книги из ГПНТБ / Михайлова, Н. Д. Практические расчеты при колонковом бурении учеб. пособие
.pdfР е ш е н и е . Для определения предельной глубины бескернового бурения при заданных режимных параметрах воспользуемся формулой (101)/
=30*0.85 - 0.15.Q .785-9.32 0,92 .Щ -6 .1,2.6,35^.130^130'
П р и п е р 4.
Рассчитать предельную глубину бурения шарошечным долотом диаметром 93 мм при режимных параметрах, данных в приложении 3.
Расход глинистого раствора |
Q = 110 л/мин. Станок СМ-800Д, |
|||||||||
мощность дизеля типа СВД-14А 75 л .с . |
|
|
|
|
||||||
Р е ш е н и е |
. При дизельном приводе мощность дизеля рас |
|||||||||
ходуется на привод насоса и станка, |
поэтому исходным для реше |
|||||||||
ния задачи является уравнение (94) |
|
|
|
|
||||||
|
NЁіІЕ + Nх.в |
N |
) |
, |
л.< |
|
||||
|
= 1,36 ( |
|
І с т |
|
нас / |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В это уравнение входят два члена: N |
|
■, |
ѵ , , величина которых |
|||||||
, |
от глубины бурения. |
|
Л.В |
|
Н Д С |
|
||||
зависит |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
,4 |
|
QP |
|
|
|
|
|
|
* н а с |
= |
10 |
102 4 |
|
|
|
|
|
|
Подставив в эту формулу выражение для давления насоса Р , |
||||||||||
рашенное относительно |
L |
, |
|
|
|
|
|
|
||
Р |
= 1,3 (aL + |
b - ç j |
+ cL |
+ 1 |
). , |
|
|
|||
где а |
- 8,3"1СГ6 ATy - J r |
; |
|
Ь = 8,3-іО "6 у -Jç - |
; |
|||||
с |
= 8,3«10”6 XKq |
|
T Q |
|
|
У |
|
|||
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,3 ■Q (лЬ |
+ 'Ь £ у |
+ cjj + 1 ) |
|
||||||
^нас= 1 °4 |
|
102 1) |
|
|
|
|
|
|||
Подставив в формулу для расчета'потребной мощности расчет ные формулы для J7 и Nx s , значения коэффициентов а , b ,
С и решив отностительно L , получим формулу для определения глубины бурения для данного случая
= ЛМ Ѵ СТ- 1,36- 0,785-D* к - 0 ,2 7 6 .^ -1 ,5 6
l,25-10"Bfc, у ^ п У г Г + 0,365-Ю'г1,36>/ст
Подставив численные значения входящих величин, получим
L = 75»0.85-1.36»0.785»9.3^»0.15-0.276»0.85»1.36 |
=і480ы |
1,25»IO“ 6 »1.2-S.352 »ІЗоѴіЗО' +0,365»10 “2 .0,85 |
.1,36 |
Следовательно, долотом имеющем диаметр 93 мм, |
на 1 ско |
рости вращения шпинделя и заданном режиме промывки при исполь зовании в качестве привода дизеля СВД-14А можно бурить до про ектной глубины 800 м.
§3. Определение мощности на подъем
Вобщем случае затрачиваемая при подъеме инструмента мощность складывается из следующих составляющих:
*» = W |
, |
(104) |
где ДГЛ - мощность для привода лебедки; Щ - мощность на прео доление сопротивлений в талевой системе и на подъем элеватора; 2Г - мощность на подъем бурового инструмента из скважины.
