1369
.pdfот оператора. Включают и отключают двигатели ДТ и ДС пу скатели с тепловой защитой. В исходном положении все кон такты в цепях катушек пускателей замкнуты и схема подготов лена к работе. Исходным (нулевым) положением тележки и стрелы считают положение, когда тележка находится точно между магазинами, а стрела — в крайнем, отведенном от центра скважины (в этом положении нажат конечный выключатель ВКС1). Для выдвижения стрелы вперед оператор включает командоконтроллер ККС в положение «вперед», при этом вклю чается пускатель ПВ и подключается двигатель стрелы ДС к сети. Стрела выдвигается до упора в свечу.
Для защиты двигателя от стопорного режима служит шари ковая муфта, которая в момент упора стрелы в свечу начинает проворачиваться. Оператор поворотом командоконтроллера ККС в нулевое положение отключает двигатель ДС от сети. Движение стрелы «назад» происходит аналогично.
Схема управления тележкой подобна схеме управления стре лой. Контакты командоконтроллера ККТ включают пускатели ПП («вправо») или ПЛ («влево») в зависимости от выбран ного магазина. Точность остановки тележки напротив любой из кассет полностью зависит от оператора.
В цепях управления тележкой и стрелой имеются блоки ровки, которые не допускают одновременного включения пуска телей ПП и ПЛ, ПВ и ПН, а также блокировки от удара тале вым блоком по стреле. Блокировки осуществляются при по мощи конечных выключателей стрелы ВКС1 и ВКС2. Конечный выключатель ВКС1 срабатывает, когда стрела полностью уб рана от центра скважины, ВКС2 — когда стрела выдвинута на 1,5 м от нулевого положения. Для сигнализации положения стрелы служат лампы ЛК и ЛЗ. Кратковременное включение двигателя тележки при не полностью убранной стреле воз можно с помощью кнопки КТ
При наличии в буровой установке вспомогательной лебедки для ее привода применяют асинхронный двигатель с фазным ротором МТВ-312-6 (16 кВт, 380 В, 960 об/мин при ПВ = 25 %). Для плавного пуска и кратковременного регулирования скоро сти в цепь ротора двигателя включены резисторы; управление осуществляется контроллером.
Привод вспомогательной лебедки плавучих морских буро вых установок осуществляется двигателем постоянного тока, питаемым от тиристорного выпрямителя.
Для повышения надежности работы основного электрообо рудования в схемах принято раздельное питание цепей освеще ния и цепей управления. Освещение буровой установки общей мощностью 14 кВт разбито на группы: вышка освещена 14 све тильниками; бурплощадка и блок двигателей— 16 светильни ками; насосный блок, система глиноприготовления и террито рия— 12 светильниками; освещение «безопасности»— 12 В; аварийное освещение получает питание от аккумуляторной ба-
112
тареи. Члены буровой бригады и электромонтеры снабжены также переносными аккумуляторными фонарями.
Для |
осветительных сетей буровых установок приме |
няется |
напряжение 220 В, получаемое от трансформатора |
6000/380/220 В (при неавтономном приводе )или дизель-гене ратора (при автономном приводе). В отдельных случаях цепи освещения буровой установки питаются от промысловой осве тительной сети. Осветительная сеть присоединяется через ав томатический выключатель и магнитный пускатель; кнопку управления пускателя помещают так, чтобы можно было от ключить освещение при выбросах нефти и газа. Аварийное осве щение для продолжения работы питается от трансформатора
220/12 В; аварийное освещение для эвакуации |
людей — от |
ак |
||||||
кумулятора (табл. 14). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
14 |
||
Нормы освещенности и ориентировочное размещение |
|
|
|
|
||||
|
светильников |
на буровой установке |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число точек |
|
|
|
|
|
О |
= |
|
|
|
- |
" |
н |
Места, подлежащие |
О Н |
Место установки |
|
|
5 "о |
|||
|
и |
|
|
|||||
освещению |
|
у |
светильников |
