Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчеты процессов и механизмов в бурении скважин. Учебно-методическое пособие
.pdf
31
Таблица исходных данных
Параметр
Наименование
Единица
измерения
Пределы изменений
от
до
Q
кр
Нагрузка на крюке
Н
0
55000
F
Площадь опасного сечения
м
2
2,16*10
-4
7,06*10
-4
Mб Крутящий момент при бурении
Н*м
70
6500
W
р
Полярный момент сопротивления
м
3
5,4*10-6
10,6*10-6
N
б
Мощность, затрачиваемая на бурение
кВт
1,5
70
d
н
Наружный диаметр бурильных труб
м
42
54
d
в
Внутренний диаметр бурильных труб
м
22
40
P
ос
Осевая нагрузка на забой
Н
0
120000
E
Модуль упругости
Н/м
2
0,7*1011
2,1*1011
D
Диаметр скважины
м
0,037
0,133
f
Стрела прогиба
м
0,01
0,025
Угловая скорость вращения снаряда
с
-1
8,3
156
N
гр
Затраты мощности на вращение
колонны бурильных труб
кВт
12
40
N
з
Затраты мощности на разрушение
забоя
кВт
1,2
2,5
[
g
]
Предел прочности материала,
из которого изготовлены
бурильные трубы
Н/м
2
230*105
683*105
32
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 15
СОПОСТАВЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
БУРОВОГО СНАРЯДА И ПАРАМЕТРОВ КЕРНА
ПРИ СРЫВЕ ВРАЩЕНИЕМ
1. Принципиальная схема и таблица исходных расчетных данных пред-
ставлены ниже.
Рис. 1. Схема бурового снаряда
Таблица исходных данных
Параметр
Наименование
Единица
измерения
Пределы изменений
от
до
d
н
Наружный диаметр бурильных труб
м
32*10-3
73*10-3
dвн
Внутренний диаметр бурильных труб
м
22*10
-3
59*10
-3
Dн Наружный диаметр
колонковой трубы
м
34*10-3
219*10-3
D
вн
Внутренний диаметр
колонковой трубы
м
27*10-3
203*10-3
D
к
Диаметр керна
м
23*10-3
199*10-3
[]
Прочность материала труб
при кручении
МПа
162
284
[]
Прочность горных пород
при кручении
МПа
1,5
56,0
33
2. Основные аналитические зависимости.
Момент срыва керна М
ср
равен моменту реакции керна М
к
, Н*м :
,
где W
тр
— момент сопротивления поперечного сечения труб, м3:
а) бурильных труб:
;
б) колонковых труб:
;
Wк — момент сопротивления поперечного сечения керна, м3:
.
3. Основные аналитические задачи:
3.1. Задайте некоторое значение прочности горной породы и материала труб.
Постройте графики зависимости минимальных значений наружного диаметра бу-
рильных труб (при постоянной толщине стенок) от диаметра керна.
3.2. При тех же условиях постройте график зависимости диаметра колонковой
трубы от диаметра срываемого керна.
3.3. Задайте некоторый постоянный диаметр керна и материала труб. По-
стройте графики зависимости минимального диаметра бурильных труб от прочно-
сти горной породы.
3.4. При тех же условиях постройте график зависимости диаметра колонковой
трубы от прочности горной породы.
3.5. Задайте диаметры труб и керна, постройте график зависимости необхо-
димой прочности труб от диаметра срываемого керна.
3.6. Задайте диаметры труб, прочность горной породы и постройте график за-
висимости необходимой прочности труб от диаметра срываемого керна.
3.7. Повторите расчеты 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6 при измененных начальных
условиях.
34
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 16
АНАЛИЗ ВЗАИМОСВЯЗИ МОЩНОСТИ ПРИВОДА,
КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
БУРОВОГО ПРОМЫВОЧНОГО НАСОСА
1. Принципиальная расчетная схема представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема расчета
2. Основные расчетные формулы:
,
где M — крутящий момент, кГс*м;
— частота вращения, об/мин;
Nдв — мощность двигателя (при К1 = 973 кВт, а при К2 = 713 л. с.).
;
;
,
где Q — расход промывочной жидкости, м3/мин;
S — площадь поршня, м2;
I
рх —
ход поршня, м;
Р — рабочее давление в напорной магистрали, кГс/м2;
R
кшм —
радиус кривошипа, м.
35
3. Расчетно-аналитические задачи:
3.1. При постоянной мощности асинхронного двигателя рассчитайте:
- как влияет площадь поршня S на эксплуатационные характеристики насоса
(построить графики P = f1(S) и Q = f2(S) для N = 10, … 50 кВт);
- как влияет радиус кривошипа и величина рабочего хода поршня на эксплу-
атационные характеристики насоса.
3.2. С изменяемой мощностью рассчитайте до какой глубины возможно при-
менение насоса с приводом 10, 20, … 50 кВт, если гидросопротивления на каждые
100 м скважины при алмазном бурении (Q=300 л/мин) составляют 10 атм, при твердосплавном бурении (Q = 60 л/мин) — 7 атм, при шарошечном бурении
(Q = 100 л/мин) — 15 атм.
36
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 17
РАСЧЕТ ЭРЛИФТА ДЛЯ ОТКАЧКИ ВОДЫ ИЗ СКВАЖИНЫ
Условия откачки:
- проектный дебит откачки Q, м3/ч;
- глубина статического уровня в скважине h0, м;
- проектное понижение уровня воды при откачке hп, м;
- мощность водоносного горизонта m, м;
- глубина залегания водоносного горизонта L, м;
- конструкция эрлифта с расположением эрлифтных труб по схеме «рядом».
