Разрушение горных пород при геологоразведочных работах

Размещено на http://www.allbest.ru/

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

Кафедра разведочного бурения

Расчетная работа

по дисциплине

«Разрушение горных пород при геологоразведочных работах»

Москва 2014г.



Содержание

бескерновое бурение абразивность горный

1. Определение категорий горных пород по буримости

2. Бескерновое бурение

Выбор долота

Расчет режимов бурения

3. Бурение алмазными коронками

Выбор алмазной коронки

Расчет режимов бурения

Используемая литература

№ пачки.	Порода	Глубина	Рш, МПа.	Категория твердости по ВНИИБТ, Т.	Категория абразивности по ВНИИБТ, А.	Динамическая прочность, Fg.	Показатель абразивнос-ти, (Любимова Н.И.) Кабр.	Трешиноватость по ВИТР	Крндиционный выход керна, %.	Примечание
		от	до
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	Наносы	0	5	100	I	I	-	-	-	Бескерн.
2	Пески	5	30	100	I	I	-	-	-	-//-
3	Глины	30	50	500	III	I	-	-	-	-//-
4	Пески	50	100	100	I	I	-	-	-	-//-
5	Песчаники	100	200	2500	VII	-	15	0,5	15
6	Рудн. залижи	200	900	4500	XI	-	25	1,5	10

1. Определение горных пород по твердости

1) Наносы: I категория по твердости.

2) Пески: I категория по твердости.

3) Глины: III категория по твердости.

4) Пески: I категория по твердости.

Определение категории по твердости для вращательного механизированного бурения по методу ЦНИГРИ, по формуле:

- объединенный показатель.

Fg- динамическая прочность.

К_обр - коэффициент абразивности по Любимову Н.И.

5) Песчаники:

VII категория по твердости

6) Рудн. залеж.:

XI категория по твердости



2. Бескерновое бурение

Выбор долота

a) Порода 1: Т = 1, А = 1, h = 5м

Порода 2: Т = 1, А = 1, h = 30м

Порода 3: Т = 3, А = 1, h = 50м

Порода 4: Т = 1, А = 1, h = 100м

Средневзвешанная категория твердости горных пород в пределах выделенных пачек определяется по формуле

,

где - категория твердости пород i-й разновидности; - мощность i-го прослоя горной породы, м; -мощность выделенной пачки, м.

Средневзвешанная категория абразивности определяется по формуле

,

где -категория абразивности пород i-й разновидности.

Значит, ЇТ₁ = (1*5)/5 = 1

ЇА₁ = (1*5)/5 = 1

ЇТ₂=(1*30)/30 = 1

ЇА₂=(1*30)/30 = 1

ЇТ₃=(3*50)/50 =3

ЇА₃=(1*50)/50 = 1

ЇТ₃=(4*50)/50 =4

ЇА₃=(1*100)/100 = 1

Подберем необходимое для бурения в этой пачке пород долото:

Выбираем долото режущего и истирающего типа М(см.рис.1 ).

Пачка 1: -шарошечное долото типа М ш151

- шарошечное долото типа М ш132

-шарошечное долото типа М ш112

-шарошечное долото типа М ш93

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

Расчет режимов бурения

a) Осевая нагрузка на долотоопределяется по формуле:

P_дол. = P₀ * D, кН

гдеP₀, кH/см - удельная осевая нагрузка на долото;

D , см - диаметр долота.

Значения удельных осевых нагрузок на долото (кН/см) приведенывтабл.1.



Таблица 1.

Шифр долота	М	С	Т	К	ОК
Категория пород по буримости	I-Ш	IV-V	VI - VII	VIII-IX	Х-XII
Удельная осевая нагрузка на долото, кН/см	2	2,0-2,1	2,4 - 2,5	2,75-3,0	3,5-4,0

Значит,

P_{дол 1.}= 2* 15,1 = 30,2кН

P_{дол 2.}= 2* 13,2 =26,4 кН

P_{дол. 3}= 2* 11,2= 22,4 кН

P_{дол. 4}= 2* 9,3=18,6 кН

б) Число оборотов определяется по формуле:

n=20V/D,

гдеD - диаметр долота, м;

V, м/с - окружные скорости вращения долота (табл.2).

