CC BY
131
© Л.А. Гаврилова 2002
УДК 622.24
Л.А. Гаврилова
УСТАНОВЛЕНИЕ ВЗАИМОСВЯЗЕЙ МЕЖДУ КОНСТРУКТИВНЫМИ И РЕЖИМНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ СПК БУРОВЫХ УСТАНОВОК
араметр процесса спуско-подъемных операций (СПО) - это характеристика хода технологического процесса, устанавливающая уровень (режим) энергетического (силового) воздействия на объект.
Показатель - это качественная и количественная характеристика хода и результата технологического процесса СПО.
Определенное сочетание параметров и факторов, при которых происходит спуск-подъем, будем называть режимом СПО.
Для описания процесса выполнения спуско-подъемных операций следует выделить объект транспортирования и транспортное средство. Объектами транспортирования при бурении могут быть: породоразрушающий инструмент (ПРИ), технологический инструмент для проведения специальных работ, обсадные трубы, проба (керн, шлам, пластовый флюид), оборудование для эксплуатации скважин, инструмент для ликвидации аварий, зонды для проведения исследований в стволе. Транспортные средства: трубы, кабель, трос и приспособления для работы с ними - спуско-подъемный комплекс (СПК).
Наиболее часто в практике ремонта скважин на нефть и газ применяется дискретный способ выполнения СПО на жестких трубах, который выполняется последовательно с процессом разрушения забоя. В дальнейшем технологию выполнения СПО описываем наиболее распространенным способом.
Объем СПО зависит от вида ремонта, конструкции скважины, стойкости ПРИ, способа бурения. Продолжительность одного цикла СПО с трубами определяется способом выполнения, конструкцией исполнительных механизмов и уровнем квалификации оператора. Для выбора технологии выполнения СПО нужно знать условия выполнения работ.
В качестве основных характеристик условий работ следует назвать следующие:
• параметры скважины: назначение, конструкция
(глубина, диаметр, профиль ствола, количество стволов);
• вид выполняемого ремонта;
• показатели процесса проходки ствола: длина рейса (стойкость инструмента), механическая скорость бурения;
• параметры колонны бурильных труб: конструкция труб и их соединений, КНБК, длина свечи.
Для сокращения времени подъем (спуск) бурильных труб обычно происходит свечами. При подъеме ка-
Яждой свечи выполняется ряд операций, сочетание способов, выполнения которых характеризует способ СПО в целом.
Процесс выполнения СПО достаточно наглядно может быть проиллюстрирован с помощью циклограммы спуска (подъема) свечи.
По мере проходки скважины при бурении интервала требуется проводить операции наращивания колонны труб. Состав операций и их количество определяется конструкцией вращателя. Как показали экспериментальные исследования, при бурении ротором для наращивания колонны требуется около 30-31 операций, а при бурении с применением подвижного вращателя (верхнего привода) - всего 14. Затраты времени во втором способе также в 3-4 раза меньше. Кроме того, имеется возможность наращивать сразу свечу длиной до 24 метров, что позволяет существенно сократить число и время остановок процесса бурения.
Анализ буровых установок и установок для ремонта скважин показал, что в состав СПК входят следующие основные механизмы:
• подъема-опускания транспортного средства;
• вращательный;
• для удержания колонны труб на устье скважины;
• для свинчивания-развинчивания труб (резьбовых соединений);
• для срыва-докрепления резьбы;
• для укладки труб и установки их на устье скважины;
• для размещения труб;
• металлоконструкции (мачта), служащие для осуществления СПО.
Состав и сочетание этих механизмов являются конструктивными параметрами установок для ремонта скважин.
Основными режимными параметрами СПО являются: усилие и скорость подъема (спуска), крутящий момент и число оборотов при свинчивании-развинчивании труб, вес и размеры свечи (трубы), величина и направление перемещения свечи при укладке ее в свечеприемник. Основными показателями - число операций и затраты времени на каждую операцию.
Технологический процесс СПО выполняется непосредственно конструктивными элементами СПК, поэтому между конструктивными и режимными параметрами СПК установок существуют взаимосвязи.
Исследования, проводимые на кафедре горных машин и комплексов УГГГА, показали, что основными компоновочными схемами СПК установок для ремонта скважин, представляющих наибольший интерес для рассмотрения являются две схемы исполнения СПК:
• традиционная (лебедочный подъем - ротор - ведущая труба - вертлюг);
• перспективная (лебедочный подъем - верхний привод).