М о щ н о с т ь д л я п р и в о д а л е б е д к и определяется по формуле
|
|
Nn = |
а + |
bvs ; квт , |
(105) |
где |
а и Ъ - |
опытные коэффициенты, |
значения которых приведе |
||
ны в |
таб.53; |
Ѵс - окружная скорость вращения барабана лебед- |
|||
ки, |
м/сек. |
|
|
Т"а б л и ц а |
53 |
|
|
|
|
||
|
Опытные коэффициенты для различных типов станков |
|
|||
|
Тнп станка |
а |
Ъ |
|
|
|
ЗИФ - |
660 А |
1.4 |
0.42 |
|
|
ЗИФ - |
1200 А |
1,7 |
0,40 |
|
Окружная скорость вращения барабана может быть рассчитана по формуле
|
|
60 |
• |
, ц/сек , |
|
|
|
|
|
|
|
||
где Dg - диаметр барабана, м; |
п5 |
- число оборотов барабана, |
||||
об/мин. |
|
|
|
|
|
|
Для других систем станков потери мощности в передачах |
||||||
учитываются введением к .п .д . |
і)л , равного |
0,8 - 0,85. |
|
|||
М о щ н о с т ь |
н а |
п р е о д о л е н и е |
с о п р о *- |
|||
т н в л е н и й |
в |
т а л е в о й |
с и с т е м е |
и н а |
||
подъем элеватора рассчитывается по формуле |
|
|||||
|
|
NT = |
а ѵ6 , |
квт |
, |
(106) |
где а - опытный коэффициент для станков ЗИФ-650А и ЗЮ-1200А, равный 1,1; ѵь - окружная скорость вращения барабана лебедки, щ/сек.
При работе станков других систем потери мощности в тале вой системе могут быть учтены введением к .п .д . талевой систе мы (табл.54).
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
94 |
Значения к»п.д. талевой системы при стальных канатах |
|
|||||
Количество роликов |
2 |
3 |
4 . |
|
Э |
Ѳ |
|
0,84 |
0,82 |
0,80 |
|
0,89 |
0,87 |
М о щ н о с т ь |
н а |
п о д ъ е м |
б у р о в о г о |
|||
и н с т р у м е н т а |
и з |
с к в а ж и н ы |
определяется |
|||
по формулам: |
|
|
|
|
|
|
1) для случая вертикальной мтядпш |
|
|
|
|||
N _ |
М Ц, |
|
квт |
|
|
(107) |
пи |
102 Я |
|
|
|
|
|
где кс- коэффициент дополнительных сопротивлений при подъеме бурового инструмента из скважины; значение коэффициента сопро тивления кс приведены в табл.55; Я - коэффициент возможной
— І46
перегрузки двигателя.Для электродвигателей А =1,3+1,42 и для
двигателей внутреннего сгорания Л = 1; |
Q |
- вес бурового инст |
|||||||||||
румента в скважине, кг; |
ѵп - |
скорость подъема инструмента |
|||||||||||
(крюка), |
м/сек, |
определяемая по формуле |
ип |
= |
иъ/ т |
, |
м/сек, |
||||||
здесь т |
- |
число ветветй |
в талевой оснастке, на которых подве |
||||||||||
шен талевый |
блок |
[см.формулу |
(111)]; |
Уб - |
скорость навивки ка |
||||||||
ната на |
барабан, |
м/сек. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В случае отсутствия данных по скорости навивки каната на |
|||||||||||||
барабан, |
она может быть рассчитана по формуле |
|
|
|
|||||||||
иб |
= |
Я С-°5 + 2d ( е - |
*)] |
|
, |
м/ ° ек - |
|
|
|
|
|||
где в б - |
диаметр барабана, м; |
d |
- |
диаметр каната, |
м; в - ко |
||||||||
личество |
слоев навивки каната на барабан; |
пъ - |
число |
оборотов |
|||||||||
барабана в минуту. Расчет |
обычно ведут для |
случая |
навивки ка |
||||||||||
ната в 2 |
слоя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вес бурового инструмента в скважине может быть рассчитан |
|||||||||||||
для случая бурения с продувкой по формуле |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Q = |
q |
L |
, |
кг |
|
|
|
, |
(108) |
|
и ддя случая бурения с промывкой водой или растворами с учетом действующей выталкивающей силы по формуле
|
|
|
Q. = |
q L ( l - |
-у*- ) , кг |
, |
|
(108/ ) |
где |
q - |
вес 1 м колонны бурильных труб, |
кг/м |
[см .табл.47 и |
||||
формулу |
(61 )] ; L - |
длина колонны бурильных труб, |
м; Ужплот |
|||||
ность промывочной жидкости, |
г/см3 ; у - плотность металла труб |
|||||||
( ум = 7,85 |
г/см3). |
|
|
|
|
|
||
|
2) для |
случая наклонной скважины |
|
|
|
|||
|
|
|
Д, |
kcQyncos6(l + ftqQ) |
КВТ , |
|
(109) |
|
|
|
|
102 А |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
Ѳ - |
средний зенитный угол скважины, |
град; |
/ - |
коэффициент |
|||
трения при движении бурового инструмента в скважине. Для прак тических расчетов f можно принять равным 0,2 - 0,4.
