§ 6. Продолжительность подъема и спуска бурильного инструмента

Для определения времени работы механизмов при спуске и подъ­еме бурильных колонн и определения требуемой долговечности работы отдельных деталей при эксплуатации в различных условиях необходимо знать длительность действия нагрузок.

Время, затрачиваемое на подъем и спуск бурильных колонн за все время бурения скважины:

Т - Г_л + Т₀ -[- Т_мр -f Г_п 4- TV ( VJ-52)

где 7',, — время, затрачиваемое на механический подъем; ?',. —время спуска; 7'_>ф —машинно-ручное время на спуск и подъем;

'/'„—время на наращивание; 7',— время на смену долот.

Время на машинно-ручные операции Т_яр складывается пз вре­мени, затрачиваемого на свинчивание и развинчивание свечей и уста-нонку их в магазине в буровой или время на извлечение их оттуда, и зависит от количества, длины и веса свечей, степени механизации этого процесса и квалификации бригады.

Время механического подъема Т_к и спуска Т ^ складывается из времени, затрачиваемого на подъем колонны, спуск ненагружен­ного элеватора для захвата очередной спускаемой свечи, стоящей в магазине (или время на подъем элеватора с одной трубой, захваты­ваемой с мостков).

Каждый цикл времени механического подъема или спуска свечи состоит из двух или трех периодов: 1) разгона t_f; 2) установившейся скорости движения t,; 3) замедления движения £_т до полной оста­новки. В некоторых случаях период установившегося движения £_ может отсутствовать.

На рис. VI-7 показана диаграмма подъема крюка на длину свечи. Действительная средняя скорость подъема или спуска крюка па длину свечи с учетом разгона и торможения

^Р-=Г = Т+ГХГ' ^(VI'⁵³⁾

*п *р Т^ 'у 1 'т

где 5— путь крюка;

/„ — фактическое время подъема

Здесь .V_p, S,. и 5_Т — путь крюка при разгоне, равномерном дви­жении и торможении.

Соотношение между этими периодами изменяется в зависимости от длины и веса колонны, сопротивлений движению ее в скважине и характеристики подъемной и тормозной систем.

171

Из диаграммы (рис. VI-7) скоростей подъема крюка с нагру­женным (кривая 7) и ненагруженным (кривая 2) элеваторами при постоянной скорости вращения барабана видно изменение этих периодов и форм кривых в зависимости от веса колонны.

2,5 h—- Цикл подъема ненагруженного элеВитв^а.

Цикл подъема колонны труб

Конец подъема Последующие подъемы —Начало поВъема.-

Рнс. VI-7. Диаграмма подъема крюка на длину свечи при »,- -= idem.

На рис. VI-8 приведены диаграммы скоростей спуска крюка с ненагруженным элеватором (кривая 5) и нагруженной колонной 114-ж.м бурильных труб различного веса при торможении главным тормозом.

Врема (. сен

Рис. VI-

1 — ЗМ_г; г — 28М_г; 3 —

8. Диаграмма спуска на длину одной свечипри величинах груза на крюке:

; 4 — 105JVf_z; S — ненагружсшгый элеватор.

Диаграмма спуска ненагру/кенного элеватора (кривая 5) состоит из периода свободного разгона t_v и периода остановки t_T. Период установившегося движения t_v отсутствует. При небольшом весе колонны диаграмма спуска также двухпериодная (кривые 1 и 2).

172

По мере увеличения веса колонны диаграмма изменяется — стано­вится трехпериодной (кривые 3, 4), при этом как средние, так и макси­мальные скорости снижаются, а периоды разгона £_р и торможе­ния t_v увеличиваются.

На рис. VI-9 приведен график, характеризующий изменения максимальных и средних скоростей спуска колонны в зависимости от ее массы. По мере увеличения массы колонны разница между максимальными и средними скоростями уменьшается за счет общего снижения скорости и более равномерного спуска колонн.

Ъ.6.0-

М аксимальная скорость спуска определяется технологическим режимом бурения скважины. Вследствие чрезмерно высоких ско­ростей спуска могут произойти по­глощения раствора в скважине или возникнуть осложнения.

Цикл подъема ненагруженного *5,0-элеватора остается постоянным за все время проходки и средняя ско­рость ^_L._{p я} (с учетом разгона и тор­можения) принимается постоянной.

^

О

20 W SO Нагрузка на комке ?

Рис. VI-9. График зависимости скорости спуска от массы ко­лонны.

Так как по мере извлечения ко­лонны масса ее уменьшается после подъема каждой свечи, а скорости подъема изменяются, то время раз­гона и общее время, затрачиваемое на подъем одной свечи, сокращается.

Время разгона при подъеме за­висит не только от длины и массы

колонны, но и от мощности, приемистости и гибкости характери­стики двигателей и трансмиссии. Время разгона и торможения /_р и t_T могут быть приняты из табл. VI-2.

При включении барабана муфтой сцепления при вращающихся двигателях и трансмиссии время разгона нагруженного крюка определяется из (VI-39).

В зависимости от массы колонны и мощности двигателей время разгона t_f практически изменяется довольно в широких пределах: от 2—3 до 8—10 сек.

Период установившегося движения

- t_f = -~. (VI-54)

где у_к± —скорость крюка на различных передачах лебедки;

«Уу —путь крюка при равномерном движении (в расчетах при­ближенно принимается равным длине свечи).

