Gк = 450.*33,8 = 15210 Н = 15,21 кН.
Определим наибольшую статистическую нагрузку на подвижные струны каната талевой системы:
Ртс = L*q + lубт*qубт + Gтс,
где L – длина бурильных труб, м;
q – вес 1 м бурильных труб, Н
lубт – длина УБТ, м;
qубт – вес 1 м УБТ, Н;
Gтс – вес талевого блока, каната и крюка, Н.
Рассчитаем Gтс:
Gтс = Gтб + Gканата + Gкрюка
Gтс = 67000 + 15210 + 35000 = 117210 Н = 117,21 кН.
Для колонны диаметром 324 мм:
lубт = 28 м, qубт = 1,56 кН.
Ртс = 28*1560 + 117210 = 160890 = 160,89 кН.
Статистическая нагрузка на 1 струну: Р = Ртс / m,
где m – число струн талевой системы.
Р = 160,89/8 = 20,11 кН.
Для колонны диаметром 245 мм:
L = 364 м, q = 319 Н, lубт = 136 м, qубт = 1,56 кН.
Ртс = 364*319 + 136*1560 + 117210 = 445486 Н = 445,49 кН.
Статистическая нагрузка на 1 струну: Р = 445,49 / 8 = 55,69 кН.
Для колонны диаметром 146 мм:
L = 3100 м, q = 319 Н, lубт = 190 м, qубт = 1,56 кН.
Ртс = 3100*319 + 190*1560 + 117210 = 1402510 Н = 1402,51 кН,
Статистическая нагрузка на 1 струну: Р = 1402,51 / 8 = 175,31 кН.
Учитывая вычисленные статистические нагрузки, выбираем стальной талевый канат правой крестовой свивки типа ЛК-РО конструкции 6х31+1 м. с диаметром 32 мм (по ГОСТ 16853-88)[4].
2.4 Технология бурения
2.4.1 Выбор породоразрушающего инструмента
При бурении нефтяных и газовых скважин основным инструментом, при помощи которого происходит разрушение горной породы на забое и образуется собственно скважина, является долото.
В России, а также в США и других зарубежных странах для бурения нефтяных и газовых скважин в основном используют шарошечные долота с коническими шарошками.
Учитывая физико-механические свойства горных пород проектного разреза и установившуюся практику буровых работ в данном районе, выбираем следующие типы долот по интервалам бурения:
Таблица 2.1Применяемый породоразрушающий инструмент
| Категории пород по буримости | Интервал бурения, м | Тип долота |
| I | 0 – 35 | СЦВ |
| I – II | 35 – 500 | СЗ-ГВ (R-175) |
| III – IV | 500 – 1050 | СЗ-ГВ (R-162) |
| V – XII | 1050 – 3290 | ТЗ-ГАУ (R-437) |
2.4.2 Расчет технологического режима бурения (Р, N. Q)
Под режимом бурения понимается определенное сочетание регулируемых параметров, влияющих на показатели бурения. К числу таких параметров относятся: осевая нагрузка (давление) на долото (Р), частота вращения долота (N), количество прокачиваемой промывочной жидкости (Q).
2.4.3 Расчет осевой нагрузки на долото (Р)
Величина осевой нагрузки на долото Рдол, которая должна обеспечивать объемное разрушение поды на забое, с учетом показателей механических свойств горных пород и конструктивных данных о площади контакта зубьев долота с забоем определяется по формуле:
Рдол. = α*Рш*Fk, (1)
где α – эмпирический коэффициент, учитывающий изменение забойных условий на изменение твердости (α = 0,3 – 1,59);
Рш – твердость горных пород по методике Л.А.Шрейнера (по штампу); кг/мм2.
Fk – площадь контакта зубьев долота с забоем мм2, определяется по формуле В.С.Федорова:
Fk = (Ддол.*η*δ)/2, мм.
где η – коэффициент перекрытия зубьев;
δ – коэффициент притупления зубьев.
