Тема 1 Производственный процесс в бурении скважин по добычи нефти и газа
Практическая работа 1
Расчет машинного времени подъема бурильных свечей буровой установки
Теоретическая часть и методика расчета
Бурение скважин представляет совокупность взаимосвязанных последовательных процессов: спуск долота в скважину на бурильных трубах, разрушение долотом горой породы на забое при одновременном подъеме ее на поверхность буровым раствором, закачиваемым через бурильные трубы в скважину, подъем долота после его сработки для замены новым. Все операции при бурении осуществляются с помощью буровых установок.
Буровые установки (БУ) представляют собой совокупность наземных сооружений, бурового оборудования и механизмов, силового привода, контрольно-измерительных приборов, вспомогательных грузоподъемных механизмов, средств автоматизации и механизации трудоемких и тяжелых процессов. БУ должны соответствовать целям бурения, конструкциям скважин, климатическим, геологическим и географическим условиям. В соответствии с этими требованиями БУ можно разделить на три основные группы: для геологоразведочного бурения; для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения; для сверхглубокого разведочного и эксплуатационного бурения. Классы и параметры буровых установок определены ГОСТ 16293-89 «Установки буровые комплектные для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения». Буровые установки для бурения скважин на нефть и газ глубиной от 1500 до 8000 м предназначены для вращательного способа бурения ротором или забойными двигателями (турбобур, электробур и объемные забойные двигатели) с приводом от двигателя внутреннего сгорания и электроприводом.
Буровые установки имеют определенные шифры в виде буквенных и цифровых обозначений. Например, БУ для глубины бурения до 2500 м с дизельным гидравлическим приводом универсальной монтажеспособности шифруется как БУ2500ДГУ, где Б – буровая, У – установка, 2500 – условная глубина бурения в м, Д – дизельная, Г – с гидропередачей в трансмиссии, У – универсальной монтажеспособности. Если в шифрах после цифры стоят буквы ЭУК, это значит, Э – электропривод переменного тока, У – универсальная монтажеспособность, К – для кустового бурения; буквы ДЭР – дизель-электрический регулируемый, ДЭП – дизель-электрический привод постоянного тока.
Технические характеристики некоторых буровых установок представлены в таблице 1.
Машинное время на подъем и спуск одной бурильной свечи или порожнего элеватора определяется по формуле:
(1)
где tм – машинное время на свечу, мин;
L – длина бурильной свечи, м;
К – коэффициент, учитывающий замедление скорости подъема крюка при выключении и торможении барабана лебедки, приведен в таблице 2;
Vср – средняя скорость подъема крюка, м/мин.
Таблица 1 – Технические характеристики буровых установок
| Тип БУ | Характеристика буровых лебедок | |||||||||
| Диаметр талевого каната, мм | Диаметр барабана (d), мм | Длина барабана (lb), мм | Число скоростей подъема | Средняя скорость вращения подъемного вала лебедки, об/мин | ||||||
| I | II | III | IV | V | VI | |||||
| БУ-2500ДГУ | 89,7 | 132,5 | 189,5 | - | - | |||||
| БУ-3000ЭУК | ||||||||||
| БУ-4000Э-1 | 138,8 | 329,7 | - | |||||||
| БУ-6500ДГ | 46,9 | |||||||||
| БУ-5000ДГУ | ||||||||||
| БУ-1600/100ЭУ | 57,5 | 126,4 | 174,7 | 390,8 | - | - | ||||
| Уралмаш-3Д-76 | - |
Таблица 2 – Параметры коэффициента К
| Средняя скорость подъема крюка, м/мин | Оснастка талевой системы | |
| 3×4 и 4×5 | 5×6 и 6×7 | |
| Коэффициент (К) | ||
| 10-19,5 | 1,05 | 1,05 |
| 19,5-32,5 | 1,15 | 1,15 |
| 32,5-45,4 | 1,20 | 1,20 |
| 45,4-54,3 | 1,25 | 1,25 |
| 54,3-67,2 | 1,35 | 1,30 |
| 67,2-90,0 | 1,45 | 1,40 |
| 90,0-120,0 | 1,50 | 1,45 |
Средняя скорость подъема крюка определяется по формуле:
(2)
где nd – число оборотов барабана лебедки, об/мин
i – число струн оснастки талевой системы;
dср – средний расчетный диаметр барабана лебедки с намотанными на него рядами каната, определяется по формуле:
(3)
где d2 – диаметр барабана лебедки второго рабочего ряда каната, м;
d n – диаметр барабана лебедки с последним рабочим рядом каната, м,
При расчетах принято, что на барабане постоянно намотан не участвующий в работе один ряд каната (первый ряд).
