книги из ГПНТБ / Фоменко, Ф. Н. Бурение скважин электробуром

а при отсутствии искривления осуществлять оптимальный режим бурения без ограничения осевой нагрузки, в связи с чем сущест­ венно повышаются механическая скорость и проходка на долото;

3) сократить время на ориентирование отклоняющих систем при забуривании вторых стволов из вертикального ствола и при повторном рейсе исключить срыв уступа, образованного в преды­ дущем рейсе.

П ри б у р е н и и г о р и з о н т а л ь н ы х с т в о л о в и н а ­ к л о н н о - н а п р а в л е н н ы х скважин с углами наклона более 60°;

1)доставка погружной измерительной аппаратуры на забой возможна без специальных устройств, в результате чего много­ кратно уменьшаются затраты времени на эту операцию;

2)еще в большей степени, чем при бурении обычных наклон­ но-направленных скважин, обеспечивается экономия времени и ма­ териально-технических средств.

Учитывая особенности управления траекторией скважины с по­ мощью погружной аппаратуры, в последнее время телеметрическую систему, разработанную для электробурения, применяют и при турбинном бурении, для чего используется линия связи в виде бро­ сового кабеля, соединяющегося с забойной аппаратурой контакт­ ной кабельной муфтой.

ГЛАВА 9

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМОВ ПРИ ЭЛЕКТРОБУРЕНИИ

Обычно типы долот, способ и режим бурения определяют на основании анализа фактических данных проходки десятков или со­ тен скважин. В результате такой практики технические средства, целесообразный способ и режим бурения определяют и внедряют к концу разбуривания площади. Поэтому в начале освоения круп­ ных месторождений сведения для обоснования выбора способа бу­ рения, технических средств и режимов следует получить при про­ ходке по специальной программе нескольких опорно-технологиче­ ских скважин.

Исследование режимов при бурении забойными двигателями, имеющими мягкую характеристику, затруднено, так как скорость вращения и вращающий момент изменяются в зависимости от па­ раметров режимов бурения, свойств проходимых пород, глубины скважины и качества бурового раствора. Затруднено также иссле­ дование режимов бурения и при роторном способе, так как в этом случае ограничен диапазон скорости вращения долота, а большие потери на трение колонны бурильных труб о стенки скважины ос­ ложняют определение энергетических показателей работы долота. В связи с этим опорно-технологические скважины наиболее целе­ сообразно бурить с помощью электробура, поскольку при элект­

200

робурении можно устанавливать независимые друг от друга ско­ рость вращения долота, осевую нагрузку, количество и качество агента для выноса выбуренной породы, скорость истечения струи из сопел долота, а также наиболее точно определять энергетиче­ ские показатели процесса бурения. При этом скорости вращения могут изменяться от 70 до 700 об/мин.

Целесообразно сочетать исследования режимов при бурении электробуром и роторном способе в диапазоне скоростей вращения долота от 40 до 700 об/мин. Поскольку при обоих способах буре­ ния скорость вращения долота, количество и качество бурового раствора, а также осевая нагрузка могут быть установлены неза­ висимо друг от друга, то методы исследований режимов бурения хорошо сочетаются. При этом недостаток энергетических данных работы долот при роторном способе может быть восполнен дан­ ными, получаемыми при электробурении.

В процессе электробурения самописцами регистрируются мощ­ ность, сила тока, напряжение, осевая нагрузка, проходка во вре­ мени, количество бурового раствора, давление на выкиде насосов, а также записывается расход энергии, забираемой электробуром из сети.

Скорость вращения при электробурении обусловливается полюсностью применяемого двигателя электробура, коэффициентом передачи редуктора-вставки и частотой напряжения, подаваемого для питания электробура. Зная мощность, забираемую электробу­ ром, скорость вращения долота можно вычислить с точностью до одного оборота.

В результате бурения литологически однородных пачек горных пород устанавливают зависимости механической скорости бурения V проходки на долото h, времени пребывания долота на забое Т от величины осевой нагрузки, скорости вращения долота п, количе­ ства прокачиваемого бурового раствора и скорости истечения его из сопел долота. На основании полученных зависимостей и энер­ гетических данных определяют технические средства, рациональ­ ный способ и режим бурения и тип долота.