Анализ совершенства и сравнение вариантов исполнения механизмов установок для ремонта скважин, в том числе и механизмов СПК, может осуществляться с использованием ряда критериев.
Для ранжирования, т.е. определения значимости параметров СПК, необходимо выбрать критерии развития СПК. Поскольку любой СПК, как правило, имеет несколько критериев развития, то принцип прогрессивного развития для
каждого нового поколения СПК заключается в улучшении одних и не ухудшении других критериев.
Единый набор критериев развития различных классов технических объектов [1], определяющих развитие техники, включает следующие группы критериев:
• функциональные критерии, характеризующие важнейшие показатели реализации функций технических объектов;
• технологические критерии, связанные только с возможностью и простотой изготовления технических объектов;
• экономические критерии, определяющие только экономическую целесообразность реализации функций с помощью новых технических объектов;
• антропологические критерии, связанные с вопросами человеческого фактора, они определяют воздействие нового объекта на человека.
За критерии развития СПК взяты параметры СПК, которые в первую очередь характеризуют его эффективность и оказывают определяющее влияние на его развитие.
Критерием производительности является показатель выполнения СПО - время выполнения СПО (Тспо). Он всегда может быть измерен или вычислен. Критерий производительности представляет собой интегральный показатель уровня развития техники, который непосредственно зависит от ряда параметров, определяющим образом влияющими на производительность труда. Эти параметры представляют собой частные функциональные критерии:
• степень механизации труда;
• степень автоматизации труда;
• непрерывность процесса СПО.
Критерий механизации определяет долю механизированных операций во всем времени СПО, критерий автоматизации - долю управляемых операций, выполняемых только СПК, а критерий непрерывности - долю операций, выполняемых непрерывно, во всем количестве СПО. Следует отметить, что в основе критерия непрерывности лежит один из главных способов повышения производительности труда.
Спуско-подъемный комплекс, как и установка в целом, выполняется из элементов (блоков, узлов, деталей), поэтому критерий расчленения СПК на элементы определяет эффективность при большем или меньшем расчленении СПК на составляющие. Так объединение простых узлов и изготовление механизма, как одно целое, дает с одной стороны снижение общей массы изделия, повышает его жесткость и надежность, уменьшает трудоемкость механической обработки и сборки и т.п. С другой стороны, большее расчленение конструкции сокращает время и трудоемкость разборки и доводки изделия в целом. В процессе разработки и доводки нового изделия экономичнее и проще устранять недостатки отдельных более простых узлов, чем сложных узлов или изделия в целом. Кроме того, большее расчленение СПК на узлы и блоки облегчает и расширяет унификацию и стандартизацию с присущими им преимуществами, позволяет чрезмерно сложные (с точки зрения изготовления) по конструкции элементы собирать из простых однотипных элементов. Следует учитывать, что чрезмерно мелкое дробление СПК на элементы снижает технологические и эксплуатационные качества комплекса.
Таким образом, всегда существует оптимальное расчленение комплекса на блоки, узлы и детали, которое значительно упрощает технологию разработки, доводки, изготовления, ремонта и модернизации изделий и является основой для унификации и стандартизации.
К экономическим критериям развития СПК относятся критерии:
• расхода материалов;
• расхода энергии;
• габаритных размеров СПК.
Всесторонняя экономия материалов при разработке и изготовлении комплекса вызвана рядом факторов. К основным факторам относятся:
• снижение стоимости комплекса, поскольку стоимость материалов, идущих на изготовление оборудования составляет 25 - 65% его себестоимости;
• снижение транспортных и погрузочно-разгрузочных расходов при транспортировании СПК к месту использования (на ремонтируемую скважину).
Критерий расхода материала ^ - это отношение массы технической системы М к ее главному показателю эффективности Q, т.е. удельная масса материалов на единицу получаемой эффективности.
Показателем эффективности Q СПК установок для ремонта скважин принимаем производительность СПК или грузоподъемность агрегата Qгр.
М
км -
Q.
