CC BY
20
УДК 622.276.012.05
DOI: 10.15587/2313-8416.2015.46148
ОСНОВН1 НАПРЯМКИ УДОСКОНАЛЕННЯ ЕЛЕКТРОБУР1В
© К. В. Дiхтяренко, В. П. Червшський, А. I. Пупишев
У cmammi викладеш eidoMocmi про icmopm виникнення електробуртня, показан mexHiKO-eKOHOMi4Hi характеристики електробуртня. Детально описанi конструкщя i особливостi роботи електробурiв та Их складових . Теоретичш до^дження професора Шкота О.В. забезпечують можливiсть створення новог конструкци електробура на посттному струмi. Приведена принципова конструк^я такого електробу-ра показан його переваги
Новий електробур дозволить оперативно змiнювати частоту обертiв долота та збшьшить механiчну швидюсть буртня
Ключовi слова: свердловина, електробур, посттний струм, частота, колона
The article provides information about the history of electric drilling; performance indicators of electric drilling are shown. The design and features of the serial electric drills, their components and assemblies are described in detail. Design reliability and experience of use are estimated.Theoretical calculations made by Professor Kikot O.V. provide an opportunity to create a new design of electric drill DC. The conceptual design of such electric drill together with construction advantages is provided.
New electric drill will allow quickly change the frequency of the bit rotation and increase drilling penetration rate Keywords: hole, electric drill, direct current, frequency, column
1. Вступ
В свгговш практиш, при буршш нафтових i га-зових свердловин, застосовуються наступш засоби буршня:
- роторний, коли обертання долота забезпечу-еться ротором через колону бурильних труб;
- буршня турбобуром - здшснюеться пдравль чним вибшним двигуном, при цьому бурова колона не обертасться.
- буршня гвинтовими пдрамчними двигуна-ми - найбшьш сучасний зааб буршня, при якому долото обертасться ротором гвинтово! пари;
- буршня електробуром, коли обертання долоту передасться асинхроним трьохфазним електродвигу-ном, зв'язаним з поверхнею кабельними секцями [1, 2].
2. Лггературний огляд та постановка проблеми
Завдяки вивченню фактичного матерiалу з ба-гаторiчноl експлуатаци електробурiв виявились !х основш конструктивш недолши, а саме: зменшити зовшшнш дiаметр електробурiв, не виявлясться мож-ливим, через застосування трифазного електричного двигуна в якому статор та ротор мають задаш пара-метри а шдвщ струму здiйснюeгься по трижильному кабелю. При трифазному струмi не забезпечусться оперативне регулювання обертiв долота. Складною
проблемою е зарiзання другого стовбура в експлуа-тацшних свердловинах. Як вiдомо внутрiшнiй дiа-метр обсадних, експлуатацiйних колон знаходиться в межах 120-148 мм. Для роботи в таких колонах зовшшнш дiаметр електробура на постшному струмi повинен бути 89-110 мм. Попередш проробки пока-зують що створити такий вибiйний двигун можливо.
З 1965 року промислове освоення електробу-рiння для нафтових i газових свердловин почалось на Харшвському електро- механiчному заводi, а з 1972 року передано Харшвському заводу «Потенщ-ал», котрий являвся единим виробником даного виду обладнання у свт.
За роки застосування електробуршня найбiль-ший об'ем прийшовся на Башкортостан, де було пробурено б™ семи м№йошв метрiв прських порiд в 2500 свердловинах. Крiм цього регiону електробу-рiння застосовувалось в Туркмешсташ, Азербайджа-нi та на УкраЫ [3].
Всього було пробурено 12,5 мшьйошв метрiв.
Крiм бурiння нафтових та газових свердловин з допомогою електробурiв можна застосовувати !х у вугiльнiй промисловостi для буршня дегазацшних свердловин.
Можна бурити вертикальш свердловини на воду. Можна бурити свердловини великих дiаметрiв
при споруджен промислових та цив1льних об'екпв, для установки мостових опор [4].
3. Конструкщя електробура та його позищя у сучасному свт
Конструкщя сучасного електробура складаеть-ся з електродвигуна та з'еднаних з ним редуктора та шшнделя.
