Теория разрушения горных пород

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования

Самарский государственный технический университет

Кафедра «бурения нефтяных и газовых скважин»

Курсовая работа

На тему:

«Теория разрушения горных пород»

Выполнил: студент IV-ЗФ-9 Васильев А.В.

Проверил: ст. Преподаватель Кулакова О.А.

Самара 2007

Задача №1

Решение:

В качестве исходных данных используются графики P=f(h), полученные в результате испытания различных горных пород на приборе УМПГ-3.

В зависимости от вида графика можно определить, к какому классу относится испытуемая порода. Из приведенного графика видно, что порода относится к хрупко-пластичным.

Для дальнейших расчетов определим коэффициенты масштабности по оси давления и деформации:

Для хрупких пород по величине нагрузки в момент хрупкого разрушения можно найти твердость по штампу (P_ш, Па):

Р_ш,

- предел упругости по штампу

,

Р_ш=.

В качестве показателя пластичности пород принято отношение работы деформирования до момента разрушения(А_Р, Дж - на графике площадь ODBC) к работе упругого деформирования(А_у, Дж - на графике площадь треугольника ODE):

Определим коэффициент пластичности:

Также определяется удельная контактная работа(А_К):

,

и удельная объёмная работа (А_V):

.

При помощи таблицы 1 и 2 определяют породу, категорию пластичности и твердости.

Из таблицы видно, что порода является известняком, категория пластичности 6. по механическим свойствам порода является хрупко-пластичной, группа 2, категория 5.

Задача №2

Определить осевую нагрузку на долото при бурении из условия объемного разрушения горной породы.

Исходные данные:

№ интер вала	Группа твердости	Твердость по штампу РШ, 106 Н/м2	коэффициент перекрытия	Диаметр долота D, м	начальная тупизна зубьев b, м
1	М	247	1,34	0,370	0,0037
2	М	497	1,35	0,320	0,0038
3	К	3222	1,36	0,320	0,0019
4	С	1356	1,37	0,269	0,0022
5	Т	2810	1,38	0,269	0,0023
6	Т	2940	1,39	0,214	0,0024

Решение:

Эффективное или объемное разрушение породы при бурении возможно только в том случае, если соблюдается условие:

,

где F_H - начальная опорная поверхность долота, м².

,

Рассмотрим каждый интервал бурения в отдельности:

1. F_H=0,5*1,34*0,370*0,0037=9,17*10^-4 м²

F_H*P_Ш=9,17*10^-4*247*10⁶=2,26*10⁵ Н

2. F_H=0,5*1,35*0,320*0,0038=8,21*10^-4м²

F_H*P_Ш=8,21*10^-4*497*10⁶=4,08*10⁵ Н

3. F_H=0,5*1,36*0,320*0,0019=4,13 *10^-4м²

F_H*P_Ш=4,13*10^-4*3222*10⁶=1,33*10⁶ Н

4. F_H=0,5*1,37*0,269*0,0022=4,05 *10^-4м²

F_H*P_Ш=4,05*10^-4*1356*10⁶=5,49*10⁵ Н

5. F_H=0,5*1,38*0,269*0,0023=4,27 *10^-4м²

F_H*P_Ш=4,27*10^-4*2810*10⁶=1,20 *10⁶ Н

6. F_H=0,5*1,39*0,214*0,0024=3,57 *10^-4м²

F_H*P_Ш=3,57*10^-4*2940*10⁶=1,05 *10⁶ Н

В зависимости от типа и размера долота, определяется допустимая осевая нагрузка(Р₁ и Р₂, Па):

Р_1,2=q_1,2D,

где q - допустимая нагрузка на 1 м диаметра долота, Н/м(табл.).

Нагрузка на долото для различных типов пород

тип долота	М	МС	С	СТ	Т	ТК	К
q-105 Н/м	2-6	2-6	3-8	4-9	7-10	8-12	9-15

1. Р₁ =2*10⁵*0,370=7,40*10⁴Н

Р₂ =6*10⁵*0,370=2,22*10⁵Н

2. Р₁ =2*10⁵*0,320=6,40*10⁴Н

Р₂ =6*10⁵*0,320=1,92*10⁵Н

3. Р₁ =8*10⁵*0,320=2,56*10⁵Н

Р₂ =12*10⁵*0,320=3,84*10⁵Н

4. Р₁ =3*10⁵*0,269=8,07*10⁴Н

Р₂ =8*10⁵*0,269=2,15*10⁵Н

5. Р₁ =7*10⁵*0,269=1,88*10⁵Н

Р₂ =10*10⁵*0,269=2,69*10⁵Н

6. Р₁ =7*10⁵*0,214=1,50*10⁵Н

Р₂ =10*10⁵*0,214=2,14*10⁵Н

,

1. 7,40*10⁴ 2,26*10⁵ 2,22*10⁵

2. 6,40*10⁴ 4,08*10⁵ 1,92*10⁵

3. 2,56*10⁵ 1,33*10⁶ 3,84*10⁵

4. 8,07*10⁴ 5,49*10⁵ 2,15*10⁵

5. 1,88*10⁵ 1,20*10⁶ 2,69*10⁵

6. 1,50*10⁵ 1,05*10⁶ 2,14*10⁵

Таким образом нагрузка на долото не укладывается в предельные значения ни в одном из 6 случаев, а значит не достигается эффективное или объемное разрушение породы.