Основные методические положения

Для выявления влияния осевой нагрузки на механическую ско­ рость бурения исследуют износ долота в процессе его работы на забое. При этом может быть два метода определения механиче­ ской скорости в начале и конце работы долота:

1) метод кратковременного ступенчатого изменения осевой на­ грузки;

2) метод выработки забоя при заторможенной лебедке — экс­ пресс-метод.

При первом методе затрачивается значительное время, не­ смотря на то что продолжительность работы на каждой ступени ограничивается 1—2 мин при пяти—семи ступенях с учетом

201

времени переходного процесса на установление режима при новом значении осевой нагрузки. В трудноразбуриваемых породах про­ должительность работы на каждой ступени увеличивается, а при большой глубине увеличивается время на переходный процесс из­ менения режима бурения. При втором методе сначала создается наибольшая допустимая нагрузка на долото, затормаживается ле­ бедка и по темпу снижения осевой нагрузки или мощности дви­ гателя электробура косвенно судят о механической скорости бу­ рения.

Зависимости механической скорости бурения, снятые вначале работы долота и после некоторого времени его работы, дают воз­ можность судить не только о характере изменения v = f(G), но и исследовать темп снижения скорости бурения в связи с износом долота. На основании полученных данных и зависимости времени пребывания долота Т, исходя.из анализа зависимости h = vT, мо­ жет быть определена оптимальная осевая нагрузка при данной скорости вращения долота. При определении ѵсѵ в процессе ра­ боты долота и проходки на долото необходимо выдерживать по­ стоянными осевую нагрузку, скорость вращения долота и количе­ ство бурового раствора.

Для выявления влияния скорости вращения долота на механи­ ческую скорость используют редукторные электробуры с различ­ ным передаточным числом редукторов-вставок. Скорость вращения долота можно также изменять путем регулирования частоты и на­ пряжения тока с помощью специальной преобразовательной уста­ новки. Зависимость механической скорости бурения от скорости вращения долота определяют в литологически однородных пачках пород, при этом ступенчато изменяют скорость вращения при раз­ личных, но постоянных на протяжении ступени значениях осевой нагрузки.

Не менее ценными являются данные серии экспресс-методов v = f(G), проводимых при различных значениях скоростей враще­ ния долота. Кроме того, зависимость vcv= f(n) может быть уста­ новлена на основании данных бурения разнополюсными электро­ бурами, электробурами с редукторами-вставками при различных коэффициентах передачи.

Экспериментальные работы по определению зависимости меха­ нической скорости бурения и проходки на долото от количества и качества бурового раствора проводят также в литологически однородных пачках проходимых пород долотами одного типа при определенных значениях осевой нагрузки и скорости вращения до­ лота. Одной из задач при этом является исследование технологи­ чески необходимого количества бурового раствора, с уменьшением которого снижается механическая скорость бурения.

Влияние скорости истечения струи бурового раствора из со­ пел долота на механическую скорость и проходку на долото опре­ деляют при различных диаметрах отверстий в насадках гидромони­

202

торных долот II неизменных производительности насосов, осевой нагрузке и скорости вращения долота.

Зависимость стойкости долота от осевой нагрузки и скорости вращения долота в процессе его износа определяют по данным смежных рейсов и на основании продолжительности работы в раз­ ных, но сопоставимых скважинах при аналогичных режимах бу­ рения.

Определение энергетических затрат на бурение

Затрачиваемую на бурение мощность находят путем регистра­ ции мощности, забираемой электробуром, с учетом потерь в токоподводе и электробуре. Для определения мощности и вращающего момента, затрачиваемых на вращение долота без приложения осе­ вой нагрузки (холостое вращение долота), в начале его работы в течение 1—2 мин самописцами регистрируются энергетические

грузки) делаются отметки о причинах нарушений или изменений

бурении опорно-технологических скважин дежурный технический

Nтп — потери мощности в токоподводе в кВт; г| — коэффициент по­ лезного действия двигателя электробура; Мшх — потери на трение в шпинделе при холостом ходе (без осевой нагрузки) в кВт; G — осевая нагрузка на долото в тс; ц = 0,003'— условный коэффициент

в 1 мин.

Изменения в процессе бурения осевой нагрузки и моментоем­ кости проходимых пород обусловливают колебания загрузки элек­ тробура. Поэтому мощность, развиваемая двигателем, отличается от номинальной, для которой в технических характеристиках дви­ гателя (см. табл. 11, 12) дается определенное значение коэффи­ циента полезного действия.