1. Расчет глубины погружения смесителя
1.1. Определение проектного динамического уровня воды в скважине, при
откачке воды относительно излива:
,
где проектный динамический уровень, м;
— статический уровень, м;
— проектное понижение уровня, при откачке (), м, m — мощ-
ность водоносного горизонта, м;
высота расположения излива относительно устья скважины (0,5 м), м.
1.2. Определение глубины погружения смесителя относительно уровня из-
лива, при проектном динамическом уровне воды в скважине:
,
где Н — погружение смесителя относительно уровня излива, м;
динамический уровень относительно излива, м;
К — коэффициент погружения смесителя.
Абсолютная величина коэффициента погружения смесителя К в зависимости
от динамического уровня определяется опытным путем и поэтому принимается при
расчетах согласно табл. 1.
37
Таблица 1
Зависимость коэффициента погружения
смесителя эрлифта от динамического уровня
70–40
60–20
30–10
К
1,4–1,6
1,7–2
2,5–3
2. Расчет расхода и давления воздуха,
нагнетаемого в эрлифтную систему
2.1. Определение удельного расхода воздуха для откачки из скважины
1 м3 воды:
,
где W
0 —
удельный расход воздуха, приводимый к 1 атм или 0,1 МПа, м
3
/мин;
— динамический уровень воды в скважине, м;
К — принятый коэффициент погружения смесителя;
С
0
— опытный коэффициент, зависящий от коэффициента погружения сме-
сителя, принимается согласно табл. 2.
Таблица 2
Зависимость коэффициента С0 от К
К 4 3,35
2,85
2,5
2,2 2 1,8
1,7
1,55
С0 14,3
13,9
13,6
13,1
12,4
11,5
10 9 8
При расчете удельного расхода воздуха для откачки из скважины жидкостей,
имеющих удельный вес больше единицы (, г/см
3
, необходимо W0 умножить
на γ
ж
.
2.2. Определение полного расхода воздуха для откачки воды из скважины
с проектной производительностью Q, м
3
/ч:
,
38
где
суммарный полный расход воздуха, приведенный к 1 атм или
0,1 МПа, м
3
/мин;
Q — проектный дебит откачки, м3/мин
W0 — удельный расход воздух, приведенный к 1 атм или 0,1 МПа, м3/мин.
3. Расчет необходимого давления и производительности
для выбора компрессора
3.1. Определение необходимого давления сжатого воздуха, при спуске ком-
прессора:
,
где Рп — пусковое давление компрессора, МПа;
К — принятый коэффициент погружения смесителя;
hg — динамический уровень воды в скважине, м;
h0 — статический уровень воды в скважине, м;
P
0
—
потери напора в воздухопроводах, при спуске компрессора:
м. вод. ст.
3.2. Определение рабочего давления компрессора в процессе откачки воды
из скважины:
,
где Рр — рабочее давление компрессора, МПа;
hg — динамический уровень воды в скважине, м;
К — принятый коэффициент погружения смесителя;
P2 — потери напора в воздухопроводах при процессе откачки.
3.3. Определение рабочего расхода сжатого воздуха в процессе откачки
воды из скважины с проектной производительностью Q, м
3
/ч:
,
где Wp — рабочий расход промывочной жидкости, м3/мин;
39
— полный расход воздуха, приведенный к 1 атм или 0,1 МПа, м3/мин;
Р
0
— атмосферное давление воздуха, Р0=0,1 МПа;
Р
р
— рабочее давление сжатого воздуха, МПа.
3.4. Выбор компрессора для оборудования эрлифта.
Для откачки воды из скважины проектной производительностью Q давление
компрессора Р
к
и производительностью компрессора qк выбирается согласно сле-
дующим условиям:
; ;
.
4. Расчет внутренних диаметров эрлифтных колон
4.1. Выбор скоростей движения потоков воздуха и аэрированной воды в
эрлифтных колоннах труб.
Для устойчивой и эффективной работы эрлифта необходимо обеспечить сле-
дующие скорости движения потоков воздуха и аэрировонной воды в эрлифтных ко-
лоннах труб:
а) V
в —
скорость потока в воздухопроводной колонне труб: Vв = 10 м/с;
б) V
c —
скорость потока аэрированной воды в водоподъемной колонне труб
над смесителем: V
c
= (2-4) м/с;
в) V
н —
скорость потока аэрированной воды в водоподъемной колонне труб,
перед изливом: Vн= (6-12) м/с.
Vc и Vн зависят от hg (чем больше hg, тем больше Vc и Vн).
4.2. Расчет площади сечения потока воздуха в воздухопроводной колонне:
,
где площадь сечения потока воздуха в воздухопроводной колонне, м
2
;
W
p —
рабочий расход сжатого воздуха, м
3
/мин;
V
p —
скорость потока воздуха в воздухопроводной колонне, м/с.
40
4.3. Расчет площади потока аэрированной воды в водоподъемной колонне.
4.3.1. Определение расхода воды над смесителем:
,
где
— расход аэрированной воды над смесителем, м3/с;
проектный дебит откачки, м
3
/ч;
— рабочий расход сжатого воздуха, м3/мин.
4.3.2. Расчет площади сечения потока аэрированной воды над смесителем:
,
где площадь сечения потока над смесителем, м
2
;
— расход потока над смесителем, м3/ч;
скорость потока над смесителем, м/с.
4.3.3. Определение расхода аэрированной воды перед изливом:
,
где расход аэрированной воды перед изливом, м
3
/ч;
Q — проектный дебит откачки, м3/ч;
— суммарный полный расход воздуха, приведенный к 1 атм или 0,1
МПа, м
3
/мин.
4.3.4. Расчет площади сечения аэрированного воды перед изливом:
,
где площадь потока перед изливом, м
3
;
расход потока перед изливом, м
3
/ч;
скорость потока перед изливом, м/с.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]