Разделение геологического разреза месторождения на пачки и выбор типа буровых долот

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Институт геологии и нефтегазодобычи

Кафедра “Бурение нефтяных и газовых скважин"

курсовая работа

на тему:

Разделение геологического разреза месторождения на пачки одинаковой буримости и выбор типа буровых долот

по дисциплине: Разрушение горных пород

Руководитель работы

Студентка гр. БСбзс 12-1

Т.А. Харитонова

__________А.Г. Бекмурзаева

2014

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. Разбивка или уточнение геологического разреза на пачки (интервалы) одинаковой буримости

1.1 Требования

1.2 Проверка однородности пачки одинаковой буримости

2. Выбор типа буровых долот по механическим свойствам горных пород и определение осевой нагрузки на долото

2.1 Предварительный выбор типа долот

2.2 Определение осевой нагрузки на долото

2.3 Сравнение расчетных значений осевых нагрузок на долото с максимально допустимыми

Графическое приложение (Конструкция трехшарошечного долота)

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ

Данная курсовая работа выполняется в соответствие с «Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Разрушение горных пород при бурении скважин» для студентов направления 131000.62 «Нефтегазовое дело» профиля «Бурение нефтяных и газовых скважин» и состоит из следующих разделов:

1. Разбивка или уточнение геологического разреза месторождения на пачки (интервалы) одинаковой буримости (интервал бурения после кондуктора).

2. Выбор типа буровых долот по механическим свойствам горных пород и определение осевой нагрузки на долото.

Для безаварийного разбуривания горных пород, выбор типа размера долота является одним из важных в технико-технологическом процессе проектирования строительства скважин. С целью правильного подбора типа размера долота, необходимо провести разбивку геологического разреза месторождения на пачки (интервалы) одинаковой буримости, определить механические свойства горных пород уточнением категории твердости и категории абразивности.

буровой долото пачка скважина

1. Разбивка или уточнение геологического разреза на пачки (интервалы) одинаковой буримости

1.1 Требования

Основные требования для разделения геологического разреза на пачки (интервалы) одинаковой буримости, [2, с. 225]:

Непрерывность пачки (интервала).

При бурении пачки должны быть использованы однотипные буровые установки, буровые долота одного диаметра, турбобур одного типа и диаметра. Параметры режима бурения должны быть одинаковыми или близкими.

Горные породы, слагающие пачку, должны быть близкими по литологическому составу.

1.2 Проверка однородности пачки одинаковой буримости

Таблица 1. Проходка на долото.

Исходные данные	Вариант
Интервал, м	Показатели отработки долот	№ 1
400-1000	Проходка на долото, м	881 903 222 1080 833 1068 1036 960 101 807 779 859
1000-1500	Проходка на долото, м	200 211 299 1080 176 293 277 240 163 66 150 189
1500-2000	Проходка на долото, м	100 66 189 50 69 140 177 980 193 76 199 111
2000-забой	Проходка на долото, м	91 97 921 140 80 140 130 11 1080 73 66 86
	Глубина скважин, м	2000

Все члены вариационного ряда должны быть расположены в порядке увеличения

 (1)

где n - число членов ряда.

Для исключения грубых ошибок проводится проверка крайних значений вариационных рядов. Для значения Х₁ проверка делается следующим образом. Вычисляются левые части неравенств (2), (3), (4) и сравнивается со значениями К₁, К₂, К₃ из таблицы 2.

Таблица 2. Критерий К при надёжности оценки Р = 0,95.

n	K1	K2	K3
3	0,941	1	1
4	0,765	0,955	0,967
5	0,642	0,807	0,845
6	0,560	0,689	0,736
7	0,507	0,610	0,661
8	0,468	0,554	0,607
9	0,437	0,512	0,567
10	0,412	0,477	0,531
12	0,376	0,428	0,481
15	0,338	0,381	0,430
20	0,300	0,334	0,372
30	0,260	0,283	0,322

(2)

(3)

(4)

Если любое из неравенств не выполняется, то величина Х₁ призна?тся грубой ошибкой и должна быть из вариационного ряда исключена.

Аналогично делается проверка для значении Х_n.

 (5)

(6)

(7)

При невыполнении любого из неравенств величина Х_n из ряда исключается, а при невыполнении неравенства (7) исключается значение Х_n-1.

После исключения промахов определяются характеристики вариационных рядов: среднее значение Х и среднее квадратичное отклонение S.