При наматывании на барабан лебедки канат частично укладывается между витками предыдущего ряда, что дает увеличение диаметра барабана при наматывании следующего ряда каната, равное
(4)
Диаметр барабана лебедки вместе с намотанными на него рабочими рядами каната определяется по формуле:
(5)
где d – диаметр барабана лебедки, м;
s – диаметр талевого каната, м;
n – порядковый номер наматываемого ряда каната.
Отсюда диаметр барабана с учетом каждого последующего ряда каната будет равен:
Для второго ряда
Для третьего ряда
Для n-го ряда
Величина n зависит от длины рабочей части каната, наматываемого на барабан лебедки при подъеме бурильной свечи или порожнего элеватора. Длина рабочей части каната, наматываемого на барабан лебедки, зависит от длины свечи, оснастки талевой системы и определяется по формуле:
(в метрах), (6)
где 0,5 – высота подъема свечи выше муфты труб, насажанных на элеватор, м
Длина каната, наматываемого на барабан лебедки в n-м ряду, определяется по, формуле:
(7)
где a – число витков каната, размещающихся в каждом ряду,
Число витков каната, размещающихся в каждом ряду, определяется по формуле:
(8)
где lb – длина рабочей части барабана лебедки, м;
с – поправка на неплотное прилегание витков каната друг к другу принимаемая равной единице.
После определения по формуле (7) длины каната, наматываемого в каждом ряду, путем сопоставления длины рабочей части каната, определенной по формуле (6), с последовательным суммированием длин каната, наматываемого в каждом ряду, устанавливается количество работающих рядов каната.
При нахождении среднего расчетного диаметра барабана лебедки с намотанными на него рядами каната последний рабочий рад каната принимается за полный, если на него наматывается не менее 20 м каната, если менее 20 м – неполный ряд в расчет не принимается.
Задание для самостоятельного выполнения. Используя исходные технические данные таблицы 3 и таблиц 1 и 2 рассчитать машинное время подъема бурильных свечей буровой установки.
Таблица 3 – Исходные данные для выполнения практической работы 1
| Вариант | Тип БУ | Число струн в оснастке талевой системы (i) | Длина свечи, м | ||
| Уралмаш-3Д-76 | оснастка 5×6, i=10 | ||||
| БУ-16ОО/10ОЭУ | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-16ОО/10ОЭУ | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-2500ДГУ | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-2500ДГУ | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-4000Э-1 | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| Уралмаш-3Д-76 | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-3000ЭУК | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-4000Э-1 | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-2500ДГУ | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| Уралмаш-3Д-76 | оснастка 5×6, i=10 | ||||
| Уралмаш-3Д-76 | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-6500ДГ | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-3000ЭУК | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-4000Э-1 | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-2500ДГУ | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| Уралмаш-3Д-76 | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-6500ДГ | оснастка 5×6, i=10 | ||||
| БУ-3000ЭУК | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-5000ДГУ | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-6500ДГ | оснастка 5×6, i=10 | ||||
| БУ-4000Э-1 | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-6500ДГ | оснастка 6×7, i=12 | ||||
| Уралмаш-3Д-76 | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-3000ЭУК | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-4000Э-1 | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-6500ДГ | оснастка 6×7, i=12 | ||||
| БУ-4000Э-1 | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-6500ДГ | оснастка 6×7, i=12 | ||||
| БУ-2500ДГУ | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-6500ДГ | оснастка 5×6, i=10 | ||||
| БУ-4000Э-1 | оснастка 5×6, i=10 | ||||
| БУ-5000ДГУ | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-3000ЭУК | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-6500ДГ | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-5000ДГУ | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-3000ЭУК | оснастка 5×6, i=10 | ||||