|
* |
= |
£ |
й |
|
0 . 1 |
|
= 2 |
а Д |
о I Z |
|||
|
. 9 |
Ч х |
|
м |
||||
|
1 3 ч |
|
CQ 7 |
о З |
S |
Ч 2 |
Ротор |
|
|
40 |
На ногах вышки, на вы- |
|
|
|||
|
|
|
|
соте 4 м (для вышки |
|
|
|||
|
|
|
|
41 м) и 6 м (для выш- |
|
|
|||
|
|
|
|
ки 53 м) под углом |
|
4 |
|||
|
|
|
|
45—50° |
|
|
|
||
|
|
|
|
Над лебедкой на высо- |
|
|
|||
|
|
|
|
те 4 м под углом 25— |
|
1 |
|||
Щит контрольно-измери- |
|
30° к вертикали |
|
|
|||||
50 |
Перед приборами |
|
|
1 |
|||||
тельных приборов |
|
|
|||||||
Полати |
верхнего |
рабо- |
25 |
На ногах вышки, на вы- |
|
|
|||
чего |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
соте не менее 2,5 м от |
|
|
|||
|
|
|
|
пола полатей под уг |
|
2 |
|||
Путь талевого блока |
10 |
лом не менее 50° |
|
|
|||||
На лестничных площад- |
|
1 |
|||||||
|
|
|
|
ках |
|
вышки |
под |
|
|
|
|
|
|
По высоте |
|
|
|||
|
|
|
|
углом |
не менее 65— |
|
1 |
||
Кронблок |
|
25 |
70° |
|
|
|
|
||
|
Над кронблоком |
|
|
1 |
|||||
Приемный мост |
|
10 |
На передних ногах вы- |
|
|
||||
|
|
|
|
шки, |
на |
высоте |
не |
|
2 |
Редукторное помещение |
30 |
менее 6 м |
|
|
|
||||
На высоте не менее 3 м |
|
4 |
|||||||
Насосное помещение: |
|
|
|
|
|
|
|
||
а) |
пусковые |
ящики |
50 |
На высоте не менее 3 м |
СО |
сл |
|||
б) буровые |
насосы |
25 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
4 |
300 |
1 |
300 |
1 |
100 |
2 |
300 |
2 |
300 |
1 |
150 |
1 |
150 |
2 |
300 |
8 |
150 |
8 |
200 |
Д ля вы ш ки высотой 53 м предусматривается освещение только одних полатей верхнего рабочего, однако если работа
ведется с двух полатей, то вторые та кж е оборудую тся двум я |
|||
светильниками. Д ля освещения |
ж елобной |
системы устан авли |
|
ваю т светильники, |
размещенные |
на всем |
протяж ении желобов. |
П ри отсутствии |
на буровой газовы х проявлений для освеще |
ния прим еняю т пылеводонепроницаемые светильники. Если воз м ож ны газовые проявления, устанавливаю т светильники повы шенной надеж ности против взрыва (исклю чая точки для н а р у ж
ного освещения, у подстанции |
и в к у л ь тб у д к е ). |
|
12. Э Н Е Р Г Е Т И К А |
Б У Р Е Н И Я |
З А Б О Й Н Ы М И Д В И Г А Т Е Л Я М И |
П ри бурении на |
больш ие |
глубины улучш аю тся энергетиче |
ские показатели с использованием забойного двигателя, та к ка к
в этом случае отпадает |
необходимость вращ ения колонны |
б у |
|||||||
рильны х |
труб и энергия сообщается долоту |
непосредственно |
|||||||
у забоя |
скваж ины . |
К а к |
у ж е |
отмечалось, |
при |
бурении забой |
|||
ными |
двигателям и |
отсутствую т потери на |
вращ ение |
колонны |
|||||
бурильны х труб, но прн |
этом |
появляю тся потери в самом |
т у р |
||||||
бобуре, |
а та кж е значительно |
возрастаю т |
гидравлические |
по |
|||||
терн |
в |
трубопроводах |
н колонне бурильны х |
труб, |
особенно |
в связи с необходимостью увеличения количества прокачивае
мой ж ид кости |
(рис. 45) [10]. |
|
|
Д л я общей |
оценки энергетических характеристик, присущ их |
||
электробурению и турбинном у бурению , сравним |
балансы мощ |
||
ностей. П р н этом |
будем исходить из требования |
об идентичны х |
|
условиях работы |
породоразруш аю щ его инструм ента. Расход |
||
промывочной ж ид кости прн сравнении балансов |
м ощ ности сле |
дует приним ать одинаковым в обоих случаях, причем расход долж ен определяться только технологическим и требованиям и бурения. П р н таком подходе наиболее простым и эффективным
приемом является сравнение мощ ности, потребляемой |
из сети, |
н потребного давления на выходе буровы х насосов при |
бурении |
электробурам и и турбобурам и, имеющ ими одинаковую забой
ную мощ ность. Н е определяя абсолю тны х значений |
этих вели |
||||||||||
чин, рассмотрим , ка к изменяется соотнош ение |
м еж ду ними в за |
||||||||||
висимости от |
глуб ины |
сква ж ин ы |
[11]. Д л я |