(8)

(9)

Для сравнения двух рядов (первого 1 и второго 2) вычисляется общее среднее квадратичное отклонение:

(10)

и параметр t_1,2 распределения Стьюдента разности - :

 (11)

Значение t_1,2 сравнивается с табличным значением параметра распределения Стьюдента t (таблица 3) при заданной величине надёжности 0,95 и определённом числе степеней свободы m, который определяется по следующей формуле:

Таблица 3. Параметр распределения Стьюдента при P=0,95

m	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
t	2,78	2,57	2,45	2,36	2,31	2,26	2,23	2,20	2,18	2,16	2,15
m	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25
t	2,13	2,12	2,11	2,11	2,10	2,08	2,08	2,07	2,07	2,06	2,06

В случае если t_1,2>t, то должен быть сделан вывод, что различие средних значений Х₁ и Х₂ статически значимо и пачки не должны быть объединены. Если t_1,2<t, то различие значений Х₁ и Х₂ не значимо.

Таким образом, пачки должны быть признаны однородными, то есть, объединены в один интервал. Далее рассматривается вопрос о возможном объединении второй и третьей пачки, третьей и четвертой.

В конце раздела делается вывод о том, на какие пачки разделен разрез.

Проверочные расчёты однородности пачек одинаковой буримости:

Вариационный ряд 1 (400-1000 м.):

101<222<779<807<833<859<881<903<960<1036<1068<1080 (n₁=12),

Проверка для значения Х₁:

(К₁), условие неравенства выполняется.

(К₂), условие неравенства выполняется.

(К₃), условие неравенства не выполняется, то величина Х₁ исключается из вариационного ряда 1, и n=11.

Аналогичная проверка для значения Х_n:

, условие неравенства выполняется.

, условие неравенства выполняется.

, условие неравенства выполняется.

=857,09.

S₁=234,9.

Вариационный ряд 2 (1000-1500 м.):

66<150<163<176<189<200<211<240<277<293<299<1080 (n₂=12)

Проверка для значения Х₁:

, условие неравенства выполняется.

, условие неравенства выполняется.

, условие неравенства выполняется.

Аналогичная проверка для значения Х_n:

, условие неравенств не выполняется, то величины Х_n и Х_n-1 исключаются из вариационного ряда 2, и n=10.

S₂=65,5.

Вариационный ряд 3 (1500-2000 м.):

50<66<69<76<100<111<140<177<189<193<199<980 (n₃=12).

Проверка для значения Х₁:

, условие неравенства выполняется.

, условие неравенства выполняется.

, условие неравенства выполняется.

Аналогичная проверка для значения Х_n:

, условие неравенств не выполняется, то величины Х_n и Х_n-1 исключаются из вариационного ряда 3, и n=10.

.

Проверяем возможность объединения интервалов в пачки одинаковой буримости.

Сравниваем вариационные ряды между собой путем вычисления общего квадратичного отклонения:

Степень свободы: m_1,2=11+10-2=19.

8,61>t=2,10 (таблица 3).

Если t_1,2>t, значит различие средних значений и значимо и пачки 1 и 2 не должны быть объединены.

Степень свободы: m_2,3=10+10-2=18.

2,9>t=2,11 (таблица 3).

Если t_2,32>t, значит различие средних значений и значимо и пачки 2 и 3 не должны быть объединены.

Вывод:

Согласно произведенным расчётам по определению однородности пачек одинаковой буримости геологический разрез разделен на 3 пачки:

400-1000 м.

1000-1500 м.

1500-2000 м.

2. Выбор типа буровых долот по механическим свойствам горных пород и определение осевой нагрузки на долото

2.1 Предварительный выбор типа долот

Таблица 4. Геологический разрез с указанием горных пород.

№	Исходные данные	Вариант № 7
Литологическое описание разреза
1	Глубина по вертикали, м 400-1000	Пески. Песчаник
2	1000-1500	Пески. Опоковидные глины
3	1500-2000	Аргиллиты. Чередование глин и песчаников

Для выбора типа долота необходимо знание механических свойств горных пород, прежде всего тв?рдости и абразивности. Эти свойства могут быть определены по следующим характеристикам пород геологического разреза [3]:

- литолого-петрографическая характеристика, включающая литотип, структурное состояние породы, состав цемента, наличие включений обломочного и кремниевого состава, степень нарушенности массива пород;

В первом случае для классификации геологического разреза по тв?рдости и абразивности необходимо использовать таблицу 5, разработанную в ВНИИБТ и построенную на основе анализа и обобщения большого объёма информации [4,5].