гр
Критерий расхода энергии кэ актуален при эксплуатации установок для ремонта скважин и представляет собой удельное количество общей израсходованной СПК энергии Ш„ за время его эксплуатации Т, отнесенное к главному показателю эффективности СПК Qгр:
W
к - ■
Э Т • Qгр,
Критерий расхода энергии, как правило, представляет собой монотонно убывающую во времени функцию при условии, что сравнение различных поколений СПК ведется по одному и тому же сопоставимому показателю эффективности Q.
Важность критерия габаритных размеров СПК кгр определяется тем, что снижение габаритных размеров СПК и их элементов связано с выполнением следующих условий эксплуатации:
• уменьшение занимаемой установкой (и непосредственно СПК) площади около скважины;
• увеличение полезного рабочего пространства на агрегате для установки на него дополнительного рабочего или вспомогательного оборудования;
• сокращение расходов по защите и уходу за СПК (расходы на материал корпуса, кожухи, лакокрасочные покрытия и т.п.), особенно для условий Севера и Западной Сибири;
• сокращение расходов на транспортирование.
Критерия габаритных размеров СПК кгр представляет
собой отношение основных габаритных размеров СПК V к его эффективности Q:
к —_____
гр Q
Если наиболее важным является снижение высоты агрегата в транспортном положении Нт, то V = Нт; если наиболее важным показателем является снижение занимаемой площади, то V = L*B; если наиболее важным показателем является уменьшение некоторого линейного размера, то V = L (где L, В, Н - соответственно длина, ширина, высота СПК). За эффективность принимаем те же показатели, что и в критерии использования материалов. Критерий габаритных размеров СПК, как правило, представляет собой монотонно убывающую во времени функцию при условии сравнения различных поколений СПК по одному и тому же сопоставимому показателю эффективности Q. Актуальность этого критерия все время монотонно возрастает. Влияние критерия габаритных размеров СПК на развитие подавляющего большинства СПК отражается в постоянном увеличении высоты мачты, относительному (к грузоподъемности) снижению массы и т.д.
Критерий экологичности СПК кэк, или критерий сохранения окружающей среды, регулирует взаимоотношения между естественной природой и комплексом с точки зрения комфортности и возможности жизни людей. К факторам загрязнения и изменения среды при ремонтах скважин относятся: случайные выбросы в атмосферу нефти и газа; различные сопутствующие вещества, выделяемые вместе с нефтью; загрязнение вспомогательными материалами (промывочная жидкость); изменение ландшафта или внешнего вида участка вокруг скважины; шумовое воздействие на окружающую среду.
Следует отметить, что жесткое влияние кэк не подразумевает абсолютного прекращения нежелательных загрязнений или изменений природы. Этот критерий в первую очередь должен влиять на выбор средств минимального воздействия на природу. Процесс СПО, сопровождающий ремонт скважин, не оказывает серьезного воздействия на окружающую среду, значимость критерия экологичности возрастает при проведении буровых работ.
Учитывая условия работы СПК установок для ремонта нефтяных скважин, выбираем следующие критерии развития СПК:
1 - производительность (затраты времени на СПО), как важный и перспективный для улучшения показатель работы СПК;
2 - энергоемкость (энергозатраты при работе СПК), как важный показатель характеристики технологического процесса СПО и эффективности ремонта скважины;
3 - металлоемкость, обоснованная использованием большинства установок для ремонта скважин в труднопроходимой местности и проектированием нового оборудования, когда его стоимость определяется по его массе;
4 - надежность, как универсальный и развивающий критерий при разработке новых моделей СПК;
5 - монтажеспособность, как наиболее важный в общем объеме ремонтных работ и включает такие характеристики, как: время монтажа; легкость и надежность сборки и разборки при монтаже-демонтаже; требования к монтажу и монтажной площадке; количество операций, выполняемых при монтаже вручную. Критерий может оказаться обратным к производительности, если, например, при использо-
вании автоматизированного оборудования, предназначенного для сокращения времени на СПО, затрачивается значительное время на его установки при монтаже-демонтаже;
6 - точность (качество ремонтных работ), является и экономическим критерием, в то время, как оборудование с одинаковыми техническими характеристиками (грузоподъемность, мощность, масса) различается по качеству выполняемых работ;
7 - универсальность, связанная с особенностью капитального ремонта скважин;
8 - экологичность, обоснованная увеличением доли буровых работ при ремонте скважин и предъявляемыми в последние годы жесткими требованиями к ремонтной технике.