Електродвигун уявляе собою занурену, масло-наповнену трьохфазну асинхрону машину з коротко-замкнутим секцшним ротором 1 наповненого маслом шпинделя з осьовими та рад1альними пвдшипниками. Корпус двигуна 1 шпинделя з'еднуеться з допомогою кошчних р1зьб.
Обертовий момент двигуна передаеться на вал шпинделю з допомогою зубчатих муфт.
У верхнш частиш редуктор-вставка не мае ущ1льнень, а в нижнш частин герметизуеться торце-вим ущ1льненням. Для зменшення швидкосп обер-тання долота 1 тдвищення крутного моменту можна використовувати два послвдовно з'еднаних редуктора-вставки.
Обслуговування та ремонт електробур1в здшс-нюеться на спещальних базах - майстра, як1 е обов'я-зковим шдроздшом для забезпечення комплексу ро-бгг для ремонту, ввдновлення та серв1сного обслуго-вування.
Компоновка низу бурильно! колони при бу-ршн1 електробуром виглядае наступним чином, зо-бражена на рисунки 1 (знизу - в гору); долото, шпиндель, мехашзм викривлення, редуктор, телеметрична система (геоф1зичний пристрш контролю параметр1в свердловини), СК1Т (система контролю та 1золяци токошдводу), бурильн труби (спещальш, для елект-робуршня), ведуча труба (штанга), токоприймальник, вертлюг, труби в яких протягнуп та закршлен1 кабе-льш секци.
На поверхн встановлеш: силовий трансформатор, пристрш управлшня та захисту електробура, розподшьчий пристрш, наземний блок телесистеми.
Електробур з долотом спускають в свердлови-ну на бурильних трубах, через яш прокачують про-мивочну рвдину. Електроенерпя до двигуна подаеть-ся по кабельним секц1ям, закршленим в бурильних трубах.
Наявшсть у токоприймальнику ковзаючих контакта дозволяе в випадку необхвдносп провертати колону труб в процес буршня або обертати ведучу трубу при нарощуваш труб.
При бур1нн1 нахил - спрямованих свердловин застосовують мехашзм викривлення, з кутом в1дхи-лення 1°, 1,5° и 2°. Цей мехашзм в вигляд1 окремого вузла монтуеться м1ж двигуном та шпинделем [5].
Для контролю за траектор1ею свердловини ви-користовуеться пристр1й ор1ентування бурового 1н-струменту (телеметрична система) яка передае данш про кут нахилу свердловини, азимут 1 ввдхилення.
Для зменшення швидкост1 обертання долота и т-двищення обертового моменту застосовують редуктор.
Електробури ефективно працюють при глиби-н1 до 7000 метр1в при охолоджен1 циркулюючим бу-ровим розчином при г1дростатичному тиску до
125 Мпа. Температура розчину в свердловиш в про-цес1 циркуляцИ повинна бути не бшьше 85 °С.
Бур1ння електробуром може вщбуватися з уйма типами доли; включае алмазн1 та пдромонггорш.
Електробур дозволяе бурити, використовуючи продувку повпрям та аерованою р1диною.
Вивчення досввду сучасного бур1ння показуе , що подальший прогрес в цш област1, в першу чергу, зв'язаний з ростом глибин свердловин 1 зб1льшенням об'ем1в горизонтального бур1ння. В зв'язку з цим, виникають проблеми ефективно! доставки енергЦ до вибою свердловини та отримання на поверхш досто-в1рно! 1нформацИ.
Найб1льш рацюнальним засобом бур1ння, при якому вир1шуються ц1 задач1, являться електробур1н-ня. У другш половин1 20-го стор1ччя створено алмаз-н1 долота з надзвичайно високими потенц1йними мо-жливостями щодо продуктивност1 бур1ння свердловин. Адекватним техн1чним засобом для обертання цих доли може стати нова конструкщя електробуру.
Розроблено вар1ант тепло1золюючого одноп-ров1дного трубчастого струмоп1дводу, який значною м1рою зн1мае теплов1 обмеження електробура при глибокому 1 надглибокому бур1нн1 з огляду на висои температури в надрах Земл1.