этого |
рассмотрим |
||||||
уравнение балансов давлений н мощ ности. |
|
|
|
||||||||
|
П рн электробурении уравнение |
баланса давлений |
имеет вид |
||||||||
|
|
Ро = ^Робв 4- ApxpL - f Арда - f А рд - f A pKnL , |
|
(3.1) |
|||||||
где р©— давление на выходе |
насосов; |
А р0бв — |
потерн |
давления |
|||||||
в наземном оборудовании |
н |
ведущей трубе; А рТр — |
потери дав |
||||||||
ления в |
колонне бурильны х |
труб |
с токоподводом, |
отнесенные |
|||||||
к |
длине |
труб |
(глубине |
с к в а ж и н ы ); |
Ардв — |
потери |
давления |
||||
в |
электробуре; |
А рд — |
потери |
давления в пром ы вочны х отвер |
|||||||
стиях долота;; |
Аркп — потери |
давления |
в затрубном |
|
кольцевом |
114
а
П одводим ая мощ ност ь и з сет и
Трансфор- г матор эле-)/ ктробура1,6
Такоподвпд
9,25
Двигатель электробура 13
Шпиндель на шари Новых опорах 1,6
Шпин-\
дель на'
одреУ
1 0 0 % |
Подводим ая мощность из сети 100% |
|
Двигатель |
Д ви га |
|
тели |
||
насоса 35 |
||
насосов |
Носпс
10,2
Манигрольд
2,65
Квадрат
4.5 Труды 12
Электробур
Долото 2,5
8
Насос
23
Манифольд
4,65 Квадрат 2,7
Трубы 10,9
Турбина 14,5
Долот о 4,9
Затрубное пространство 4,45
Затрубнпе |
|
Пяты турбобура |
пространство |
4,3 |
2.8 |
30,4 |
|
24,1 |
мощность |
|
Полезное мощность |
|
|
|
Рис. 45. Баланс мощности при бурении на глубине |
1500 м |
долотом 295 мм (промывочная жидкость — вода): |
а — электробур; б — турбобур |
|
пространстве, отнесенные к его длине (глубине скважины); L — глубина скважины.
В случае турбинного бурения при заданных мощности тур бобура N и подаче жидкости Q перепад давления на турбине pT= A^/r]/Q, где т]' — к. п. д. турбины. Полный перепад давле ния в турбобуре будет складываться из перепада давления в турбине рт и потерь давления в присоединительном узле и опорах турбобура Дрдт/. Следовательно, уравнение баланса давлений при турбинном бурении можно записать в виде
В каждом из элементов циркуляционной системы буровой установки потерям давления Ар* соответствуют потери гидрав лической мощности ANi, равные'QAp*. Тогда уравнения балан сов мощности можно записать в виде:
а) при электробурении
N „ = ( |
- i - + (ДNoSt + &NlpL + |
Л / |
Лтф |
(3.3)
|
|
|
|
|
(3.4) |
где N0— мощность, |
потребляемая |
из сети; |
N — мощность на |
||
валу электробура |
или турбобура; |
ANTn— электрические |
по |
||
тери мощности в токоподводе, отнесенные к его |
длине; т]Тф — |
||||
к. п. д. трансформатора; г]Пр — к. п. д. привода |
насоса; |
rjH— |
|||
к. п. д. насоса; rj — к. п. д. электробура. |
Пренебрегая |
изме |
|||
Рассмотрим разности р0—ро' и N0—N0' |
нением потерь давлений в наземном оборудовании и ведущей
трубе, т. е. полагая |
Др0бв~ Дробв', а |
также имея |
в виду, |
что |
||
при одинаковых |
подачах жидкости |
Ард = Ард/ |
и |
Дркп= Аркп', |
||
получим |
|
|
|
|
|
|
Ро Ро |
(Дртр |
Дртр) L 4- (Дрдв Ардв) |
——; |
(3.5) |
||
|
|
|
|
л Q |
|
— АА^тр) ] L + — -— (AAU—ANnj + ( — — _ ---------- |
N (3.6) |
116
Таким образом, разности р0—Ро и N0—N0' при постоянном расходе промывочной жидкости линейно зависят от глубины скважины.
Из уравнения (3.5) видно, что при малой глубине сква жины р о —р о '< 0 , т. е. при прочих равных условиях давление на выходе насосов в электробурении будет меньше, чем при турбинном бурении. По мере увеличения глубины модуль этой разности будет уменьшаться, и при глубине скважины
^ - - ( Д Р д в - А р дв) |
|
L = LP = ——--------------:--------- |
(3.7) |
Дртр - Дртр |
|
разность ро—ро' станет равной нулю, т. е. бурение электробу ром потребует таких же давлений на выходе насосов, как и бурение турбобуром той же мощности. При дальнейшем уве личении глубины скважины до L > L P и сохранении прочих равных условий разность р о —Р о ' станет больше нуля, т. е. электробурение потребует более высоких давлений на выходе насосов, чем турбинное.
