Практическая работа 2
Расчет количества поднимаемых бурильных свечей буровой установкой
Методика расчета
Количество поднимаемых свечей определяется по формуле:
(1)
где Q – расчетная грузоподъемность буровой лебедки, кг;
Qтс – вес подвижных частей талевой системы, кг;
Р – средний вес 1 м бурильных труб, кг;
L – длина поднимаемой свечи, м,
Расчетная грузоподъемность буровой лебедки определяется по формуле:
(2)
где Nлб – мощность на подъемном валу лебедки, кВт;
– коэффициент полезного действия талевой системы (табл. 1);
Vср – средняя скорость подъема крюка, м/сек.
Таблица 1 – Коэффициенты полезного действия талевой системы
| Оснастка талевой системы | КПД | Оснастка талевой системы | КПД | |||
| 3×4 | 0,900 | 5×6 | 0,849 | |||
| 4×5 | 0,874 | 6×7 | 0,825 | |||
Мощность на подъемном валу лебедки определяется по формуле:
(3)
где N – мощность двигателей привода подъемного механизма, кВт;
h – коэффициент полезного действия кинематической цепи от вала двигателя до подъемного вала лебедки (табл. 2).
Таблица 2 – Коэффициенты полезного действия кинематической цепи от вала двигателя до подъемного вала лебедки
| Тип буровой установки | h | Тип буровой установки | h |
| БУ-2500ЭУ | 0,913 | БУ-4000ДГУ | 0,547 |
| БУ-2500ДГУ | 0,806 | БУ-4000ЭУ | 0,913 |
| БУ-3000ЭУК | 0,793 | БУ-6500ДГ | 0,810 |
| БУ-3000БД | 0,786 | БУ-6500Э | 0,780 |
| БУ-3000БЭ | 0,818 | Уралмаш-3Д-76 | 0,778 |
Мощность двигателей привода подъемного механизма – мощность, снимаемая с валов всех двигателей, одновременно работающих на лебедку в режиме подъемных операций при заданной скорости вращения и усредненных эксплуатационных условиях.
Дизельный привод
Мощность двигателя привода подъемного механизма определяется по формуле:
(4)
где N1 – максимальная часовая мощность, которую можно снять c вала дизеля при заданной скорости вращения в течение одного часа непрерывной работы при стендовых условиях испытаний; температуре окружающего воздуха +20°С, на уровне моря (760 мм рт.ст.), без вентилятора и при ограниченном сопротивлении на всасывании в выхлопе, кВт;
Z – количество дизелей в приводе лебедки;
K1 – K5 – коэффициенты, учитывающие потери в дизеле, работающем в режиме привода лебедки (потери на привод вентилятора, потери на выхлоп и всасывание и др.).
Произведение коэффициентов 
составляет (для дизелей без надува):
– при двухдизельном приводе – 0,73;
– при трехдизельном приводе – 0,71,
Электрический привод на переменном токе
Мощность привода в режиме подъемных операций определяется с учетом допустимой кратковременной перегрузки электродвигателей
(5)
где Nэ – номинальная мощность электродвигателей;
Кп – коэффициент допускаемой кратковременной перегрузки электродвигателя, величина его принимается равной 1,25.
Дизельэлектрический привод
При определении мощности, передаваемой в трансмиссию буровой установки, должны быть учтены потери в дизелях (табл.1), генераторах и электродвигателях:
(6)
где hэ – коэффициент полезного действия электродвигателя, равный 0,92;
hг – коэффициент полезного действия генератора, равный 0,92.
Средняя скорость подъема крюка определяется по формуле:
м/сек (7)
Подставляя значения Vср и Nб в формулу (2), получим расчетную формулу для определения грузоподъемности лебедки (при мощности двигателей в кВт):
(8)
где dср – средний диаметр барабана лебедки, м.;
nб – число оборотов барабана лебедки, об/мин;
i – число струн оснастки талевой системы.
Подставив значения мощности привода подъемного механизма в зависимости от вида привода буровой установки в формулу (8), получим выражения для определения грузоподъемности буровой лебедки (при мощности двигателей в кВт):
а) для дизельного привода:
(8 а)
б) для электрического привода
(8 б)
в) для дизельэлектрического привода
(8 в)
Средний вес 1 м поднимаемой бурильной свечи зависит от диаметра и толщины стенки бурильных труб, составляющих свечу (табл. 3, 4).
Таблица 3 – Средний вес 1 м стальных бурильных свечей с учетом увеличения веса из-за высаженных концов бурильных труб и веса замков, кг
| Толщина стенок, мм | Диаметр бурильной свечи, мм | |||||
| 140-146 | ||||||
| 16,5 | 20,8 | 23,1 | 26,3 | - | - | |
| 22,9 | 25,4 | 28,9 | 33,2 | - | ||
| 20,0 | 24,7 | 27,7 | 31,5 | 36,2 | 43,6 | |
| 26,6 | 30,1 | 34,0 | 39,0 | 47,1 | ||
| 23,3 | - | 32,3 | - | 42,0 | - |
Таблица 4 – Средний вес 1 м легкосплавных бурильных свечей с учетом веса утолщенной части и замка, кг
| Толщина стенок, мм | Диаметр бурильной свечи, мм | |||
| 8,4 | 11,8 | 14,4 | ||
| 11,0 | - | - | ||
| - | 14,3 | 16,5 |
При подъеме бурильного инструмента с утяжеленными бурильными трубами, забойными двигателями количество поднимаемых свечей по скорости должно быть уменьшено на число, соответствующее по весу поднимаемым утяжеленным бурильным трубам, забойным двигателям (согласно приложениям 3-7 «Единые нормы времени на бурение скважин на нефть, газ и другие полезные ископаемые»).
