |
| Максимальная глубина промерзания грунта, м: | 1,15 |
| Продолжительность отопительного периода в году, сутки | |
| Продолжительность зимнего периода в году, сутки | |
| Азимут преобладающего направления ветра, град | Юго-западное |
| Наибольшая скорость ветра, м/с: | до 20 |
| Метеорологический пояс (при работе в море) | - |
| Количество штормовых дней (при работе в море) | - |
| Интервал залегания многолетнемерзлой породы, м - кровля - подошва | Нет |
| Геодинамическая активность | Низкая |
Таблица 2 – Экономическая характеристика района строительства и пути сообщения
| Наименование | Значение |
| Электрификация | ЛЭП Резервный источник – ДЭС-200 |
| Теплоснабжение | Котельная ПКН-2 |
| Основные пути сообщения и доставки грузов - в летнее время - в зимнее время | по воздуху на вертолетах автотранспорт по зимникам |
| Близлежащие населенные пункты и расстояние до них | Пионерный (270 км) Стрежевой (145 км) Александровское (311 км) |
Приложение 2
Пример представления обзорной карты района работ
Рисунок 1. Обзорная карта района работ
Приложение 3
Пример оформления стратиграфического разреза месторождения
Таблица 3 – Проектный стратиграфический разрез
| Интервалы разреза с различными геолого-техническими условиями | Стратиграфическая приуроченность | Коэффициент кавернозности в интервале | Угол залегания пластов | |||
| от | до | мощность | название свит | индекс | ||
| Четвертичные отложения | Q | 1,3 | 0-5 | |||
| … | … | … | … | … | … | … |
Приложение 4
Пример оформления литологического разреза месторождения
Таблица 4 – Прогноз литологической характеристики разреза скважины
| Индекс стратиграфического подразделения | Интервал, м | Горная порода | ||
| от | до | Краткое название | Процент в интервале | |
| Q | пески | |||
| суглинки | ||||
| глины | ||||
| алеврит | ||||
| … | … | … | … | … |
Приложение 5
Пример оформления таблицы свойств горных пород по разрезу скважины
Таблица 5 – Прогноз физико-механических свойств горных пород по разрезу скважины
| Индекс стратиграфического подразделения | Интервал, м | Краткое название горной породы | Плотность, г/см3 | Пористость, % | Трещиноватость | Глинистость, % | Абразивность | Категория пород | ||
| от | до | По буримости | Породы промысловой классификации | |||||||
| Q | алевриты | 2,0 | - | - | I | Мягкая | ||||
| суглинки | 2,2 | IV | ||||||||
| глины | 2,1 | X | ||||||||
| пески | 2,4 | IV | ||||||||
| … | … | … | … | … | … | … | … | … | … | … |
Приложение 6
Пример оформления таблицы градиентов давлений по разрезу скважины
Таблица 6 - Прогноз давлений и температур по разрезу скважины
| Индекс стратиграфичесгого подразделения | Прогнозируемый интервал | Градиент давлений | Температура в конце интервала, 0С | ||||||||
| Пластового, (кгс/см2)/м | Порового, (кгс/см2)/м | Гидроразрыва, (кгс/см2)/м | Горного, (кгс/см2)/м | ||||||||
| от | до | от | до | от | до | от | до | от | до | ||
| Q | 0,100 | 0,100 | 0,200 | 0,20 | |||||||
| P3 cr | 0,100 | 0,100 | 0,100 | 0,100 | 0,200 | 0,200 | 0,20 | 0,20 | |||
| … | … | … | … | … | … | … | … | … | … | … | … |
Приложение 7
Примеры оформления краткой характеристики геологических условий бурения
В интервале 2890-3500 м залегают граниты. Это может привести к снижению механической скорости бурения и преждевременному выходу из строя породоразрушающего инструмента. Следовательно, для успешного прохождения данного интервала оценивается возможность применения метода шароструйного бурения.
…
В интервале 2550-3000 м забойные температуры могут достигать 180-220 оС, что может стать причиной преждевременного загустевания цементного раствора при тампонировании. Поэтому для успешного заканчивания скважины проектируется использование метода двухступенчатого цементирования.
…
Интервал 450-680 м сложен «шоколадными» глинами, обладающими высокой набухаемостью и текучестью. Поэтому в данном интервале во избежание осложнений проектируется использование ингибированного раствора в совокупности с сочетанием параметров режима бурения, обеспечивающих наивысшую механическую скорость бурения.