То же самое можно сказать о соотношении между мощно стями, потребляемыми из сети при турбинном бурении и элек тробурении. На глубине меньшей, чем
1
_ \ Т) ПнЧпр |
|
N |
( 4Л ,дв — АЛ,дв) |
|
ЧЧтф |
ЧнЧпр |
|||
к |
|
1 |
(3.8) |
|
|
Д N |
|
||
Чтф |
и |
ТР- л * ; Р) |
||
|
||||
|
ЧмЧпр |
|
при электробурении из сети потребляется меньшая мощность, чем при турбинном. С увеличением глубины скважины до L > L K мощность, потребляемая из сети при электробурении, стано вится больше, чем при турбинном, при сохранении тех же ус ловий на забое. Из формул (3.7) и (3.8) видно, что глубины Lp и LN возрастают при увеличении мощности забойного дви гателя. Это означает, что с увеличением забойной мощности будут возрастать и глубины скважин, при которых электро буры обладают энергетическими преимуществами по сравне
нию |
с турбобурами. |
Увеличение |
подачи промывочной жид |
||||
кости |
влечет |
за |
собой увеличение |
разности |
потерь давления |
||
в |
бурильных |
трубах |
с токоподводом и без него и приводит |
||||
к |
уменьшению |
этих |
глубин. Следовательно, |
энергетические |
преимущества электробуров проявляются лучше всего при не значительных подачах промывочной жидкости; утяжеление бурового раствора также приводит к увеличению разностей потерь давления и, следовательно, к уменьшению значений Lp
и Ln.
Таким дбразом, соотношение между балансами мощности при бурении электробурами и турбобурами существенно зави сит от глубины скважины. Поэтому говорить об энергетиче
117
ских преимуществах одного из этих забойных двигателей можно лишь применительно к определенным глубинам или интерва лам глубин скважин.
Из проведенного анализа следует, что при всех условиях, начиная с некоторой глубины, для электробурения будут ха рактерны увеличенные затраты мощности и повышенные (по сравнению с турбинным бурением) давления на выходе буро вых насосов. Увеличение мощности забойных двигателей или усовершенствование конструкции токоподводов (при сохране нии существующей схемы их размещения) может повлечь за собой лишь изменение этих глубин.
Численные значения величин Lp и LN при проходке данной скважины определяются конкретными значениями забойной мощности и к. п. д. двигателей, гидравлическими характери стиками бурильных труб и токоподводов, к. п. д. буровых на сосов и их привода, подачей и физико-механическими свой ствами промывочной жидкости. При проведении анализа предполагалось, что рабочие характеристики турбобуров не отличаются от стендовых. В действительности рабочие пара метры турбобуров по мере износа турбобура существенно ухуд шаются, причем это ухудшение тем сильнее, чем мягче буримая порода [3]. Коэффициент полезного действия турбобура при торцевом износе турбин снижается на 25—60%. Поэтому высо кое качество ремонта турбобуров, своевременная их замена в процессе эксплуатации будут способствовать улучшению энер гетических показателей бурения.
Рассмотрим изменение энергетических показателей в про цессе работы долота на забое при бурении скважины электро буром. Характер изменения механической скорости в течение одного долбления зависит от конструкции и материала ра бочих элементов долота, свойств проходимых горных пород, количества и свойств агента, выносящего выбуренную породу, а также от осевой нагрузки и частоты вращения долота. Темпе ратура и давление также влияют на механическую скорость. Однако наибольшее влияние на изменение механической ско рости оказывают свойства горных пород — твердость и абра зивность. Твердость пород обусловливает критическую нагрузку на единицу площади контакта рабочих элементов долота, при которой разрушается горная порода. Абразивность обусловли вает износ контактных поверхностей и коэффициент трения в контакте рабочих элементов с породой.
Рассмотрим закономерность изменения удельного расхода энергии Лу в течение рейса [22].
К концу рейса долота механическая скорость v значительно снижается по сравнению с начальной и0. Кривая снижения v при износе вооружения долота с достаточной степенью при ближенности может быть аппроксимирована экспонентой
где а — декремент |
снижения; v — величина |
постоянная; t — |
время. |
v = f(t) уменьшается также |
и момент сопро |
При снижении |
тивления. Темп уменьшения момента зависит не только от толщины снимаемого слоя породы, но и от трения долота о по
роду, которое практически остается постоянным. |
В связи |
с этим кривая изменения момента сопротивления |
также мо |
жет быть аппроксимирована экспонентой |
|
M = MQe~^t |
(3.10) |
где р — декремент снижения момента.