203

204

205

Для определения полезной мощности на валу двигателя, рабо­ тающего в режиме, отличающемся от номинального, вычисляют отдельные виды потерь.

Мощность, подводимая к двигателю, определяется по формуле

где ACT — потери мощности в магнитопроводе в результате гисте­ резиса и вихревых токов; АМ2 '— потери мощности в меди обмотки ротора; Ам1 — потери мощности в меди обмотки статора; Амех — потери мощности на трение в подшипниках, сальниках и масле, наполняющем двигатель; АДОб — добавочные потери в зубцах ста­ тора и ротора, возникающие вследствие пульсации потока.

Потери мощности в токоподводе определяются по формулам

ЛГтп = Акаб(/І + / |) + #тр/с

или

значения сопротивлений RTp при температуре 20°С); Акаб — полное активное сопротивление фазы токоподвода с учетом переходного

Здесь /пов — температура нагрева кабеля на поверхности; при­ нимается выше температуры бурового раствора на поверхности на 15°С; £заб — температура кабеля в нижней части токоподвода, принимается выше температуры циркулирующего раствора на 15°С.

Для температуры, отличной от 20°С, сопротивление, приведен­ ное в табл. 31, пересчитывается по формуле

(оі2 = 0,006 — тепловой коэффициент для стали).

Этой формулой с учетом сопротивления бурильных труб реко­ мендуется пользоваться для более точных вычислений при буре­ нии в интервалах 2500—5000 м.

206

П р и м е ч а н и е . лгтр — индуктивное сопротивление.

Для определения напряжения, подводимого к зажимам двига­ теля электробура, необходимо вычислить падение напряжения в токоподводе А UTU

номинальном режиме (принимаются по данным типовых испыта­ ний).

Потери мощности в стали А^ст принимают по данным опыта хо­ лостого хода, полученным при типовых испытаниях двигателей

N„=/(U).

При изменении частоты напряжения потери в стали можно при­

207

где Nст. so, NCT.f — потери мощности в стали двигателя при частоте соответственно 50 Гц и /.

Механические потери ЛАмех, определяемые по данным опыта хо­ лостого хода двигателя, приведены в табл. 32. При изменении ча­ стоты

где s — скольжение в %. Его величину удобно определять по кру­ говой диаграмме, построенной для данного конкретного напряже­ ния. Для построения круговой диаграммы используют опытные данные, снятые при типовом испытании двигателя электробура. Способ построения круговой диаграммы по опытным данным при­ веден в гл. 4.

В окончательном виде мощность на долоте

Потери мощности на холостое вращение шпинделя (без прило­ жения осевой нагрузки) принимаются равными 1,5—2 кВт.

208

Как указывалось выше, для удобства записи и обработки ма­ териала все данные за рейс долота заносят в первичную карточку (см. табл. 30).

Для проверки показаний различных приборов сравнивают между собой величины мощности, полученные разным способом.

1)по ваттметру — N a = Nnp;

2)по формуле

3) делением расхода активной энергии на время бурения

Cos ф определяют, используя показания счетчиков активной и реактивной энергии, предварительно вычисляя

( 102)

Лв

Разность показаний N a—N T и N a—N C4 не должна отличаться

значительно.

При проведении исследований режимов бурения необходима установка следующих приборов: трех амперметров; ваттметра ак­ тивной мощности; вольтметра; счетчика активной энергии; счет­ чика реактивной энергии; прибора для записи проходки во вре­ мени; прибора для записи осевой нагрузки; прибора для записи количества прокачиваемого бурового раствора. Могут быть уста­ новлены еще два-три вольтметра для записи напряжения между всеми фазами и ваттметр для записи реактивной мощности.

При определении значений электрических параметров (мощ­ ности, силы тока, напряжения, расхода энергии) необходимо учи­ тывать коэффициенты трансформаций установленных трансформа­ торов. Для определения цены деления приборов коэффициенты трансформаций установленных трансформаторов делят на коэф­ фициенты трансформаций, указанные на шкале прибора.

Например, на шкале ваттметра указаны коэффициенты транс-

2100 150

1005

к3000 200 0,525.

1005