Решение многокритериальных задач представляет собой сложный процесс, поэтому при выборе СПК установок для ремонта скважин необходимо определить наиболее значимый для конкретных условий эксплуатации критерий. Для этого проведено ранжирование (оценка) критериев (таблица), основанное на требованиях заказчиков установок для ремонта скважин, на мнении группы специалистов, занимающихся непосредственно проектированием данного оборудования, на изменения в конструкциях агрегатов, сделанных ведущими заводами, на критике и предложениях со стороны ремонтных бригад.
Наибольшую оценку получили критерии производительности (затрат времени СПО при ремонте скважин) и энерговооруженности СПК (энерго-затраты на СПО). Это объясняется тем, основным требованием заказчиков является увеличение производительности комплекса и снижением энергозатрат на проведение ремонтных работ, влияющих на стоимость самого ремонта.
Критерии качества, надежности и монтажеспособности получили немного меньший суммарный балл. Причем, по мнению специалистов, СПК должен нести в себе не только функции СПО, но и выполнять более широкий спектр возможностей, поэтому универсальность и экологичность тоже получили достаточно высокую оценку. Важность металлоемкости определяется стоимостью нового объекта при его проектировании и изготовлении, но в данном случае получила невысокую оценку, т.к. наблюдается корреляционная связь металлоемкости от механизации и энерговооруженности комплекса.
РАНЖИРОВАНИЕ КРИТЕРИЕВ РАЗВИТИЯ СПК
№ Критерии Номер критерия
1 2 3 4
1 Производительность (затраты времени) 2 2 1
2 Энерговооруженность 2 2 1
3 Металлоемкость 0 1 0
4 Надежность (долговечность) 1 2 2
5 Качество работ, Механизация 1 2 1 2
6 Монтажеспособность 0 0 1 1
7 Универсальность 1 1 0 1
8 Экологичность 1 2 2 0
Условные обозначения значимости критериев: 0 - незначим; 1 - неизвестно или рав
Признаки - металлоемкость и энергоемкость, предложенные В.Г. Кардышем [2] для оценки эффективности бурения, могут быть применены и для оценки эффективности ремонта скважин. Металлоемкость и энергоемкость ремонта скважины представляют отношение массы установки и установленной мощности СПК к глубине ремонта. Но целесообразно эти признаки оценивать по двум значениям - абсолютному (массе установки и конкретной величине приводной мощности для данного вида работ) и относительному (массе и мощности, отнесенной к 1 м производительности). Абсолютные значения металлоемкости и энергоемкости следует применять при выборе установки и СПК для конкретного вида ремонта и одинаковых условий эксплуатации, а относительные для сопоставления этих показателей для различных скважин и видов ремонта. Поэтому в дальнейшем целесообразно рассматривать одни условия применения для выбора компоновки СПК установки для ремонта скважин.
Для выявления зависимости между параметрами был рассмотрен наиболее распространенный вид ремонта скважин, при котором на глубину L спускается колонна труб, а затем проводится разбуривание интервала АЬ, а затем производится подъем оборудования из скважины. Такая скважина будет называться расчетной. Для расчетной скважины применяем одинаковые режимные параметры: длина свечи, диаметр и вес трубы, крутящий момент и частоту вращения колонны труб, осевую нагрузку на инструмент и забой, крутящий момент для свинчивания-развинчивания труб, момент срыва и докрепления резьбовых соединений, мощность лебедки и характеристика талевой системы.
Производительность является основным показателем работы установки для ремонта скважин. Производительность - это объем работ, произведенных за единицу времени. Применительно к установкам для ремонта скважин, производительность СПК можно оценить, как объем СПО к общему времени, затраченному на проведение СПО. Другими словами, производительность СПК - это скорость выполнения СПО испо . Т.к. объем спуско-подъемных операций зависит от суммарной глубины спускаемого и поднимаемого оборудования, то производительность Пспо можно выразить следующей формулой:
Пс
I
г—1
где Тспо - общее время проведения СПО; Li - текущие интервалы глубин спуско-подъемов; п - количество спуско-подъемов.
Как видно из выражения повышение производительности СПК возможно двумя способами - уменьшение объемов СПО; сокращение общего времени на спуско-подъемные операции.
