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

ВВЕДЕНИЕДанная курсовая работа выполняется в соответствие с «Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Разрушение горных пород при бурении скважин» для студентов направления 21.03.01 «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.Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист430-1002.РГП. КР.441.2018.ПЗРазраб.Гаркуша В.В.Провер.Иванов Б.Н.«Разделение геологического разреза месторождения на пачки одинаковой буримости и выбор типа буровых долотЛит.Листов19ТюмГНГУ, ИГиН, Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист430-1002.РГП. КР.441.2018.ПЗРазраб.Гаркуша В.В.Провер.Иванов Б.Н.«Разделение геологического разреза месторождения на пачки одинаковой буримости и выбор типа буровых долотЛит.Листов19ТюмГНГУ, ИГиН, Лист530-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗ1. Разбивка или уточнение геологического разреза на пачки (интервалы) одинаковой буримостиЛист530-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗ1.1 ТребованияОсновные 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 буримостиТаблица 1 - Проходка на долото.Исходные данныеВариантИнтервал, мПоказатели отработки долот№ 5400-1000Проходка на долото, м691 713 232 890 644 879 847 771 92 618 590 670 1000-1500Проходка на долото, м212223890313Лист630-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗ188Лист630-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗ305289252581761622011500-2000Проходка на долото, м790 112 113 211 88 205 58 189 152 76 62 101 2000-забойПроходка на долото, м83 88 731 132 71 129 121 102 890 65 58 77 Глубина скважин, м2037Все 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.Лист730-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗЛист730-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗТаблица 2 - Критерий К при надёжности оценки Р = 0,95.nK1K2K330,9411140,7650,9550,96750,6420,8070,84560,5600,6890,73670,5070,6100,66180,4680,5540,60790,4370,5120,567100,4120,4770,531120,3760,4280,481150,3380,3810,430200,3000,3340,372300,2600,2830,322(2)(3)(4)Если любое из неравенств не выполняется, то величина Х1 признаѐтся грубой ошибкой и должна быть из вариационного ряда исключена.Аналогично делается проверка для значении Хn.(5)(6)(7)При невыполнении любого из неравенств величина Хn из ряда исключается, а при невыполнении неравенства (7) исключается значение Хn-1.Лист830-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗПосле исключения промахов определяются характеристики вариационных рядов: среднее значение Х и среднее квадратичное отклонение S.Лист830-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗ(8)(9)Для сравнения двух рядов (первого 1 и второго 2) вычисляется общее среднее квадратичное отклонение:(10)и параметр t1,2 распределения Стьюдента разности - : (11)Значение t1,2 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:Лист930-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗТаблица 3 - Параметр распределения Стьюдента при P=0,95Лист930-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗm4567891011121314t2,782,572,452,362,312,262,232,202,182,162,15m1516171819202122232425t2,132,122,112,112,102,082,082,072,072,062,06В случае если t1,2>t, то должен быть сделан вывод, что различие средних значений Х1 и Х2 статически значимо и пачки не должны быть объединены. Если t1,2t=2,12 (таблица 3).Если t1,2>t, значит различие средних значений и значимо и пачки 1 и 2 не должны быть объединены.Степень свободы: m2,3=10+10-2=18.3,32>t=2,11 (таблица 3).Если t2,3t, 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:1) 400-1000 м.2) 1000-1500 м.3) 1500-2000 м.2. Выбор типа буровых долот по механическим свойствам горных пород и определение осевой нагрузки на долотоЛист1330-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗЛист1330-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗ2.1 Оценка механических свойств горных пород геологического разрезаТаблица 4 - Геологический разрез с указанием горных пород.№Исходные данныеВариант № 6Литологическое описание разреза1Глубина по вертикали, м400-1000Пески. Глины.21000-1500Глины. Пески. Песчаник.31500-2000Песчаник. Аргиллиты.42000-забойАргиллиты.Для выбора типа долота необходимо знание механических свойств горных пород, прежде всего твѐрдости 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 твѐрдости 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 горныхЛист1430-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗпород их геолого-петрографической характеристике.