Таблица 2.

Тип долота	Категория пород по буримости	Окружная скорость вращения долота, м/с
Лопастные РХ	I -Ш	0,8-1
Лопастные 2Л и ЗЛ	I-IV	0,8-1,6
Лопастные ДР	I- IV	0,8-1,2
Пикобуры	I-V	0,8-1,5
Пикообразное долото крупного скола	VI-VII	0,8 - 1,4
Шарошечные:
М	I-IV	0,8-1,2
С	IV-VI	0,8-1,4
Т	VI - VII	0,6-1,2
ТК	VII-IX	0,6 - 0,8
КиОК	IX - XII	0,4-0,8

Значит,

n₁=20*1,2/0,151= 159 об./мин.

n₂=20*1,2/0,132 = 182 об./мин.

n₃=20*1,2/0,112 = 214 об./мин.

n₄=20*1,2/0,093 = 258 об./мин.

в) Расход промывочной жидкости определяется по формуле:

Q = V_восх * F , л/мин ,

где F - площадь кольцевого зазора между стенками скважины и бурильными трубами, дм²;

D_скв- диаметрскважины, дм;

D_б.т. - диаметр бурильных труб, D_б.т. =0,5дм;

V_восх- скорость восходящего потока в наддолотной части, дм/мин;

V_восх= 240 ч 480 дм/мин;

V_восх= 240 дм/мин в твердых породах.

V_восх= 480 дм/мин в мягких породах.5

Значит, F₁ = р/4*(1,51²- 0,5²) = 1,59 дм²Q₁ = 480*1,59 = 763,2л/мин

F₂ = р/4*(1,32²- 0,5²) = 1,17 дм²Q₂= 480*1,17 = 561,6л/мин

F₃ = р/4*(1,12²- 0,5²) = 0,78 дм²Q₃ = 480*0,78 =374,4л/мин

F₄ = р/4*(0,93²- 0,5²) = 0,48 дм²Q₄ = 480*0,48 =230,4 л/мин

г) Определение затрат мощности на разрушение пород забоя по формуле (при бурении шарошечным долотом небольших размеров):

N_р.з. = 10^-3*f*P_дол.*n*D_дол., кВт

где f- коэффициент, равный 1 при D_дол.<76 мм; f=0,17 при D_дол.?76 мм

Значит, f=0,17,

N_р.з.1 = 10^-3*0,17*3020*159*0,151= 12,32 кВт

N_р.з.2 = 10^-3*0,17*2640*182*0,132= 10,78 кВт

N_р.з.3 = 10^-3*0,17*2240*214*0,112 = 9,127 кВт

N_р.з.4 = 10^-3*0,17*1860*258*0,093= 7,587 кВт

3. Бурение алмазными коронками

Выбор типа алмазной коронки по «Справочнику инженера по бурению геологоразведочных скважин», том 1, с.248, таблица.

Выбираем коронку типа И4ДП (импрегнированная).

Выбираем коронку типа А3Д20К10 (однослойная).

Расчет режимов бурения

a) Осевая нагрузка на коронку (в кН) вычисляется по формуле:

P = P₀ * S ,

где P₀ - осевая нагрузка на 1 см² алмазосодержащей площади торца коронки, кН/см²;

S - площадь торца коронки за вычетом площади промывочных окон, см².

Ниже приводятся значения P₀, кН/см² и S, см² в зависимости от диаметра алмазной коронки и категории по буримости (табл. 3).



Таблица 3.

Категория пород по буримости	V - VI	VII - VIII	IX	X - XI	XII
Р0, кН	0,4-0,6	0,6-0,8	0,8-0,9	1-1,2	1,5

Таблица 4.

Диаметр коронки, мм	36 (22)	46 (31)	59 (42)	76 (58)	93 (73)
Площадь торца Коронки, см2	6,38	8,2	11,5	16,2	26,1
S, см2	4,14	6,0	8,5	12,6	18,2

Выбираю P₀₍₅₎= 0,6-0,8 кН/см², S=12,6 см² ;P₀₍₆₎= 1-1,2 кН/см², S=12,6 см²

Значит, P₍₅₎ = 0,8 * 12,6 = 10,1 кН

P₍₆₎ = 1,0 * 12,6 = 12,6 кН

b) Число оборотов определяется по формуле:

n=20V/D₀ ,

V₍₅₎=3,5 м/с.