Таблица 5. Соответствие классификационных показателей горных

пород их геолого-петрографической характеристике.

Порода	Степень уплотнения породы	Наличие алевро-песчанистого материала	Наличие кремниевых и железистых стяжений	Степень трещиноватости	Категория твёрдости Т	Категория абразивнос-ти А	Среднее значение трердости РШ, МПа
1	2	3	4	5	6	7	8
Пески	плотная	нет	нет	сильная	1	5	75
Песчаник	Пористая	есть	нет	слабая	2-3	5-7	750
Пески	плотная	нет	нет	сильная	1	5	75
Опоковидные глины	пористая	Есть или нет	нет	слабая	1-3	1,5	130
Аргиллиты	плотная	Есть или нет	нет	слабая	3-4	3	380
Чередование глин и песчаников	плотная	есть	есть	слабая	3-4	4-5	1000

Таблица 6. Таблица соответствия значений твердости в МПа.

Группы горных пород	Мягкие	Средней твердости	Твёрдые
Категория твёрдости горных пород по Л.А. Шрейнеру	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Классификационная шкала значений твёрдости горных пород по ГОСТ 122-88-66 Рш, МПа	0-100	100-250	250-500	500-1000	1000-1500	1500-2000	2000-3000	3000-4000	4000-5000	5000-6000	6000-7000	> 7000
Средние значения твёрдости, отвечающие категориям Рш, МПа	50	175	375	750	1250	1750	2500	3500	4500	5500	6500	7000

Таблица 7. Классификация шарошечных долот по назначению.

Мало-абразивные породы	Твёрдость пород	Категория	1-3	3-5	4-6	5,6	6-8	7-6
		Рш, МПа	500	250-1000	500-1500	500-1500	1500-3000	2000-5000
	Рекомендуемый тип долота	М	МС	С	СТ	Т	ТК
Абразивные породы	Твёрдость пород	Категория	1-3	3,4	4,5	6,7	7-8	8-10	10-12
		Рш, МПа	250	100-500	250-1000	1000-2000	2000-3000	3000-6000	6000-7000
	Рекомендуемый тип долота	МЗ	МСЗ	СЗ	ТЗ	ТКЗ	К	ОК

Расчет для пачки 400-1000 м.:

Данный интервал представлен песками, песчаником, следовательно 75 МПа<Рш<1000 МПа, что соответствует 4-ой категории твердости (Таблица 6), присутствуют абразивные породы, следовательно подходящий тип долота СЗ (Таблица 7).

Предварительно принимаем III 215,9 СЗ-ГВ.

Расчет пачки 1000-1500 м.:

Данный интервал представлен песками, опоковидными глинами, следовательно 75 МПа<Рш<280 МПа, что соответствует 3-ой категории твердости (Таблица 6), присутствуют абразивные породы, следовательно подходящий тип долота МЗ (Таблица 7).

Предварительно принимаем III 215,9 МЗ-ГВ.

Расчет пачки 1500-2000 м.:

Данный интервал представлен аргиллитами, чередованием глин и песчаников, следовательно 380 МПа<Рш<1250 МПа, что соответствует 5-ой категории твердости (Таблица 6), присутствуют абразивные породы, следовательно подходящий тип долота СЗ. (Таблица 7).

Предварительно принимаем III 215,9 СЗ-ГВ.

2.2 Определение осевой нагрузки на долото

Осевая нагрузка на долото по имеющимся данным по твёрдости горных пород по штампу определяется по формуле:

G=*Р_Ш*F_k, (12)

где, Р_Ш - тв?рдость горных пород по штампу, МПа;

- коэффициент, учитывающий изменение тв?рдости пород в забойных условиях; = 0,3~1,6, для условий Западной Сибири принимают обычно равным 0,7.

F_k - площадь контакта зубьев долота с забоем, м².

Площадь контакта долота F_k , определяемая по известным формулам Ф?дорова В.С., Палия П.А. и Корнеева Е.Е. не соответствует модели работы тр?хшарошечного долота на забое, так как они составлены из условия нулевого погружения зубьев в горную породу (=0).

Для оперативного подсч?та F_k следует использовать табличные значения Z_c, f или F_k (таблица 8).