При подъеме комбинированного бурильного инструмента (стальные и легкосплавные бурильные трубы) количество поднимаемых легкосплавных бурильных свечей по скоростям должно быть уменьшено на число, соответствующее по весу поднимаемым стальным бурильным трубам, утяжеленным бурильным трубам, забойным двигателям,
Грузоподъемность буровой лебедки, рассчитанная по формулам (8) и (8а-8в), в отдельных случаях может превышать допускаемые нагрузки лебедки, устанавливаемые в зависимости от предельного натяжения подвижного конца талевого каната, в таких случаях максимальный вес бурильной колонны, которую можно поднять при допускаемом натяжении подвижного конца талевого каната при номинальной грузоподъемности, определяется по формуле:
(9)
где Рк – натяжение подвижного конца талевого каната при номинальной грузоподъемности на крюке, кг;
hтс – коэффициент полезного действия талевой системы для соответствующей оснастки.
Если Qбур больше величины Q, определенной по формулам (8) и (8а-8в), то за основу расчета берется последняя, если же Qбур меньше грузоподъемности Q, то в расчете (как правило, для I и реже для II скорости) принимается грузоподъемность Qбур, определенная по формуле (9), в этом случае в таблицах допускаемого количества поднимаемых свечей ставится индекс «к» (например, «150К») означающий, что количество поднимаемых свечей установлено исходя из натяжения подвижного конца талевого каната при номинальной грузоподъемности.
Задание для самостоятельного выполнения. Используя исходные технические данные таблицы 5 и таблиц 1-4, 6 рассчитать грузоподъемность буровой лебедки буровой установки.
Таблица 5 – Исходные данные для выполнения практической работы 2
| Вари- ант | Тип БУ | Толщина стенок бурильной свечи, мм | Диаметр бурильной свечи, мм | Число струн в оснастке талевой системы (i) | Длина свечи, м |
| Уралмаш-3Д-76 | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| Уралмаш-3Д-76 | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| Уралмаш-3Д-76 | оснастка 5×6, i=10 | ||||
| БУ-2500ДГУ | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-2500ДГУ | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-2500ДГУ | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-3000ЭУК | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-3000ЭУК | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-3000ЭУК | оснастка 5×6, i=10 | ||||
| БУ-2500ЭУ | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-2500ЭУ | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-2500ЭУ | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-3000БД | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-3000БД | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-3000БД | оснастка 5×6, i=10 | ||||
| БУ-3000БЭ | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-3000БЭ | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-3000БЭ | оснастка 5×6, i=10 | ||||
| БУ-4000ДГУ | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-4000ДГУ | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-4000ДГУ | оснастка 5×6, i=10 | ||||
| БУ-4000ЭУ | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-4000ЭУ | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-4000ЭУ | оснастка 5×6, i=10 | ||||
| БУ-6500ДГ | оснастка 5×6, i=10 | ||||
| БУ-6500ДГ | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-6500ДГ | оснастка 6×7, i=12 | ||||
| БУ-6500ДГ | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| БУ-6500Э | оснастка 5×6, i=10 | ||||
| БУ-6500Э | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-6500Э | оснастка 6×7, i=12 | ||||
| БУ-6500Э | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| Уралмаш-3Д-76 | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| Уралмаш-3Д-76 | оснастка 3×4, i=6 | ||||
| Уралмаш-3Д-76 | оснастка 5×6, i=10 | ||||
| БУ-2500ДГУ | оснастка 4×5, i=8 | ||||
| БУ-2500ДГУ | оснастка 3×4, i=6 |
Таблица 5 – Технические характеристики буровых установок
| Тип БУ | Тип лебедки | Мощность привода подъемного механизма, кВт | Характеристика буровых лебедок | ||||||||||
| Диаметр талевого каната, мм | Вес подвижной части талевой системы, кг | Натяжение подвижного конца талевого каната при номинальной грузоподъемности, т | Диаметр барабана (d), мм | Длина барабана (lb), мм | Средняя скорость вращения подъемного вала лебедки, об/мин | ||||||||
| I | II | III | IV | V | VI | ||||||||
| БУ-1600/100ЭУ | Б7.02.00.000 | 21,5 | 57,5 | 126,4 | 174,7 | 390,8 | - | - | |||||
| БУ-2500ЭУ | ЛБ-750 | - | - | ||||||||||
| БУ-2500ДГУ | ЛБ-750 | 89,7 | 132,5 | 189,5 | - | - | |||||||
| БУ-3000ЭУК | ЛБУ-800 | ||||||||||||
| БУ-3000БД | У2-2-11 | ||||||||||||
| БУ-3000БЭ | У2-2-11 | ||||||||||||
| БУ-4000ДГУ | ЛБУ-1100 | ||||||||||||
| БУ-4000ЭУ | ЛБУ-1100 | ||||||||||||
| БУ-4000Э-1 | У2-5-5 | 28,8 | 138,8 | 329,7 | - | ||||||||
| БУ-5000ДГУ | ЛБУ-1100 | ||||||||||||
| БУ-6500ДГ | ЛБУ-1700Д | 46,9 | |||||||||||
| БУ-6500Э | ЛБУ-1700Э | 47,5 | 102,5 | ||||||||||
| Уралмаш-3Д-76 | У2-5-5 | 28,8 | - |