V₍₆₎=2,5 м/с.

Значит, n₍₅₎=20*3,5/0,068=1029,4 об./мин.

n₍₆₎=20*2,5/0,068=735,3 об./мин.

c) Расход промывочной жидкости определяется по формуле:

Q = q * D_H, л/мин,

где D_H - наружный диаметр коронки, мм;

q - удельный расход жидкости на 1 мм диаметра коронки, (л/мин)/мм, значения которого даны в табл. 5.



Таблица 5.

Категория пород по буримости	Характер абра- зивности пород	Диаметр коронки, мм
		46	59	76	93
VI - VIII	Малоабразивные	0,3 - 0,5	0,3 - 0,5	0,3 - 0,6	0,5 - 0,8
IX - XIII		0,2 - 0,4	0,2 - 0,4	0,3 - 0,5	0,4 - 0,5
VI - VIII	Абразивные	0,7 - 0,9	0,7 - 0,8	0,5 - 0,9	0,6 - 0,9
IX - XII		0,4 - 0,7	0,4 - 0,6	0,5 - 0,6	0,5 - 0,6

Выбираю q₍₅₎=0,5 - 0,6(л/мин)/мм, D_H=76 мм.

q₍₆₎=0,3 - 0,6 (л/мин)/мм, D_H=76 мм.

Значит, Q₍₅₎ = 0,6* 93=55,8 л/мин.

Q₍₆₎ = 0,6* 93=55,8 л/мин.

d) Расчет механической скорости бурения осуществляется по методике ВИТР по номограмме.

Для 5 породы:

XIкатегория пород по буримости, по таблице находим соответствующее значение 0,063, откладываем его на оси абсцисс; поднимаем перпендикуляр до пересечения с соответствующим найденным значением оборотов n=1029об./мин - от точки пересечения опускаем перпендикуляр на ось ординат - определяем искомое значение скорости бурения.

В данной работе V_мех.=5 м/ч.

Для 6 породы:

VIIкатегория пород по буримости, по таблице находим соответствующее значение 0,098, откладываем его на оси абсцисс; поднимаем перпендикуляр до пересечения с соответствующим найденным значением оборотов n=735об./мин - от точки пересечения опускаем перпендикуляр на ось ординат - определяем искомое значение скорости бурения.

В данной работе V_мех.= 4 м/ч.

e) Расчет затрат мощности на разрушение забоя коронкой определяется по двум формулам:

1. Формула «Союзгеотехника»

N_р.з.=1,2*Р_о.с.*м*n*(R+r)/1950000, кВт,

где, м - коэффициент трения, м=0.3,

Р_о.с.- осевая нагрузка на коронку, Н,

n - число оборотов коронки в минуту,

R, r - наружный и внутренний радиусы коронки, см.

Значит, N_р.з.(5)=1,2*12600*0,3*1029,4*(3,8+2,95)/1950000=16,09 кВт

N_р.з.(6)=1,2*10100*0,3*735,3*(3,8+2,95)/1950000=9,25 кВт

2. Формула Санкт-Петербургского горного университета

N_р.з.=2*10^-4*Р_о.с.*n*D_ср., кВт

Значит, N_р.з.(5)=2*10^-4*1260*1029,4*0,0505=17,6 кВт

N_р.з.(5)=2*10^-4*1010*735,3*0,068=10,1 кВт



Используемая литература

1. Калинин А.Г., Левицкий А.З., Никитин Б.А. Технология бурения разведочных скважин на нефть и газ: Учеб.для вузов. - М.: Недра, 1998.

2. Козловский Е.А. и др. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин, том 1. -М.: Недра, 1984.

3. Калинин А.Г., Радин А.И., Соловьев Н.В., Бронников И.Д., Тунгусов А.А. Учебное пособие по курсу «Технология бурения разведочных скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые». (Первая часть). Ученое пособие.-М.:изд.РГГРУ, 2007.

Размещено на Allbest.ru

...