Затраты времени на проведение СПО при капитальном ремонте можно определить по формуле:
Т = Т + Т + Т + Т + Т + Т + Т + Т
1 спо 1 п сп^1 сп.нэ п.нэ св.п ^1 св.сп укл.спо ^1 з.о.
где Тп - общее время подъема труб; Тсп - общее время спуска труб; Тсп.нэ - общее время спуска ненагруженного элеватора; Тп.нэ - общее время подъема ненагруженного элеватора; Тсв.п - общее время, затрачиваемое на развинчивание труб при подъеме; Тсв.сп - общее время, затрачиваемое на свинчивание при спуске труб; Тукл,спо, - общее время,
затрачиваемое на укладку труб при подъеме труб из скважины и на установку на оси скважины при спуске; Тзо -общее время на замену оборудования при ремонтных работах.
Особенностью часто встречающегося вида капитального ремонта скважин является необходимость бурения интервала горизонтального участка ствола или разбуривание цементного стакана. Затраты времени на проведение СПО при этом виде работ аналогично определению этих показателей при бурении скважин [1] можно определить по формуле:
Т б = Т спо+б + Т спо+б + Т + Т спо+б + т спо+б + т спо+б + Т спо = Тп +Тсп + Тб +Т сп.нэ +Т п.нэ +Тн. +
+Т + Т
1 па и 1 п
,+ Ту
где Тспо+6„ - общее время подъема труб; Т:п‘
общее
время спуска труб; Т6 - время бурения интервала; Тпо+6сп.нэ - общее время спуска ненагруженного элеватора; Тпо+6п.нэ -общее время подъема ненагруженного элеватора; тспо+6.н -общее время, затрачиваемое на наращивание труб при бурении; Тсд - общее время на смену долота при разбурива-нии интервала.
Затраты времени на спуск и подъем фактически равны и определяются [3, 4, 5]:
1 ^ А 1 А
2
Т.
тр
Qподв
Чім
і Л р і р
т Ї! ь<+г!ь2
і=1 г=1
где Li - предельная длина колонны при і - ом рейсе, м; ч1м
- вес 1 м бурильной колонны, Н/м; Мдв - мощность двигателей лебедки, кВт; - к.п.д. трансмиссии лебедки; с -К.П.Д. талевой системні; р - число рейсов; 1с - коэффициент заполнения тахограммы при подъеме колонної труб; 1св
- длина свечи, м; є - коэффициент, учитывающий высоту приподъёма колонны труб; Q„oдв - вес подвижных частей талевого механизма, Н.
Для ремонта скважин, технологический процесс которого содержит только спуско-подъемные операции, затраты времени на спуск и, соответственно, на подъем можно определить следующим образом:
Т спо Т с
е'^с' Ч\л
^дв 'Лт.с 'Л,
тр
Qподв + _с
Чім
\
2
■Ь + —ь2 2
где L - глубина скважины, м.
Из технологии спуско-подъемных операций при бурении следует, что сумма длины подъемов незагруженного элеватора равна длине труб, спускаемых в скважину, а суммарная длина спусков незагруженного элеватора - длине труб, поднимаемых из скважины, и, в итоге, глубине скважины. Затраты времени на спуск незагруженного элеватора:
Тспэ ~ ^ /ЗбООисп.нэ,
где Успмэ - средняя скорость спуска незагруженного элеватора, м/с.
Скорость подъема незагруженного элеватора зависит от структуры скоростей буровой лебедки, и машинное время подъема незагруженного элеватора за период бурения скважины определится:
Тп.нэ = еЫ/36°°ипМэ ,
где Уп - максимальная скорость подъема при установившемся движении, м/с; 1 - коэффициент запол
Рис. 1. Зависимости режимных и конструктивных параметров,
і-----1 - используются при СПО; т>
I_____I- используются только приоурении; Р - схема с ро-
тором; ВП - схема с верхним приводом; Ыкр- крутящий момент, Н*м; Р0с - осевая нагрузка, Н; Пвр- частота вращения, об/мин
нения тахограммы при подъеме ненагруженного элеватора.