Впровадження нового електробура може стати поштовхом до розв'язання проблеми забезпечення Укра!ни газом (а, ймов1рно, 1 нафтою) за рахунок власних ресурс1в, а також до розв'язання проблеми дегазаци вуг1льних пласт1в з метою забезпечення вупльних шахт в1д вибух1в метану. Перспектива зна-чного п1двищення продуктивносп бур1ння глибоких свердловин наближае нам до можливосп масового використання теплово! енергИ Земл1 в м1сцевостях з переачною величиною геотерм1чного град1ента з метою об1гр1ву м1ст.
Ставлення до електробуршня сьогодн1 у св1т1 е неоднозначним. Спец1ал1сти 1з стратег1чним мислен-ням розум1ють, що за цим напрямом майбутне. Однак реальний баланс переваг 1 недолЫв електробура тс-ля с1мдесяти рок1в пошук1в у цьому напрям1 не спри-яе новим розробкам. Автор спод1ваеться, що результата роботи, викладеш у цш прац1, спроможн1 в умо-вах енергетичних виклик1в сьогодення змшити тен-денц1ю. Схема комплексу устаткування для бур1ння новим електробуром постшного струму з однопров1-дним струмошдводом зображена на рис. 1.
Схема включае до себе наступш вузли: 1 - долото, 2 - шшндель, 3 - викривлюваний мехашзм, 4 -редуктор, 5 - двигун електробура, 6 - телеметрична система, 6 - замок, 7 - однопровщний струмошдвщ 8 - бурильна труба, 9 - ротор, 10 - квадратна штанга, 11 - струмозшмач, 12 - вертлюг, 13 - гак талево! сис-теми, 14 - генератор постшного струму, 15 - проввд-ний двигун генератора, 16 - щит керування електро-буром, 17 - пульт бурильника, 18 - пульт телеметри-чно! системи.
Так склалось, що зусилля спещал1ст1в у свгто-вому масштаб! були зосередженш в основному на вдосконаленш роторного буршня 1, до деяко! м1ри, бур1ння з допомогою гвдравл1чних двигун1в. Однак, незважаючи на залучення найнов1ших досягнень з
цшого ряду галузеи технiки, при тому, що основнии робочий процес залишився на piBHi 19-го сторiччя, цi способи бурiння щораз менше вiдповiдають новим викликам з боку нафто- i газовидобутку. Цими ви-кликами е:
1) невпинне зростання обсягу бурiння похиле-но-спрямованих свердловин;
2) необхщшсть значного збiльшення глибини буршня в традицiИних районах нафто- i газовидо-бування;
3) необхiднiсть здешевлення будiвництва све-рдловини;
4) пiдвищена аваршшсть при бурiннi надгли-боких свердловин.
Рис. 1. Схема комплексу устаткування для буршня новим електробуром постшного струму з однопровщним струмошдводом
1снуючий електробур змшного струму за-безпечуе потр1бну для алмазних !мпрегнованих доли високу частоту обертання, а також забезпе-чуе можлившть контролю обертального моменту на долот шляхом вим1рювання споживано! актив-носп електрично! потужност1. Однак вш здатен працювати лише з тими долотами, як1 не реал1зу-ють високо! пдравл!чно! потужносп. Р1ч у тому, що в юнуючому електробур! перепад тиску вщ проходження промивно! рщини через долото пов-шстю передаеться на нижне ущшьнення електро-бура, що радикально знижуе надшшсть його нагрь вання долота при штенсивному буршш.
1ще один парадокс ситуацп. 1снуюч1 електро-бури в!д моменту !х створення працювали з шарош-
ковими долотами, яш е джерелом сильно! в!брацп. При буршш в твердих породах в!брацшне приско-рення земного тяж1ння може досягати сотень. I це, поза всякими сумшвами, е головною причиною м1ж-ремонтного перюду електробур1в.
4. Результати дослвдження та 1х обговорення
1. Пор1вняно з бур1нням г1дравл1чними двигу-нами, найб1льш повно використовуеться пдравл1чна потужн1сть насос1в, яка передаеться на вибш т1льки для промивки. Тому, сильно покращуються умови очистки свердловин в1д вибурено! породи, зб1льшу-еться мехашчна швидк1сть та проходка на долото, зменшуеться варт1сть бур1ння та строки буд1вництва свердловин [6].