Удельный расход энергии Ау при Проходке интервала сква жины может быть выражен формулой
А |
_ 4 |
(ЛГд- Л Ь . х ) * _ d |
А/д- i V x . x |
, N |
, |
(3.11) |
|
У |
|
nD 2h |
|
JtD2u |
■k— |
||
|
|
|
|
|
|||
где А^д — мощность, подведенная |
к |
долоту; |
Nx.x — мощность, |
||||
расходуемая |
на |
вращение долота |
в |
промывочной |
жидкости и |
на трение о стенки скважины; N — мощность, затрачиваемая на преодоление момента сопротивления, обусловленного действием осевой нагрузки; D — диаметр долота; h — проходка; t — время.
Заменяя N на Мп, получаем |
|
|
(3.12) |
|
|
Ay = kMnlv, |
|
||
где п — частота вращения долота. |
|
|
|
|
Подставляя значения М и и, находим |
|
|
||
„ |
п М г я Г ^1 |
п М п |
е <а-Р) t |
(3.13) |
Ay = k -----5------= k ----- - |
||||
у |
„ .-оч |
|
|
|
На рис. 46, 47 и 48 приведены экспериментальные |
графики |
изменения Ау в течение одного долбления в нормальном ре жиме работы, а также при износе опоры шарошечного долота и совместном износе опоры и вооружения шарошечного до лота, подученные в районе Карадага.
На основании записи регистрирующими приборами энерге тических параметров процесса бурения и вычислений потерь в системе токоподвод — электробур построена зависимость средних за одно долбление мощностей на долоте и удельного расхода энергии от частоты вращения долота (рис. 49, а). К концу одного долбления максимальное значение мощности, как правило, превышает среднее приблизительно в 2 раза.
Высокие энергетические показатели в электробурении были получены при проходке скважин с продувкой забоя воздухом. На 1 м3 выбуренной породы расходуется 20—30 кВт-ч энер гии [22], в то время как при бурении с промывкой на 1- м3 вы буренной породы расходуется 200—300 кВт-ч. При бурении с продувкой при таком расходе энергии обеспечивается про ходка 400 м, а при бурении с промывкой — всего 40 м на одно долото. Расход энергии на единицу объема выбуренной породы при бурении с продувкой во столько раз меньше по сравнению
119
с бурением с промывкой, во сколько раз больше проходка на долото.
Опытное бурение электробуром с продувкой воздухом в стрыйских отложениях показало, что экономия на 1 м бу рения с учетом капитальных вложений составила 28 руб, или 31,2 тыс. руб. на интервал.
Рис. 46. Зависимость удельного рас |
Рис. |
47. Зависимость удельного рас |
||||
хода энергии Ау от времени бурения: |
хода |
энергии Лу от времени буре |
||||
а — интервал |
3934,4—3935.8 |
м; б — интер |
ния |
при износе опоры |
шарошечного |
|
вал |
3935,8—3937,5 |
м |
|
долота |
(п=655 |
об/мин): |
|
|
|
а — |
интервал |
3899—3903,5 м; G=18 т\ |
|
|
|
|
б — интервал |
3605—3616 м, G= 20 т |
Если по условиям устойчивости -стенок скважин продувка воздухом становится неприемлемой, целесообразно переходить на бурение с применением поверхностно-активного вещества (ПАВ). При этом, как показал опыт бурения, сохраняется до-
а |
S |
Ng,xВт |
Ау, кВт-ч/м3 |
Рис. 48. Зависимость удельного рас |
Рис. 49. Графики изменения мощ |
|||||
хода |
энергии Лу от времени бурения |
ности на |
долоте |
(а) |
и |
удельного |
(при |
одновременном износе опоры и |
расхода |
энергии |
(б) |
от |
частоты |
вооружения |
шарошечного |
долота): |
вращения долота |
|||
■л — |
интервал |
3550,5—3556,5 |
м, |
G= 15 |
т\ |
|
б |
— интервал |
3344—3352 |
м, |
G=13 |
т |
|
вольно высокий уровень механической скорости проходки на долотр. При переводе бурения с продувкой воздухом на буре ние с промывкой ПАВ удельный расход энергии на единицу объема выбуренной породы Ау возрастает в 1,6 раза, а при переводе бурения с ПАВ на бурение с промывкой раствором — возрастает в 3,1 раза. Таким образом, бурение в ПАВ энерге тически значительно эффективнее, чем бурение с промывкой раствором.