Т а б л н д а 00
|
Значения коэффициента трения |
|
|||
Геолого-технические условия |
|
кс |
|||
Скважины вертикальные, пройденные в крепких породах |
1.2 |
||||
Скважины, пробуренные в крепких породах н имеющие искривление до 6° |
1.2Б |
||||
Скважины, пробуренные в мягких породах |
|
|
1.4 |
||
Скважины, пройденные под углом 80-75° |
к горизонту и имеющие ннтенг- |
1.8 |
|||
сявность искривления 4 |
на |
100 м |
|
|
|
|
|
|
|||
При использовании станков, у |
которое отсутствуют значе- |
||||
ния коэффициентов для расчета |
NA и |
NT , мощность на подъем ин |
|||
струмента определяется из выражения |
|
|
|||
ЛГ = ЛЬ*. |
к с Q Ѵ п |
|
КВТ |
(110) |
|
" |
|
|
|
|
|
или |
|
|
Ѳ} |
|
|
kcQупcosѲ(l + |
КВТ , |
|
|||
Д, |
102/ Ч Л |
|
|
||
|
|
|
|
||
где і}я- 0,8 + 0,85; |
значение |
і)т зависит от количества блоков в |
|||
талевой системе |
(см.табл.54). |
|
|
|
|
Для более точного определения мощности двигателей, потреб ной при подъеме, следует учитывать не только статику, но и ди намику системы. Эти вопросы подробно рассмотрен в работе £3б].
§ 4. Выбор талевой оснастки и расчет количества свечей, поднимаемых на разных скоростях
С целью ускорения спуско-подъемных операций при одновре менном использовании мощности двигателя и грузоподъемности ле бедки станка необходимо произвести расчет глубины, начиная с которой, следует применять талевую систему с определенной оснаст*- кой, а также расчет количества поднимаемых на разных скоростях свечей.
Необходимость применения талевой системы определяется из сравнения наибольшей нагрузки на крюк GKp с грузопрдъемностью лебедки бурового станка Ря . В случае QKp> Рл следует рассчи-
тать глубину, начиная с которой будет применяться талевая сис тема.
Талевую оснастку подбирает в зависимости от нагрузки на крик я грузоподъемности лебедки:
ТП = ------, |
(111) |
Ѵ Ч т |
|
где тп - число рабочих ветвей талевого каната (общее количест
во ветвей в остастке |
будет тп*2 ); |
Т]т - |
х.п.д. |
талевой системы |
|
(см.табл.54); д<()= |
= k e q L , |
кг, |
здесь |
q |
- вес 1 ы ко |
лонии бурильных труб, кг/м, (см.табл.47) . I - |
длина колонны бу |
||||
рильных труб, н; ке |
- коэффициент сопротивления при подъеме |
||||
инструмента из скважины (см.табл.55). Потери веса инструмента от погружения его в промывочную жидкость не учитываем, считая, что эти* потери компенсируются весом талевого блока и каната.