Период замедления движения во время подъема после отклю­чения барабана без торможения

(VJ-55) 173

где i—число струй в оснастке; g —ускорение силы тяжести. Время остановки поднимаемого груза обычно составляет

*_т = 0,3-^0,5 сек.

Среднее время спуска колонны на длину свечи определяется из опытных данных

<_в=='рс-Иуо + 'ге- (VI-56)

Здесь i_i>u — время разгона крюка при спуске. Это время зависит от нагрузки па крюке, сил сопротивления движению механизма

Л

и скважины и квалификации опера­тора.

(3

Il­ls

=f t:

П о опытным данным при длине свечи ~ 25 м во время спуска не-пагруженного элеватора £_рс ----- 20 •— -ь 30 сек, при спуске колонн весом 20 — 50 т 8 -г-10 сек, а при спуске колонн весом 50—80 т 10-=-15 сек. l_rt. —время равномерного спуска на

длину свечи; | 1 '^Ч1"¹¹--^₁_ t_vo—время торможения (из табл. VI-2);

Ноличестбо свечей д колонне

Рис. VI- 10. График изменения

коэффициента неполноты тахо-

граммы при бесступенчатом подъ-

еме каждой свечи в зависимости

от глубины скважины.

Путь торможения крюка

где r_u — средняя скорость спуска до

t =

S.

(VI-57)

где <р — угол поворота барабана лебедки при размотке ведущей

ветви каната при торможении в рад (из табл. VI-2); Дг— диаметр тормозного шкива;

i —число рабочих струн в оснастке.

Время, затрачиваемое на подъем и спуск, в первую очередь зави­сит от числа рейсов, глубины скважины и средней скорости подъема. Время, затрачиваемое на механический подъем колонны буриль­ных труб за весь процесс проходки скважины при ступенчатом изме­нении скоростей,

li , L₂ , L_n

Т,

(VI-58)

где lh, L,₂, . . •,

Ur.

суммарная длина труб, поднимаемых на каж­дой скорости;

средние скорости подъема на различных пе­редачах лебедки.

Ш

То же при регулируемой скорости двигателя

Здесь X — коэффициент неполноты тахограммы подъема одной свечи

*о

*_л ^и ^о~-Ф^{актическое п} теоретическое время подъема колонны на

длину свечи; е и Ф — постоянные коэффициенты, определяемые ш* графика

рис. VI-10;

k — число скоростей подъемника;

п — число рейсов при бурении одной типовой скважины; v_lfl — наименьшая скорость подъема колонны наибольшей длины; L — длина колонны; а — отношение веса подвижных частей талевой системы и веса

УБТ к весу колонны наибольшей длины. Коэффициент неполноты тахограммы подъема по всей скважине

[1 ,il

2 -- - fc + 2 ---

J^_L - *-" (VI-GO)

2е-1 e(i-]-2)-l)J' ^{( V UJ}

где 7'_м и Г₀— фактическое и теоретическое (идеальное) машинное время подъема бурильной колонны за время буре-•ния одной типовой скважины. Остальные обозначе­ния прежние.

Время, затрачиваемое на спуск:

Здесь 2 А~~"^сУ^ммаР^ная длина бурильных труб, спущенных или *'^=I извлеченных из скважины за все время ее проходки; I — длина свечи.

Суммарная длина бурильных труб, а также число циклов дей­ствия нагрузок определяется уравнением кривой проходки, т. е. числом рейсов, производимых подъемным механизмом за время бурения скважины. Это число рейсов можно узнать из (V-6).

Используя (V-6), определяют количество извлекаемых свечей в скважину за время ее бурения, число циклов нагрузок подъемного механизма и время, затрачиваемое на процесс спуска и подъема.

Бремя механического подъема свечей на любой из скоростей

^ = 2^,, (VI-C2)

175

^гДе *^i— суммарное количество свечей, извлекаемых на соответ­ствующей скорости;

t_t[ki—среднее механическое время, затраченное на подъем од­ной свечи на первой, второй и т. д. скоростях.

Время, затраченное на механический подъем колонны буриль­ных труб за весь процесс проходки скважины:

r_K = r« + ZV|- ... -i-r^. (VI-63)

Время механического спуска ненагруженного элеватора за весь период бурения скважины

Г„ = 2Л_са, (VI-64)

где t^ — нремя спуска ненагруженного элеватора на длину свечи.

Время машинного подъема ненагруженпого элеватора для за­хвата свечей, стоящих за пальцем, за весь процесс бурения сква-

жшты

r_M = 2X_B. (VI-65)

Здесь /_в, —время подъема ненагруженного элеватора на длину од­ной свечи. Время механического спуска

Т* = Т**-\-Т_т. (VI-G6)

Время машинно-ручных операций, затрачиваемое на обработку всех свечей при подъемах и спусках, за весь процесс проходки скважины

Г_жр-25(/_рв-гЛ_с), (VI-(57)

где /|,„ — время машинно-ручных операций при подъеме; i_pl. — то же при спуске. _т

Зпая время, затрачиваемое на наращивание колонны и на смену турбобура, утяжеленного низа или сработанного долота, опреде­ляется общее время, затрачиваемое на операции подъема и спуска бурильных колонн за весь цикл бурения скважины.