Выражая скорости через характеристики лебедки и талевой системы, получим следующие выражения для определения затрат времени на спуск и подъем ненагруженно-го элеватора:
sL l Qnодв ;
т—
L п.нэ
Nдв * Ят.с * Ятр
sL
• Qnодв
^дв * Лт.с *Лтр Подставляя приведенные выше зависимости в выражение для нахождения общих затрат времени на СПО и выделяя постоянные для данной установки величины в соответствующие коэффициенты, получим
тСПО = kl-I +112 ^подв + k3 ^2 + к4-({св + {укл ) ;
где k^, к2, kз, к4 - коэффициенты постоянных для конкретной установки величин, которые определяются по следующим выражениям:
k1—
є ЧЛ: + ln +1 )• ЧІМ •la
2Nдв Ят.с Ятр
k2 — ■
є <1с + ln ) Nдв Ят.с Ятр
2
кз = Є ■ (^с + ^п) ■ ч1м . к^ = ~ дв ■ Лт.с ■ Лтр 1св
Затраты времени для СПО с бурением интервала могут быть получены по следующей зависимости:
Р
тСПО+ = к1^(Ьспо +!ДЬг) + к2 ^<2подв + к3 ■(Ьспо + і=1
Р Р Ь Р
+ !ДЬ?) + 1-L + к4 Л '1ДЬг + к5 ^вт + С + {пр
г=і г=і -мі г=і
где ґн - время наращивания бурового става при бурении;
к5 - коэффициент постоянных для конкретной установки величин, связанных с бурением:
ks —
є •(^савт + ln.вт )
2^дв ’Лт.с "Лтр 1сп.ет, 1п.ет - коэффициенты заполнения тахограммы при спуске и подъеме ведущей трубы; имі - механическая скорость бурения на і-ом интервале, м/с; Ьспо - глубина скважины до интервала бурения; АЬ - глубина бурения і-го интервала; п - время, затрачиваемое на промывку при бурении; Qет - вес ведущей трубы.
Анализируя полученное выражение для расчета затрат времени на СПО, можно сделать вывод, что производительность СПК установки для ремонта скважин зависит от конструкции СПК и его режимных параметров.
Для выявления взаимосвязи между параметрами были рассмотрены две схемы СПК установок для ремонта скважин:
- подъемник - лебедка - ротор - ведущая труба - вертлюг;
- подъемник - лебедка - верхний привод.
В результате всестороннего анализа существующих и перспективных вариантов компоновки СПК установок для ремонта по этим двум схемам зависимость между режимными и конструктивными параметрами была представлена в виде схемы (рисунок).
При обычном подъеме (спуске) все операции осуществляются последовательно. В комплексах АСП (автомат спуска-подъема) и КМСП (комплекс механизмов спуска-подъема) некоторые операции проводятся параллельно (совмещение операций во времени). Это способствует снижению общих затрат времени на спуск-подъем свечи.
Поэтому при компоновании комплекса СПК необходимо учитывать возможность совмещения операций во времени. Затраты времени на СПО можно снизить за счет уменьшения веса подвижных частей. Эффективность этих мер возрастает по мере увеличения глубины скжаины.
Энергозатраты СПО можно оценить по работе выполненной механизмами во время СПО.
W = Аспо - только СПО;
W = Аспо + Аспо+б + Апр0м - спуск-подъем на глубину L и бурение интервала АЬ W = Асп + Ап + Аб + Ан + Апром
где Аспо - работа, затраченная на выполнение СПО, кДж; Асп -работа, затраченная на спуск колонны труб, кДж; Ап - работа, затраченная на подъем колонны труб, кДж; Аб - работа, затраченная на бурение, кДж; Ан - работа, затраченная на наращивание колонны труб при бурении, кДж; Ащ,0м - работа, затраченная на промывку скважины при бурении, кДж.
2 2 Л = Л = Ч1м • (Ь + АЬ ) + 2Q ь + 41м • (Ь + АЬ )
^сп ^сп ^ "|" ^^¿подв ^ "|" ...
2
= 41м '(Ь +АЬ ) + 2<Зподв'Ь
Аб = ^ ■Тб ;
где N - мощность, затраченная на бурение, кВт; Тб - затраты времени на бурение, с.
Мощность, затраченная на бурение:
^б = ^ и + ^ .вр + ^ доп
где N - мощность, затраченная на вращение инструмента на забое, кВт; Мх<р - мощность, затраченная на холостое вращение колонны труб (без учета осевой нагрузки), кВт; Мдоп - дополнительная мощность, учитывающая влияние осевой нагрузки на увеличение сил трения о стенки скважины, кВт [7].