Подставив в формулу (111) значение |
QHp и решив относи |
||
тельно |
L при т = 1, |
получим |
|
|
L |
Рп-Ѵг |
(112) |
|
|
М |
|
где L - |
глубина, до которой подъем инструмента можно произво |
||
дить на пряном канате. |
|
|
|
Для расчета грузоподъемности лебедки при разных скоростях ее работы воспользуемся формулой (110), подставив в нее значе
ние 7УПИ (107) и приняв |
Nn = NM |
. Получим |
|
|
ЛГдаА = |
М |
ип |
КВТ |
|
102 г] |
|
|
||
откуда |
|
|
|
|
<3 = |
Л Ь * -102»? |
кг |
(113) |
|
|
|
К |
|
|
V = Ѵ Л ѴТ
I
[здесь т)л 0,8 + 0,85; î]Tзависит от количества роликов в
талевой системе (см .табл.54)] ; ѵп - |
скорость |
подъема инструмен |
|
та (крюка), м/сек, ип= |
(здесь |
ѵв - |
скорость навивки |
каната на барабан,м/сек; |
т - число рабочих ветвей в оснастке); |
||
Q - грузоподъемность лебедки, кг.
Подставляя в формулу (113) различные значения скоростей подъема инструмента, получим грузоподъемность лебедки ва раз ных скоростях работы станка
N . . X - 102-1? |
кг |
(И З ') |
л - __ -------------- L |
||
к. Ѵ„ |
|
|
Пользуясь формулами (И З ), можно определить количество свечей, поднимаемых на каждой из скоростей работы лебедки станка.
Количество свечей, поднимаемых на I скорости.
|
|
я |
Q* - |
Зд |
(114) |
|
|
|
i h* |
|
|
на П скорости |
z - |
Qg ~ Qa |
|
||
|
|
|
|||
|
|
|
? ІСВ |
|
|
где |
Qz , Q- , |
QQ - |
грувоподъемноЬть лебеди соответственно нд |
||
I , |
П и Шскоростях работы, |
кг; ісвдлина свечи, м; |
q - вес |
||
I м колонны бурильных труб, |
кг/м. |
|
|||
|
П р и м е р 5 . |
|
|
|
|
|
Бурение |
скважины производится на глубину 1500 м станком |
|||
30Ф-12ООМР. Бурильные трубы диаметром 50 мм нуфтово-замкового соединения, длиной по 4,5 м; длина свечи 18,5. Промывочная жидкость - нормальный глинистый раствор.
Определить потребную мощность на подъем инструмента, рас считать оснастку талевой системы с определением глубины перехо да с одной оснасти на другую, а также рассчитать количество свечей, поднимаемых на определенной скорости работы лебедки.
Р е ш е н и е . 1. Рассчитаем вес 1 м колонны бурильных
труб по формуле 61.
/
З і Р4-4,5-Ю,96 |
1500+1,7*243+6,9.81 |
|
|||
Я - " |
4,5 |
— |
■ |
1 |
= 6,88 кг/м ; |
|
|||||
|
|
1500 |
|
|
|
q |
=6,04 кг 1 |
|
|
|
|
q |
=0,96 кг |
L |
(табл.37) |
; |
|
q, |
- 1,7 КГ J |
|
|
|
|
q |
= 6,90 |
Кг |
(табл.38) . |
|
|
*ч |
|
|
|
|
|
п = 1522 - 81 свеча .
'18,5
п = 81 • 3 = 243 соединительные муфты по три в каждой свече. 2. Рассчитаем вес колонны бурильных труб в скважине.
Q = 6,88 • 1500 f l - |
= 9700 кг . |
\ |
7,85/ |
При этом весе инструмента нагрузка на крик при подъеме с учетом коэффициента сопротивлений при подъеме (см.табл.55)
будет <?кр= 1,4 * 9700 |
= 13600 |
кг. |
Грузоподъемность |
лебедки |
станка ЗИФ-1200МР Рл = 5500 кг, |
следовательно, при буреви^необходимо применять талевую систе
му.