…
Интервал 650-900 м характеризуется как интервал с несовместимыми условиями бурения, что определяется соотношением градиентов пластового давления и давления гидроразрыва. Следовательно, в этом интервале необходимо проектирование технической колонны, либо профильного перекрывателя.
Приложение 8.1
Пример оформления характеристики нефегазоводоносности по разрезу скважины
Таблица 7 - Нефтегазоводоносность по разрезу скважины
| Индекс стратиграфического подразделения | Интервал | Тип коллектора | Плотность, кг/м3 | Свободный дебит, м3/сут | Газовый фактор (для нефтяных пластов), м3/м3 | Относится ли к источникам водоснабжения, краткая характеристика химического состава (для водяных горизонтов) | |
| от | до | ||||||
| Нефтеносность | |||||||
| J3 | Поров. | 28,9 | - | ||||
| Газоносность | |||||||
| J1 | Поров. | 0,68 | - | - | |||
| Водоносность | |||||||
| K2 ip | Трещин. | - | Нет. Минерализ. – 14,2 г/л. Хим. состав (преобладающий): Cl- - 257,5 мг/л, Na+ - 266,5 мг/л |
Приложение 8.2
Пример оформления краткой характеристики флюидосодержащих пластов
Разрез представлен 4 нефтеносными, 2 газоносными и 5 водоносными пластами. Скважина проектируется для эксплуатации интервала 2900-2950 м (нефтеносный), поскольку он обладает наибольшим ожидаемым дебитом. Не смотря на это, конструкция скважины проектируется так, что перебуриваются все флюидонасыщенные пласты для обеспечения возможности их дальнейшей эксплуатации. Для обеспечения района бурения питьевой и технической водой проектируется вертикальная скважина глубиной 450 м для эксплуатации водоносного горизонта 380-395 м.
Приложение 9.1
Пример оформления таблицы возможных осложнений по разрезу скважины
Таблица 8 – Возможные осложнения по разрезу скважины
| Индекс стратиграфического подразделения | Интервал, м | Тип осложнения | Характеристика и условия возникновения | |
| От | До | |||
| Q – P3nk | Поглощение бурового раствора | Интенсивность – 10 м3/час, потери циркуляции – нет. Возникает при превышении градиента поглощения вследствие несоблюдения режима бурения и плотности бурового раствора. | ||
| К1 gn | Осыпи и обвалы горных пород | Осыпи и обвалы из-за неустойчивости глинистых пород, возникающие при повышенной водоотдаче бурового раствора и его слабой ингибирующей способности. | ||
| J2-3 vs | Нефтепроявление | Нефтепроявление с плотностью флюида 0,749 г/см3. Возникает при снижении противодавления на пласт ниже гидростатического. | ||
| J1 | Прихватоопасность | Некачественная очистка бурового раствора, высокая водоотдача, ведущая к интенсивному набуханию и выдавливанию в ствол текучих глинистых пород. | ||
| Pg2-3 cg + K2 sl | Кавернообразование | Неустойчивость стенок скважины из-за несоблюдения свойств бурового раствора | ||
| … | … | … | … | … |
Приложение 9.2
Пример оформления краткой характеристики возможных осложнений
В разрезе представлен ряд интервалов, в которых возможно возникновение осложнений в процессе бурения. Самыми распространенными являются поглощения, но в большинстве случаев они имеют малую интенсивность, что не требует проектирования дополнительных средств для их предупреждения и ликвидации. В интервале 400-600 м возможны высокоинтенсивные поглощения бурового раствора. Следовательно, необходимо запроектировать использование наполнителей бурового раствора.
В интервале 650-780 м прогнозируется высокая вероятность желообразования, поэтому необходимо запроектировать процесс бурения таким образом, чтобы количество спускоподъемных операций снизить до минимума.
В интервале 560-650 м ожидаются высокоинтенсивные осыпи и обвалы стенок скважины. Поэтому рекомендуется спроектировать для него буровые растворы с минимальной водоотдачей для снижения вероятности набухания и диспергирования глин.