Лист1430-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗПородаСтепень уплотнения породыНаличие алевро-песчанистого материалаНаличие кремниевых и железистых стяженийСтепень трещиноватостиКатегория твёрдостиТКатегория абразивнос-тиАСреднее значение трердости РШ,МПа12345678Пескиплотнаянетнетсильная1575ГлиныпористаяЕсть или нетнетслабая1-22130ГлиныплотнаяЕсть или нетнетслабая2-32130Пескиплотнаянетнетсильная1575Песчаникпористаяестьестьслабая5-67-81500Песчаникплотнаяестьестьсильная582500АргиллитыплотнаяЕсть или нетнетслабая3-43380АргиллитыплотнаяЕсть или нетнетсильная551250Таблица 6 - Таблица соответствия значений твердости в МПа.Группы горных породМягкиеСредней твердостиТвёрдыеКатегория твёрдости горных пород по Л.А. Шрейнеру123456789101112Классификационная шкала значений твёрдости горных пород по ГОСТ 122-88-66 Рш, МПа0-100100-250250-500500-10001000-15001500-20002000-30003000-40004000-50005000-60006000-7000> 7000Средние значения твёрдости, отвечающие категориям Рш, МПа5017537575012501750250035004500550065007000Таблица 7 - Классификация шарошечных долот по назначению.Мало-абразивные породыТвёрдость породКатегория1-33-54-65,66-87-6Рш, МПа500250-1000500-1500500-15001500-30002000-5000Рекомендуемый тип долотаММСССТТТКАбразивные породыТвёрдость породКатегория1-33,44,56,77-88-1010-12Рш, МПа250100-500250-10001000-20002000-30003000-60006000-7000Рекомендуемый тип долотаМЗМСЗСЗТЗТКЗКОКЛист1530-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗРасчет для пачки 400-1000 м.:Лист1530-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗДанный интервал представлен песками и глинами, следовательно 75 МПа<Рш<130 МПа, что соответствует 2-ой категории твердости (Таблица 6), присутствуют абразивные породы, следовательно подходящий тип долота МСЗ (Таблица 7). (А = 5; Т = 3)Предварительно принимаем III 215,9 МСЗ-ГАУ.Расчет пачки 1000-1500 м.:Данный интервал представлен глинами, песками и песчаниками, следовательно 75 МПа<Рш<1500 МПа, что соответствует 6-ой категории твердости (Таблица 6), присутствуют малоабразивные породы, следовательно подходящий тип долота Т. (Таблица 7). (А = 8; Т = 6)Предварительно принимаем III 190,5 Т-ГНУ.Расчет пачки 1500-2000 м.:Данный интервал представлен песчаниками и аргиллитами, следовательно 380 МПа<Рш<2500 МПа, что соответствует 7-ой категории твердости (Таблица 6), присутствуют малоабразивные породы, следовательно подходящий тип долота Т. (Таблица 7). (А = 8; Т = 5)Предварительно принимаем III 190,5 Т-ГНУ.2.2 Определение осевой нагрузки на долотоОсевая нагрузка на долото по имеющимся данным по твёрдости горных пород по штампу определяется по формуле:G= gi*D, (12)где, gi - интенсивность осевой нагрузки в кН на один мм диаметра D долота.Лист1630-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗТаблица 8 - Интенсивность нагрузки на долотоЛист1630-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗТвердость горных пород, группы (категории)Интенсивность нагрузки gi, кН/ммМягкие (1-3)0,6Средней твердости (4-5)0,7Твердые и крепкие (6 и более)1,0Рассчитываем осевую нагрузку, необходимую для разрушения, выбранным типом долота для пачек 1, 2,3:G1 = 0,6215,9 = 129,54 кН.G2 = 1,0190,5 = 190,5 кН.G3 = 1,0190,5 = 190,5 кН.2.3 Сравнение расчетных значений осевых нагрузок на долото с максимально допустимымиСравнение 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, мм165,1190,5215,9244,5269,9295,3Осевая нагрузка, кН1502202603003204001. Максимально допустимое табличное значение нагрузки для долота диаметром 215,9 мм. составляет 260000 Н.Условие Gmax>G1 выполняется, значит рассчитанная нагрузка не превышает допустимую.Лист1730-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗ2. Максимально допустимое табличное значение нагрузки для долота диаметром 190,5 мм. составляет 220000 Н.Лист1730-1002.РГП.КР.441.2018.ПЗУсловие Gmax>G2 выполняется, значит рассчитанная нагрузка не превышает допустимую.3. Максимально допустимое табличное значение нагрузки для долота диаметром 190,5 мм. составляет 220000 Н.Условие Gmax>G3 выполняется, значит рассчитанная нагрузка не превышает допустимую.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ1. Спивак А.И., Попов А.Н., Разрушение горных пород при бурении скважин. М., Недра, 1994, с.260;2. Абатуров В.Г., Кед А.В. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Разрушение горных пород при бурении скважин» для студентов специальности 130504 – Тюмень, ТюмГНГУ, 2005, 36 с.3. Абатуров В.Г., Овчинников В.П. Физико-механические свойства горных пород и породоразрушающий буровой инструмент [Текст]: Учебное пособие/Абатуров В.Г., Овчинников В.П.- Тюмень: издательство «Экспресс», 2008. – 240 с.4.Анашкина А.Е. Шарошечные долота для сплошного бурения [Текст]: методические указания к лабораторным работам /А.Е. Анашкина, М.В. Двойников – Тюмень: издательский центр БИК ТюмГНГУ, 2013.- 32 с.Лист1930-1002.РГП.КР.441.2018.ВОГрафическое приложение (Конструкция трехшарошечного долота)Лист1930-1002.РГП.КР.441.2018.ВОКонструкция трехшарошечного долота.1-корпус, 2-насадка, 3-лапа, 4-шарошка, 5-цапфа, 6-подшипник, 7-зубья.Типы вооружения шарошечных долот ОАО «Волгабурмаш».