3. По формуле (112) определяем глубину скважины, до которой можно работать без применения талевой систеш
L = 55Р° ■’ |
°«94 = 537 м . |
1,5 • |
6,88 |
4. Определяем глубину, до которой можно бурить с оснаст кой 1 x 2 , т .е . при т = 2:
г |
-= 5500 • |
0,92 *2 _ 1050 м |
^ |
1 |
1,4 |
* 6,88 |
|
После 1050 м следует |
применять |
оснастку 2 х 3, |
т .е . т = 4. |
5. Определяем потребную мощность двигателя: а) при бурении до глубины 530 м
N |
= |
_ Mv n |
_ 1.4-530-6.88-0.347-0.79 - 32 двт |
|
п |
102Ят)лТ)т |
102-1,3*0,85-0,94 |
При мощности двигателя для привода станка 55 хвт подъем инструмента можно производить на более высокой скорости рабо ты лебедки.
Рассчитаем грузоподъемность лебедки на разных скоростях ее работы (со П по УШ):
о |
= 55.:U?.-4S2,°t85.-0.92 |
= 2820 кг |
; |
||
Е |
|
1,4 • 1,44 |
|
|
|
о |
= 55*1.3*102-0.85-0.92 |
_ |
кг . |
||
- |
^ |
1,2 • 2,44 |
|
|
|
Q |
= 5JL*11.?.llQ2-Q tftA*QI.9?, = |
1340 кг |
; |
||
5 |
|
1,4 • 3,04 |
|
|
|
Q |
= 5,5,'1,3-^02-р ,85-0,92 |
= ибо кг; |
|
||
г |
_ |
1,4 • 3,54 |
|
|
|
q |
= 55:lI9,-lÇSl-9,l85,-0,92 |
= |
дао кг |
; |
|
-1,4 • 4,37
о 55-1.3-102-0.85-0.92 _ 755 кг .
*1,4 • 5,37
Q _ = 55-1.3-102-0.85-0.92 _ ggg кг .
ѵ1,4 - 6,10
При бурении до глубины 537 м нагрузка на кряк составят:
Окр= 1,4-6,88-537-0,847 = 4400 кг .
Количество свечей, поднимаемых на I скорости при полном
использовании мощности двигателя
*і ='.440 - 2620 = 12 свечей 6,88-18,5
Количество свечей, поднимаемых на И скорости,
|
__ 2820 - |
1670 _ g |
свечей , |
|
1 6,88 • |
18-5 |
|
Остальные |
свечи в количестве 8 штук |
( 2 9 - 1 2 - 9 ) следует |
|
поднимать на Шскорости работы станка. |
|||
б) |
при бурении до глубины 1050 м потребная мощность |
||
двигателя |
составляет |
|
|
М1,4-6.88-1050-0.847-0.79 = 32,5 КВТ.
102 Л і]л % т 102 . |
. 0>85 «0,92.2 |
Количество свечей, поднимаемых на I скорости работы (пол ное использование мощности двигателя),
z ' = 8550 - ,5640 = 7 свечей
’6,88 • 18,5
где 8550 = 6,88 кг/м • 1050 м • 1,4 ( і - |
5640 кг - |
грузоподъемность лебедки на П скорости при'оснастке 1 x 2 . Количество свечей, поднимаемых на П скорости,
|
5640 |
- ЗДв. = 18 свечей . |
|
|
6,88 |
18,5 |
|
Всего в колонне бурильных труб длиной 1050 м будет 57 |
|||
свечей. Оставшееся количество свечей (57 |
- 18 - 7 = 27) сле |
||
дует поднимать на Шскорости лебедки. |
|
||
в) |
при бурении до проектной глубины 1500 м. |
||
Потрубная мощность двигателя для подъема инструмента на |
|||
I скорости при оснастке 2 x 3 равна |
|
||
.. |
1.4-6.88-1500-0.847-0.79 |
-------- |
|
Я“ " 102 • 4,3-0,86 .0,90 - 4 |
™ |
' |