Приложение 10
Пример оформления таблицы запланированных испытаний и исследований в процессе бурения
Таблица 9 – Исследовательские работы
| Интервал, м | Тип работ | Общие параметры | Оборудование | |
| От | До | |||
| Стандартный каротаж | Группа сложности – 2. В открытом стволе. Во время остановок процесса бурения. | Э-1, Э-2; КЗ-741; ЭК-М | ||
| Геолого-технические исследования | Группа сложности – 2-3. В открытом стволе. В процессе бурения. | Станция ГТИ «Разрез-2» | ||
| Термометрия | Группа сложности – 2-3. В обсаженном стволе. | ТЭГ-36 | ||
| Отбор керна | Диаметр – 100 мм. | 215,9/100 В 12122 АМ, СК – 178/100 | ||
| … | … | … | … | … |
Приложение 11.1
Пример оформления совмещенного графика давлений и выводов к нему
Рисунок 2. Совмещенный график давлений
Пример оформления описания совмещенного графика давлений
Анализ совмещенного графика давлений позволяет сделать заключение, что зон несовместимых по условиям бурения в разрезе нет. Поэтому проектируется одноколонная конструкция скважины.
…
Анализ совмещенного графика давлений позволяет сделать заключение о наличии интервала несовместимого по условиям бурения – 1200-1350 метров. Поэтому проектируется спуск и крепление технической колонны в интервале 0-1370 метров.
Приложение 11.2
Пример оформления таблицы исходных данных для проектирования конструкции скважины
Таблица 10 – Исходные данные для расчета конструкции скважины
| Параметр | Описание | Значение |
| Тип скважины | Нефтяная, газовая, газоконденсатная | |
| Дебит, м3/сут | Значение проектного дебита рассматриваемого к разработке пласта | |
| PПЛМАКС, МПа | Максимальное пластовое давление | |
| L, м | Длина скважины | |
| Ρф, г/см3 | Плотность пластового флюида | |
| gradPГР, МПа/м | Градиент давления гидроразрыва под башмаком кондуктора |
Приложение 11.3
Пример оформления раздела с запроектированными данными конструкции скважины
Таблица 11 – Результаты проектирования конструкции скважины
| Название колонны | Глубина спуска, м | Интервал цементирования, м | Внешний диаметр обсадной колонны, мм | Диаметр бурового долота на интервале, мм | ||||
| Расчетная по вертикали | Запроектированная по вертикали | Расчетная по стволу | Запроектированная по стволу | По вертикали | По стволу | |||
| Направление | ||||||||
| Кондуктор | ||||||||
| Техническая колона | ||||||||
| Эксплуатационная колонна | ||||||||
| Хвостовик |
Пример оформления обоснования конструкции скважины
Мощность четвертичных отложений составляет 80 метров, поэтому предварительный расчет глубины спуска направления составляет 100 м с учетом посадки башмака в устойчивые горные породы. Но в верхней части интервала 80-250 м залегают слабосвязанные породы склонные к интенсивным осыпям. Поэтому для обеспечения безаварийного бурения интервала под кондуктор спуск направления проектируется до глубины 270 м.
Рекомендуемое значение глубины спуска кондуктора составляет 685,4 м, но выбирается глубина 900 м с учетом опыта строительства скважин на данном месторождении, а также для обеспечения посадки башмака кондуктора в устойчивые горные породы.
Кондуктор и направление цементируются на всю длину, а эксплуатационная колонна цементируется с перкерытием башмака кондуктора на 150 м, поскольку скважина нефтяная. Хвостовик не цементируется и устанавливается в интервале 2890-3200 метров (по стволу).
Рисунок 3. Проектная конструкция скважины
Приложение 12
Пример оформления обоснования выбора профиля скважины
Вариант 1
Согласно техническому заданию на выпускную квалификационную работу (курсовой проект) выбирается трехинтервальный профиль скважины, который обеспечит попадание в заданную точку пласта (смещение – 350 м). Выбор профиля также обусловлен запроектированным комплектом оборудования, в том числе технических средств для направленного бурения и контроля проводки скважины, и обеспечит свободную вписываемость и проходимость компоновок низа бурильной колонны.
Вариант 2
Учитывая исходные данные на бурение (смещение точки вскрытия пласта относительно устья скважины – 500 м, глубина по вертикали – 2550 м) наилучшим решением для вывода скважины в требуемую точку пласта является проектирование пятиинтервального профиля скважины. Кроме того, за счет 5го вертикального участка, данный профиль позволит расположить насосное оборудование в интервале кровли продуктивного пласта и увеличить дебит скважины. Выбор профиля также обусловлен запроектированным комплектом оборудования, в том числе технических средств для направленного бурения и контроля проводки скважины, и обеспечит свободную вписываемость и проходимость компоновок низа бурильной колонны.
Приложение 13.1