Таким образом,
Рдол. = α*Рш* Ддол.*η*δ/2.
Для колонны диаметром 324 мм:
Рдол. = 1*250* 293,7*1,21*1/2 = 59547,5 Н = 5,95 т.
Для колонны диаметром 245 мм:
Рдол. = 1,2*300* 295,3*1,14*2/2 = 121190,4 Н = 12,12 т.
Для колонны диаметром 146 мм:
Рдол. = 1,59*350* 215,9*1,4*2/2 = 168207,69 Н = 16,82 т.
Сравним полученные значения с фактическими значениями нагрузки на долото, которые вычисляются по формуле:
Рдол.ф. = Р1 + Р2 + Р3 + Р4 + Р5 + Р6,
где Р1 – вес долота, Р2 – вес переходника, Р3 – вес УБТ, Р4 – вес бурильных труб, Р5 – вес ведущей трубы, Р6 – вес вертлюга.
Для колонны диаметром 324 мм:
Рдол.ф. = 150 + 15 + 4368 + 1864,5 + 2300 = 8697,5 кг = 8,7 т.
Для колонны диаметром 245 мм:
Рдол.ф. = 150 + 15 + 2180 + 11484 + 1864,5 + 2300 = 37650 кг = 37,65 т.
Для колонны диаметром 146 мм:
Рдол.ф. = 150 + 15 + 29640 + 98890 + 1864,5 + 2300 = 132859,5 кг = 132,86т.
Так как фактические нагрузки на долото превышают расчетные значения, то бурение будет производиться на расчетном значении с компенсацией нагрузки через лебедку бурового станка.
2.4.4 Расчет частоты вращения долота (N)
Она определяется по следующей формуле:
N = 60*v/π*Ддол., (об/мин),
где v – средняя окружная скорость вращения долота (V = 0,8 – 2,0).
Для колонны диаметром 324 мм:
N = 60*2/3,14*0,3937 = 97,07 об/мин,
т.е. бурение будет осуществляться на 1 скорости ротора.
Для колонны диаметром 245 мм:
N = 60*2/3,14*0,2953 = 129,42 об/мин,
т.е. бурение будет осуществляться на 2 скорости ротора.
Для колонны диаметром 146 мм:
N = 60*1,5/3,14*0,2159 = 120 об/мин,
т.е. бурение будет осуществляться на 3 скорости ротора.
2.4.5 Расчет количества промывочной жидкости (Q)
Технологически необходимое количество промывочной жидкости для обеспечения своевременного и бесперебойного выноса шлама из забоя по затрубному пространству и очистки ствола скважины находится из соотношения:
Q = 0,785*(д2дол. – d2нар.б.тр.)*vвосх.,
где Vвосх – минимально допустимая скорость восходящего потока из условия качественной очистки и ствола скважины (чем меньше диаметр, тем она выше).
Для колонны диаметром 324 мм:
Q = 0,785*(3,9372 – 1,42.)*4 = 42,52 л/с.
Работа насоса УНБ-600 будет осуществляться на 170 мм втулках с производительностью 41,0 л/с.
Для колонны диаметром 245 мм:
Q = 0,785*(2,9532 – 1,42.)*6 = 31,84 л/с.
Работа насоса УНБ-600 будет осуществляться на 150 мм втулках с производительностью 31,9 л/с.
Для колонны диаметром 146 мм:
Q = 0,785*(2,1592 – 1,272.)*13 = 31,11 л/с.
Работа насоса УНБ-600 будет осуществляться на 150 мм втулках с производительностью 31,9 л/с.
2.5 Цементирование скважины
Исходные данные
При расчете цементирования скважин определяют: 1) количество сухого цемента; 2) количество воды для затворения цементного раствора; 3) количество продавочной жидкости; 4) возможное максимальное давление к концу цементирования; 5) допустимое время цементирования; 6) число цементировочных агрегатов и цементосмесительных машин.
Произведем расчет одноступенчатого цементирования каждой из обсадных колонн.
