4.6.Экономическая оценка эффективности разрушения горных пород при бурении
Экономическая оценка эффективности бурения оценивается стоимостью метра пробуренной скважины. Зависимость для расчета стоимости метра имеет следующий вид [19, 31]:
(4.21)
где
- стоимость станко-смены, руб.;
Т – длительность станко-смены, ч;
- механическая скорость бурения, м/ч;
-
время, затраченное непосредственно на
углубление ствола скважины, час;
-
длина рейсовой проходки, м;
Ц – стоимость бурового инструмента, руб.;
L – проходка буровым инструментом (ресурс инструмента), м.
При бескерновом бурении длина рейсовой проходки равняется проходке буровым инструментом.
При колонковом бурении длина рейса ограничивается длиной керноприемной трубы, что при бурении снарядом со съемным керноприемником требует прекращения углубки ствола, подъема и последующего спуска керноприемника, что несколько снижает время, затрачиваемое непосредственно на углубление ствола скважины. Бурение снарядом без съемного керноприемника требует подъема всей бурильной колонны из скважины для извлечения керна, что еще более снижает долю времени Тб.
Из зависимости (4.21) следует, что стоимость метра бурения определяется такими параметрами как механическая скорость бурения, стоимость бурового инструмента и его ресурс.
Анализ зависимости показывает, что на стоимость метра пробуренной скважины наиболее значительно влияет ресурс инструмента, а повышение механической скорости бурения будет оправдано при условии сохранения эффективного ресурса бурового инструмента.
На рис. 4.29 приведена кривая равной стоимости 1 метра проходки скважины, в координатах проходки на буровой инструмент и механической скорости бурения, по данным И.Ф.Вовчановского, для долот типа ИСМ [24]. Из приведенных зависимостей следует, что одинаковую стоимость 1 метра бурения скважины можно получить как путем увеличения механической скорости бурения, уменьшая при этом стойкость бурового инструмента, так и в результате повышения стойкости инструмента, но снижения механической скорости бурения. Выбор оптимального варианта сочетания стойкости бурового инструмента и механической скорости бурения следует производить с учетом глубины скважины.
При возрастающей глубине скважины более важной характеристикой будет большая стойкость инструмента, что позволит повысить время, затраченное на углубление скважины в балансе общих затрат времени на производство работ.
При бурении неглубоких скважин, когда спуско-подъемные операции занимают сравнительно малую долю в общем балансе производительного времени, можно допустить вариант форсированного бурения на высоких механических скоростях, но с несколько ограниченным ресурсом инструмента.
П
оиск
оптимальных условий производства
буровых работ, параметров режима бурения,
ориентированных на минимальную стоимость
метра пробуренной скважины, является
типичной задачей оптимизации.
При решении этой задачи опытным путем можно получить зависимости, отражающие влияние параметров режима бурения на ресурс бурового инструмента и значения механической скорости бурения при определенных постоянных значениях глубины скважины, горно-геологических условиях бурения и применяемых типах бурового инструмента. Полученные данные позволяют рассчитать стоимость метра проходки для каждого варианта сочетания параметров режима бурения и выбрать, таким образом, оптимальные параметры режима бурения для определенных условий производства работ.
На рис. 4.30 приведены подобные кривые, отражающие многосложную связь условий и параметров, определяющих себестоимость бурения шарошечными долотами большого диаметра. Как следует из графиков, по минимуму стоимость метра проходки следует выбрать следующие параметры режима бурения: частота вращения долота 400 мин-1, осевая нагрузка около 180 кН, т.к. повышение частоты вращения долота приводит к снижению проходки на долото и повышению стоимости метра бурения.
Оптимальные параметры режима бурения, выбор которых осуществляется по минимуму стоимости метра проходки, как правило, соответствуют наиболее эффективному процессу разрушения горных пород, который будет характеризоваться минимальными затратами энергии на разрушение, высокими значениями механических скоростей бурения и эффективным ресурсом бурового инструмента.
Пример 1. При бурении на месторождении используются двухшарошечные долота типа ДДА-59 и трехшарошечные долота типа 3Ш-59К-ЦА. При равной стоимости – 3000 рублей за долото, эти долота показывают различную механическую скорость – 12 и 9 метров в час и ресурс – 9 и 12 метров соответственно. Стоимость станко-смены продолжительностью 8 часов – 32000 рублей. Время бурения в общем балансе затрат времени на производство работ – 50%.
Рассчитаем стоимость метра бурения долотом ДДА-59:
руб.
Аналогично рассчитаем стоимость метра бурения трехшарошечными долотами. В этом случае стоимость метра бурения составит 2010 рублей.
Для повышения эффективности бурения долотами ДДА произведена их модернизация путем размещения двух гидромониторных насадок (работы выполнены Иркутским отделением ВИТР). Стоимость долот, получивших обозначение ДДА-С, повысилась до 3500 рублей. Испытания показали, что достигнут рост механической скорости на 20% - ( 14 м/час) и проходки на долото на 40% - (12 м).