Таблица 8. Число зубьев и площади их контакта для долот,

применяемых в Западной Сибири (при = 0,5 mm)

Тип долота	Количество зубьев, находящихся в контакте с породой	Площадь контакта Fk, мм2
	Zc min	Zc max	Zср	Fk min	Fk max	Fk ср
III 190,5 М-ГВ	4,8	9,6	7,2	159	318	238
III 190,5 МС-ГВ	5,1	10,3	7,7	201	402	302
III 190,5 С-ГВ (ЦВ)	6,8	13,6	10,2	227	454	340
III 190,5 С-ГН (ГНУ)	6,5	13	9,8	194	388	291
III 215,9 С-ГВ	8,3	16,7	12,5	346	692	519
III 190,5 СЗ-ГВ (ГН)	8,3	16,5	12,4	135	270	202
III 215,9 СЗ-ГВ	9,4	18,7	14	150	300	225
III 215,9 МЗ-ГВ	6,2	12,4	9,3	114	228	171

Рассчитываем осевую нагрузку, необходимую для разрушения, выбранным типом долота для пачек 1,2,3:

Н.

Н.

Н.

2.3 Сравнение расчетных значений осевых нагрузок на долото с максимально допустимыми

Сравнение расчётных значений осевых нагрузок на долото, определённые из условия объёмного разрушения горных пород, должны быть сравнены с максимально допустимыми, обусловленными прочностью долот (таблица 9).

Таблица 9. Максимально допустимые нагрузки на долото.

Диаметр D, мм	165,1	190,5	215,9	244,5	269,9	295,3
Осевая нагрузка, кН	150	220	260	300	320	400

1. Максимально допустимое табличное значение нагрузки для долота диаметром 215,9 мм. составляет 260000 Н.

Условие G_max>G₁ выполняется, значит рассчитанная нагрузка не превышает допустимую.

2. Максимально допустимое табличное значение нагрузки для долота диаметром 215,9 мм. составляет 260000 Н.

Условие G_max>G₂ выполняется, значит рассчитанная нагрузка не превышает допустимую.

3. Максимально допустимое табличное значение нагрузки для долота диаметром 215,9 мм. составляет 260000 Н.

Условие G_max>G₃ выполняется, значит рассчитанная нагрузка не превышает допустимую.

Список использованных источников

Абатуров В.Г. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Разрушение горных пород при бурении скважин» для студентов специальности 090800 /В.Г. Абатуров, А.В. Кед. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2005. - 39 с.

Спивак А.И. Разрушение горных пород при бурении скважин /А.И. Спивак, А.Н. Попов. - М.: Недра, 1994. - 260 с.

Абрамсон М.Г. Справочник по механическим и абразивным свойствам горных пород нефтяных и газовых месторождений / М.Г. Абрамсон, Б.В. Байдюк, В.С. Зарецкий и др.. - М.:

Недра, 1984. - 207 с.

РД 39-3-679-82. Методическое руководство по определению и использованию показателей свойств горных пород в бурении. - М.: ВНИИБТ, 1983. - 93 с.

РД 39-2-52-78. Комплексная методика классификации горных пород геологического разреза, разделения его на пачки пород и выбора рациональных типов и конструкций шарошечных долот для эффективного разбуривания нефтяных и газовых месторождений. - М.:

ВНИИБТ, 1980.- 297 с.

Овчинников В.П. Методические указания по оформлению пояснительной записки дипломных, курсовых проектов (работ) контрольных работ, отчетов по практикам для студентов специальности 090800 «Бурение нефтяных и газовых скважин» очной и заочной форм обучения (часть 1) / В.П. Овчинников, Ю.С. Кузнецов, В.М. Шенбергер и др. - Тюмень: ТюмГНГУ,

2000.- 17 с.

Овчинников В.П. Методические указания по оформлению пояснительной записки дипломных, курсовых проектов (работ) контрольных работ, отчетов по практикам для студентов специальности 090800 «Бурение нефтяных и газовых скважин» очной и заочной форм обучения (часть 2) / В.П. Овчинников, Ю.С. Кузнецов, В.М. Шенбергер и др. - Тюмень: ТюмГНГУ,

2000.- 20 с.

Графическое приложение (Конструкция трехшарошечного долота)

Конструкция трехшарошечного долота.

1-корпус, 2-насадка, 3-лапа, 4-шарошка, 5-цапфа, 6-подшипник, 7-зубья.

Типы вооружения шарошечных долот ОАО «Волгабурмаш».

Размещено на Allbest.ru

...