Буршня електробуром вщбуваеться при мен-ших тисках у г1дравл1чн1й циркуляц1йн1й система в1дпов1дно зменшуються:
- зношення бурового обладнання 1 буриль-них труб;
- диференцшний тиск на пласт;
- зменшуеться розмив стшок свердловини;
- р1вень шуму на буровш;
- г1дравл1чн1 втрати тиску.
2. Електробур - це герметична масло наповне-на машина, робоч1 органи яко! не п1ддаються дИ аб-разивних частинок бурового розчину.
Електробури мають найб1льшу питому поту-жн1сть на одиницю довжини вибшного двигуна. Ремонт електробур1в в основному ввдбуваеться за-м1ною торцевих ущшьнень та п1дшипник1в 1 тривае в два - три рази скорше, шж ремонт г1дравл1чного двигуна [7, 8].
3. Електробур - електрична машина, керуван-ня та контроль якою легко вщбуваеться дистанц1йно.
При буршш з допомогою електробура змша моменту спротиву на долот1 миттево впливае на зм1-ну струму 1 потужносп , як1 контролюються з повер-хн1, тому можливо без п1д1ймання колони труб ви-значати ступ1нь зношування долота 1 попереджувати авар1йн1 ситуацй'. В1дкриваються широи можливост1 автоматизацИ' всього процесу буршня.
4. Характеристика двигуна електробуру не за-лежить в1д його положения в простор! та глибини на якш вш знаходиться , що дае можливють передавати б!льше потужносп на велик! глибини ! в дуже викри-влен! та горизонтальш свердловини.
Все це робить електробуршня особливо ефек-тивним при спорудженш горизонтальних, розгалу-жено - горизонтальних та глибоких свердловин, а також при проходщ додаткових горизонтальних сто-вбур!в у вже пробурених свердловинах [9, 10].
5. Висновки
В наш час, коли ведеться буршня на сланцев! поклади та буршня великих горизонтальних вщтин-шв морських свердловин з стацюнарних та пересув-них платформ кращого виб!йного двигуна н!ж електробур не юнуе.
Найб!льшою перевагою електробуру е можли-в!сть, завдяки наявност! токоп!дведення, мати канал зв'язку для передач! !нформац!! з вибою свердловини
на поверхню ввд занурено! телеметрично! апаратури (телесистеми) 1 чгтко ор1ентувати необх1дну траекто-рш стовбуру.
З урахуванням набутого нами досвщу ведеться робота по створенню нового електробура, який буде працювати ввд двигуна постшного струму , що дозволить оперативно зм1нювати частоту обертання породоруйшвного шструменту, 1 ввдповщно значно покращить вщпрацювання дол1т та зб1льшить меха-шчну швидк1сть буршня.
Литература
1. Кулиев, С. М. Температурный режим бурящихся скважин [Текст] / С. М. Кулиев. - М. Недра, 1968. - 186 с.
2. Угинчус, А. А. Гидравлика и гидравлические машины [Текст] / Угинчус, А. А. - Издательство Харьковского университета. Харьков. 1970. - 396 с.
3. Электробуры: техническое описание и инструкция по эксплуатации [Текст]. - 1978. - 56 с.
4. Патент на изобретение РФ N2321717 МПК Е21В 4/04 [Текст] / Кекот О. В., Бунчак З. В., Вовкив Т. Б., Ду-дар О. С., Турянский О. А.. - Электробур для бурения нефтяных и газовых скважин, 2004. - 8 с.
5. Сафаров, Ю. А. Электробурение [Текст] / Ю. А. Са-фаров, А. Б. Фрадкин. - Баку: Азнефтеиздат, 1957. - 191 с.
6. Сергеев, П. С. Проектирование электрических машин [Текст] / П. С. Сергеев. - М. Энергия, 1969. - 632 с.
7. Яремшчук, Р. С. Напрямки створення укра!нсько1 технолог^ буршня свердловин, конкурентноспроможних на свгговому р1вш [Текст] / Р. С. Яремшчук // Нафтова i газова промисловгсть. - 1997. - Вип. 4. - С. 272.