Таблица 2.2Исходные данные для цементирования
| Направ-ление | Кондуктор | Эксплуатационная колонна (инт. 3000 – 3160) | |
| Глубина спуска (Н, м) | 30 | 850 | 3160 |
| Диаметр долота (D, мм) | 393,7 | 295,3 | 215,9 |
| Наружный диаметр обсадных труб (d1, мм) | 324 | 245 | 146 |
| Внутренний диаметр обсадных труб (d2, мм) | 305,9 | 230,5 | 133 |
| Высота подъема цементного раствора (Нц, м) | 350 | 850 | 3160 |
| Плотность глинистого раствора (ρр, кг/м3) | 1100 | 1100 | 1200 |
| Плотность цементного раствора (ρц, кг/м3) | 1860 | 1860 | 1860 |
| Высота установки кольца "стоп" от забоя (h, м) | 5 | 20 | 20 |
2.5.1 Расчет объема цементного раствора
Объем цементного раствора, подлежащего закачке в скважину, определяют по формуле:
Vц = (π/4)*[К1*(D2 – d12)*Нц + d22*h], м3
где К1 – коэффициент, учитывающий увеличение объема цементного раствора, расходуемого на заполнение каверн, трещин, и увеличение диаметра скважины против расчетного (номинального).
Значение коэффициента К1 определяется по квернограмме для каждой конкретной скважины. Обычно К1 изменяется от 1,1 до 2,5. В нашем случае принимаем К1 = 1,15.
Цементирование направления и кондуктора будет осуществляться с использованием чистого портландцемента.
Для лучшей прокачивамости тампонажной смеси и для того, чтобы поднять цементный раствор на проектную высоту (до устья), а также с целью экономии портландцемента, эксплуатационная колонна в интервале 0 – 1500 м будет цементироваться цель-цементным раствором плотностью 1,42 г/см3 с использованием глины, как пластификатора. Отношение глины к цементу 2:3; водогельцементное отношение m = 1,1. Интервал 1500 – 3160 м будет цементировать раствором чистого портландцемента плотностью 1,85 г/см3; водоцементное отношение m = 0,5.
Для колонны диаметром 324 мм:
Vц = 0,785*[1,15*(0,39372 – 0,3242)*30 + 0,30592*5] = 2,02 м3
Для колонны диаметром 245 мм:
Vц = 0,785*[1,15*(0,29532 – 0,2452)*850 + 0,23052*20] = 13,63 м3
Для колонны диаметром 146 мм:
Интервал 0 – 1500 м:
Vг.ц. = 0,785*[1,15*(0,21592 – 0,1462)*1500 + 0,1332*20] = 71,77 м3
Интервал 1500 – 3160:
Vц = 0,785*[1,15*(0,21592 – 0,1462)*1660 + 0,1332*20] = 7,19 м3
Общий объем цементного раствора для колонны: 71,77 + 7,19 = 78,96м3
2.5.2 Расчет количества сухого цемента
Количество сухого цемента для приготовления цементного раствора определяют из выражения:
Qц = ρц*Vц*1/(1+m),
где m – водоцементное отношение;ρц – плотность цементного раствора, кг/м3, ее можно рассчитать по формуле:
ρц = [(1+m)* ρс.ц.* ρв] / [ρв +m* ρс.ц.].
где ρс.ц. – плотность сухого цемента, г/см3;ρв – плотность воды, г/см3.
ρц = [(1+0,5)* 3,15.* 1] / [1 +0,5*3,15] = 1,85 г/см3.
Для колонны диаметром 324 мм:
Qц = 1420*2,02*1/(1+0,5) = 1912,27 кг = 1,91 т,
Для колонны диаметром 245 мм:
Qц = 1420*13,63*1/(1+0,5) = 12903,07 кг = 12,9 т,
Для колонны диаметром 146 мм:
Интервал 0 – 1500 м:Количество гель-цементного порошка составит:
Qг.ц = 1420*71,77*1/(1+1,1) = 67942,27 кг = 67,94 т.