2,45-00 -d )/2-Р ■п
Л т скв тр; ос вр
100
где БСкє - диаметр скважины, м; Р0с - осевая нагрузка, кН; dбт -диаметр бурильных труб, м; пвр, - частота вращения инструмента, об/мин.
Мощность на холостое вращение труб определяется по эмпирическим выражениям [3]
Nх
ка - dтр - Рэе ' g-Li
1.7
где к« - коэффициент, зависящий от степени искривления скважины; рж - плотность промывочной жидкости, кг/м3; Li -глубина скважины на i -ом интервале бурения, м.
Мощность, затрачиваемая на вращение инструмента зависит от типа породоразрущающего инструмента и может меняться по мере изменения свойств буримых пород, но в любом случае при анализе компоновки СПК для конкретных условий работы может быть принята одинаковой, т.к. зависит от осевой нагрузки, частоты вращения и диаметра долота dпри:
= /&при , Рос, • Пвр )
Работа, затрачиваемая на наращивание труб при бурении:
А = А + А
^н ^спо.вт 1 ^св
где Асповт - работа, затраченная на СПО, связанные с ведущей трубой при бурении, кДж; Асв - работа, затраченная на свинчивание-развинчивание труб при наращивании и СПО, кДж.
Аспо.вт (&вт + Qподв ) ' 1вт - , ;
1св
где Q.ет - вес ведущей трубы, кН; 1вт - длина ведущей трубы, м.
. = М ^ Ь + АЬ
Аспо.вт = М св®св св
1св
где Мсв - момент, необходимый для свинчивания-развинчивания труб, кН*м; <вСє - частота вращения, необходимая для свинчивания-развинчивания резьбовых соединений, с-1; С - затраты времени на свинчивание-развинчивание резьбовых соединений, с.
Работа, которую необходимо совершить для промывки скважины, кДж:
Qж 'Рпр.н
А = N ■ґ
Л пром 14 пром 1пром
-■І
Лг+м
пром
где Nпром - мощность промывочного насоса, кВт; Qеж - расход промывочной жидкости, м3/с; цг+м - К.П.Д. гидравлических и механических передач.
После подстановки приведенных зависимостей в выражение общих затрат энергии на СПО получим:
W = к6Ь спо+б + 4(ЗподвЬ спо+б + (к7 + к8АЬ Уб +
к4
+ 2 °2вт + Qподв Увт АЬ + к9ҐсвЬспо+б + к10Ґпром
где к6, к7, к8, к9, к10 - коэффициента: постоянных для конкретной установки и расчетной скважины величин, которые определяются по следующим выражениям: кб = 2чім ;
2 17
к7 = N и + N доп ; к8 = ка ' dтр ' Рж ' g ■ пвр ;
к9 = Мсє^Сє ; кі0 = = Ь +АЬ
пром ; спо+б
Анализируя полученное выражение для расчета энергозатрат на СПО, можно сделать вывод, что энерго емкость, как и производительность СПК установки для ремонта скважин зависит от конструкции СПК и его режимных параметров.
Представленная методика позволяет определить производительность и энергозатраты на совершение СПО установки для ремонта скважин в зависимости от конструктивных и режимных параметров СПК.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
п
1. Половинкин А.И. Основы инже-
нерного творчества: Учеб. пособие для студентов втузов.- М.: Машиностроение, 1988 г.
2. Кардыш В.Г. Повышение эффективности работы буровых станков. - М.:
Недра, 1980 . - 184 с.
3. Ильский А.Л., Миронов Ю.В.,
Чернобыльский А.Г. Расчет и конструирование бурового оборудования. Учеб. Для вузов. - М.: Недра, 1985 г. - 452 с.
4. Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1988 г. - 501 с.
5. Кирсанов А.Н., Зиненко В.П., Кардыш В.Г. Буровые машины и механизмы. - М.: Недра, 1981 г. - 448 с.
6. Дьяков А.Д., Козловский Е.А., Корнилов Н.И., Петров П.А. Механизация вспомогательных операций в разведочном бурении. - М.: Недра, 1973г.
7. Михайлова Н.Д. Техническое проектирование колонкового бурения. М.: Недра, 1985. - 200 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Гаврилова Л.А. - ст. преподаватель, Уральская государственная горно-геологическая академия