Стоимость метра бурения долотом ДДА-С составила 1897 рублей, что подтвердило эффективность модернизации долот в сравнении со стандартным инструментом.
Пример 2. При бурении на месторождении применяют снаряд со съемным керноприемником (КССК). Длина керноприемника 4,5 м, что задает значение рейсовой проходки lp=4,5 м. Ресурс буровой коронки 50 м, её стоимость 5000 рублей. Механическая скорость бурения 4,5 м/ч. При стоимости станко-смены 32000 рублей, длительности смены 8 часов и затратах времени непосредственно на бурение 6 часов стоимость метра скважины будет равна:
руб.
Ограничение длины рейсовой проходки до 2,5 метра в связи с заклиниванием и истиранием керна при бурении трещиноватых пород привело к повышению непроизводительных затрат и снижению времени, затрачиваемого на бурение до 5 часов, ресурса инструмента до 40 метров и механической скорости бурения до 4 м/ч, что следующим образом отразилось на повышении стоимости метра:
руб.
Таким образом, влияние рейсовой проходки и ресурса бурового инструмента наиболее значительно при формировании затрат на бурение.
При бурении скважины буровым снарядом без съемного керноприемника произойдет рост затрат времени на проведение спуско-подъемных операций (СПО) и снижение доли времени Тб.
При бурении неглубоких скважин (до 200-250 м), при прочих равных условиях, в сравнении с КССК или ССК, это не приведет к значительному росту стоимости метра бурения, но может отразиться на качестве керна и, соответственно, на стоимости бурения, если, например, для повышения сохранности керна при бурении потребуется несколько ограничить длину рейсовой проходки.
При проходке более глубоких скважин (250-300 м) затраты на бурение снарядом со съемным керноприемником будут значительно ниже даже при большей длине керноприемной части колонкового набора. Например, если время бурения Тб будет равно 3 часа, при длине колонковой трубы 6 м, то при сохранении значений всех остальных данных, использованных в первом расчете, стоимость метра бурения будет равна:
руб.
Если для повышения сохранности керна в колонковой трубе потребуется ограничить длину рейсовой проходки, это приведет к еще более значительному росту стоимости метра бурения. Например, если длина рейсовой проходки будет равна рейсу при бурении КССК – 4,5 м, то стоимость метра бурения составит:
руб.
При последних расчетах не учтено то обстоятельство, что при проведении СПО, особенно в наклонных и искривленных скважинах, снижается ресурс как бурового снаряда, так и дорогостоящего бурового инструмента вследствие изнашивания о стенки скважины при подъеме и спуске. Опыт буровых работ показывает, что изнашивание буровых коронок и долот, расширителей, калибраторов в процессе спуска-подъема может быть очень велик. Другим важным обстоятельством, повышающим эффект от применения снарядов со съемным керноприемником, является то обстоятельство, что при спуско-подъемных операциях перепады давления промывочной жидкости, вызванные перемещением снаряда вызывают разрушение стенок скважины и их обваливание, соответственно сокращение операций СПО способствует сохранению ствола скважины без каких-либо дополнительных технологических операций. По этим причинам расчетная стоимость метра бурения снарядом без съемного керноприемника может быть еще выше. Соответственно, будут еще более значительны аргументы в пользу выбора для производства работ снарядов со съемным керноприемником, особенно если учесть, что в настоящее время отечественными и зарубежными производителями предлагаются буровые коронки, ресурс которых может составлять не десятки, а сотни метров.
Контрольные вопросы к главе 4
1. Назовите основные механические способы разрушения горных пород при бурении.
2. Сформулируйте основную зависимость механической скорости бурения от площади забоя скважины, энергоемкости и затрат мощности для разрушения породы.
3. Назовите основные пути интенсификации процесса разрушения горных пород при бурении.
4. Каким образом влияет площадь забоя скважины на эффективность разрушения горной породы при бурении?
5. Каково влияние удельного контактного давления на процесс разрушения горной породы при бурении?
6. В чем механизм поверхностного, усталостного и объемного разрушения горной породы при бурении?
7. Основная зависимость глубины разрушения горной породы резцами и механической скорости бурения от частоты вращения бурового инструмента.
8. Какова связь крутящего момента на забое от частоты вращения, осевого усилия на инструмент и углубки инструмента в породу за один оборот вращения на забое?
9. Влияние подачи промывочной жидкости на механическую скорость бурения и затраты мощности на бурение.
10. Причины и основные закономерности формирования зоны предразрушения при механических способах разрушения горных пород.
11. Каков механизм формирования винтообразных стволов скважины и керна?
12. Причины возникновения колебаний бурового инструмента и их виды. Каковы режимы работы бурового инструмента и их влияние на процесс разрушения породы?
13. Какова зависимость стоимости бурения от механической скорости бурения и ресурса бурового инструмента?