Задача №3

Определить мощность, затрачиваемую лопастным долотом при бурении.

бурение скважина давление долото

Исходные данные:

шифр долота		S,	h,	n, 1/c	град		Рш, 106, Па	tбур, с		, 103	, град	d, м
2Л-140	32	25	100	2,3	70	0,0018	19,7	14400	0,06	1,18	3,0	0,102

Решение:

Затраченную мощность при бурении горных пород лопастным долотом можно определить по формуле:

W_Л=W_p+W_mp+W_бр+W_бт,

Мощность, затраченная на разрушение горной породы:

W_p=2,22*10^-6eD(10³*б)^цР_шnsin(б_p)=2,22*10^-6*2*140*(10³*0,0018)^0,5*19,7*10⁶*2,3*sin(70)=35,46 кВт.

Мощность, затраченная на трение долота о забой:

,

где - коэффициент трения долота о породу, b_k - тупизна долота к моменту его износа, м.

Коэффициент трения долота о породу находится по формуле:

,

где - статистический коэффициент трения, зависящий от горной породы(0,34), V_P - радиальная скорость, м/с.

V_P=2рnR.

Эффективный радиус долота вычисляется по формуле:

R=0,5(D-l₀)=0,5(140-32)=54*10^-3 м.

V_P=2*3,14*2,3*54*10^-3=0,78 м/с.

=0,0693.

Толщина кромки лопастей:

Начальная тупизна зубьев:

.

Площадь контакта долота:

м².

Тупизна долота:

Мощность, затраченная на трение долота о забой, находится по формуле:

Мощность, затраченная на разрушение стенок скважины:

Мощность, затраченная на трение долота о стенки скважины для искривленных скважин:

,

где l - длина нижней полуволны колонны труб, м; q - вес погонного метра трубы, Н/м; P - нагрузка на долото; G - вес нижней полуволны колонны труб, Н.

G=ql.

g - ускорение свободного падения, м/с²; D_Ф - диаметр скважины с учетом уширения, м.

D_Ф=1,1D

f - расстояние между стенкой скважины и бурильной колонной.

f =0,5(D_Ф-d_H).

l - длина нижней полуволны колонны труб:

Z - длина нижней сжатой части колонны бурильных труб, м; - угловая скорость, рад/с; I - момент инерции, м⁴.

,

Затраченная мощность при бурении горных пород лопастным долотом будет равна:

Задача №4

Определить мощность, затраченную шарошечным долотом при бурении.

Исходные данные:

Шифр долота	n, об/мин	, град	Диаметр БТ dН, м	Коэф. перекрытия	Число переферийных зубьев Z	Высота переферийных зубьев. hz, мм.
					1	2	3	1	2	3
Б-214МСГ	2	8	140	1,1	10	12	8	16	16	16

Решение:

Затраченную мощность при бурении горных пород шарошечным долотом можно определить по формуле:

Мощность, затраченная на разбуривание породы при перекатывании шарошек:

Глубина погружения зубцов в породу:

Мощность, затраченная на преодоление трения зубцов шарошек о забой скважины при их проскальзывании, определяется по формуле:

Мощность, затраченная на вертикальные перемещения системы вследствие зубчатой поверхности шарошек, определяется по формуле:

Диаметр шарошки:

Число зубьев:

Z=30

Мощность, затрачиваемая на преодоление трения долота о стенки скважины, определяется по формуле:

Диаметр скважины с учетом уширения:

Расстояние между стенкой скважины и бурильной колонной:

Длина нижней сжатой части колонны бурильных труб:

Допустимая нагрузка на долото: Р=250кН.

Погонный вес трубы: q=52,1 кг/м.

Угловая скорость:

Момент инерции:

Длина нижней полуволны колонны труб находится по формуле:

Вес нижней полуволны колонны труб:

Мощность, затраченная на разрушение породы долотом Б-214МСГ, составляет 38,27кВт.

Список используемой литературы

1. Методические указания к курсовой работе по разрушению горных пород. Е.П. Варламов, С.А. Рекин. Самара 1998.

2. «Разрушение горных пород при бурении скважин» А.И. Спивак, А.Н. Попов. Москва «Недра».

3. «Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование» под ред. А.М. Гусмана, К.П. Порожского. Екатеринбург, 2002.

4. Иогансен К.В. Спутник буровика: справочник. 2-е изд., перераб. и доп. Москва «Недра», 1986.

Размещено на Allbest.ru

...