8. Brett, J. E. The genesis of Bit-induced torsional Drillstring SPE 21 [Text] / J. E. Brett, 1993. - 115 p.
9. Cavo Drilling Motors. Ltd Co [Text]. - Motor Operation Manucal Eourth edition, 2005 - 237 p.
10. Dean, E. Gaddy Russian sharest technical Rnow with U.S. [Text] / E. Dean // Oi1 & Cas Journal. - 1999. - P. 155.
References
1. Kuliev, S. M. (1968). Temperaturnyi rezhim buriash-chihsia skvazhin. Moscow: Nedra, 186.
2. Uginchus, A. A. (1970). Gidravlika i gidravlicheskie mashiny. Izdatel'stvo Har'kovskogo universiteta. Kharkiv, 396.
3. Elektrobury: tekhnichnyy opys ta instruktsiya z ek-spluatatsiyi (1978)., 56.
4. Kekot, O. V., Bunchak, Z. V., Vovkiv, T. B., Dudar, O. S., Turyans'kyy, O. A. Patent na vynakhid RF N2321717 MPK E21V 4/04. Elektrobur dlya burinnya nafto-vykh i hazovykh sverdlovyn, 8.
5. Safarov, Yu., Fradkina, A. B. (1957). Elektro-burinnya. Baku.: Aznefteizdat, 191.
6. Serhyeyev, P. S. (1969). Proektuvannya elektrych-nykh mashyn. Moscow: Enerhiya, 632.
7. Yaremiychuk, R .S. (1997). Napryamky sozdanyya ukrayins'koi tekhnolohiyi burinnya sverdlovyn, konkurent-nospromozhnykh na svitovomu Rivni. Naftova ya hazova promyslovist', 4, 272.
8. Brett, J. E. (1993). The henezys Bit-indukovanoyi kruchennya buryl'noyi kolony SRE 21, 115.
9. Savo Burinnya Motohs. TOV So (2005). Motoh Op-eratsiya Manucal Eourth vydannya, 237.
10. Dean, E. (1999). Heddi Rosiyi sharest tekhnichna Rnow z SSHA. Oi1 & SAS Journal, 155.
Рекомендовано до публгкацИ д-р техн. наук, професор Фик 1. М.
Дата надходження рукопису 24.06.2015
Дiхтяренко Костянтин Вжторович, кандидат економ1чних наук, Голова ради директор1в, корпорац1я «Харшвмаш», вул. Лодзинська, 8 а, м. Харшв, Укра1на, 61099
Червшський Володимир Петрович, кандидат техшчних наук, доцент, головний конструктор, корпора-ц1я «Харшвмаш», вул. Лодзинська, 8 а, м. Харшв, Украша, 61099
Пупишев Андрiй 1горович, провщний конструктор, корпоращя «Харк1вмаш», вул. Лодзинська, 8 а, м. Харшв, Украша, 61099
УДК 004.75
DOI: 10.15587/2313-8416.2015.46366
П1ДХ1Д ДО КОМПОНУВАННЯ REST-CEPBICIB ДЛЯ ВИКОНАННЯ 1НЖЕНЕРНИХ ОБЧИСЛЕНЬ
© Б. В. Булах, В. С. Яременко
Представлено nidxid до органгзацИ виконання тженерних обчислень в розподшених системах тженер-них розрахунюв, який полягае у виконаннi окремих етатв обчислень як послiдовностi виклиюв REST веб-сервiсiв, причому ця по^довтсть автоматично вибудовуеться вiдповiдно до конкретноi виршувано'1 задачi та автоматично виконуеться без участi користувача
Ключовi слова: iнженернi обчислення, розподшет обчислення, сервiсно-орiентована архтектура, REST, композиця сервiсiв
An approach to organization of the execution of engineering calculations in the distributed engineering computing systems is presented. According to it the separate stages of the computing work flow are executed as the sequence of REST services' invocations. This sequence is constructed automatically depending on the concrete user's goal and is executed automatically without the user intervention
Keywords: engineering calculations, distributed computing, service-oriented architecture, REST, service orchestration
