Затраты мощности на вращение бурильной колонны
Выбор агрегата определенной мощности зависит от двух основных процессов: собственно бурения и спускоподъемных операций (СПО). Определяющими при этом, как правило, являются затраты мощности на процесс бурения скважин.
Колонна бурильных труб соединяет породоразрушающий инструмент, находящийся на забое, с буровой установкой. В процессе бурения вращающаяся бурильная колонна преодолевает силы сопротивления по длине колонны и на забое скважины.
Общие затраты мощности Nб без учета потерь энергии в оборудовании на поверхности подразделяются на составляющие, каждая из которых пропорциональна частоте вращения снаряда (n) [24]:
N6= N3 + Nдоп + Nхв + Ncт , кВт,
где Nб – мощность двигателя, расходуемая в процессе собственно бурения;
N3 – мощность, потребляемая в зоне работы породоразрушающего инструмента;
Nдоп – дополнительная мощность, затрачиваемая на вращение сжатой части бурильной колонны, которая линейно зависит от осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент и частоты вращения;
Nхв – мощность, расходуемая на холостое вращение колонны бурильных труб;
Nст – мощность, потребляемая при работе собственно бурового станка.
При использовании дизельного привода к мощности двигателя, расходуемой в процессе собственно бурения, следует добавить мощность, расходуемую на привод насоса.
Существуют многочисленные методики и формулы для определения количества и характера составляющих мощности [7,14 20, 24].
При разрушении породы на забое энергия затрачивается как на собственно процесс разрушения породы, так и на преодоление сил трения между инструментом, стенками скважины и забоем.
1. При бурении твердосплавными коронками
Nз= 5,3·10-4РnDср(0,137+µ),
где Р- осевая нагрузка на коронку, даН; n – частота вращения коронки, об/мин; Dср= ( Dн +Dвн)/2 (здесь Dн и Dвн- наружный и внутренний диаметры коронки по резцам, м); µ - коэффициент трения резцов коронки о породу забоя (µ изменяется от 0,12 до 0,40).
2. При бурении алмазными коронками
Nз= (3÷4)·10-4РnDср.
3. При бескерновом бурении
Nз= 10-3 µРnD
Для долот диаметром 76 мм и более µ=0,17, диаметром 59 мм и менее µ=0,10. Обозначения в формулах 2 и 3 те же, что и в формуле 1.
Мощность на вращение колонны бурильных труб составляет основную долю от общих затрат мощности и складывается из двух составляющих: мощности на холостое вращение колонны (Nхв), расходуемой на вращение подвешенной над забоем скважины колонны бурильных труб и передачу полезного крутящего момента, необходимого для разрушения горных пород на забое; дополнительной мощности (Nдоп), затрачиваемой на вращение сжатой части бурильной колонны, которой создается осевая нагрузка.
Для вертикальных и слабонаклонных скважин (до 750) рекомендуются формулы для расчета Nхв:.
для высоких частот вращения колонны бурильных труб при n>n0
Nхв= kс(2,0×10-6qdn2+0,8×10-3qd2n)L,
для низких частот вращения колонны бурильных труб при n<n0
Nхв= 1,44×10-3 kсqd2nL,
где kс – коэффициент, учитывающий влияние смазки и промывочной жидкости (kс=0,8¸1,5); n0=(0,32×103)d2/d – граница раздела зон частоты вращения колонны бурильных труб; d - радиальный зазор ( D – d)/2), м; D и d – диаметр скважины и наружный диаметр бурильных труб, м; q – масса 1м трубы в сборе, кг; n – частота вращения бурового снаряда, об/мин; L – глубина скважины, м.
Для горизонтальных скважин: при диаметре скважины 59 мм и бурильных трубах СБТН-42 мм
Nхв= (3,5×10-7n2 –3,5×10-5n+3,4×10-2)L .
При диаметре скважин 59 мм и бурильных трубах СБТН – 50 мм для определения Nхв применяется формула:
Nхв= (2,75×10-7n2 –2,6×10-5n+4×10-2)L .
При диаметре скважины 76 мм и бурильных трубах СБТМ-50 мм
Nхв= (6,17×10-7n2 –1,25×10-4n+4×10-2)L .
Для расчета дополнительной мощности (Nдоп ) используется формула:
Nдоп= 2,45×10-4 Pnd,
где P – осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, даH; n – частота вращения колонны бурильных труб, об/мин; d – радиальный зазор, м
Мощность, потребляемая в трансмиссии и других узлах бурового станка, рассчитывается по формуле:
Ncт= 1,1Nдв(6·10-2+1,2·10-4n),
Ncт=Всn,
где Nдв – мощность приводного двигателя, кВт; Вс – опытный коэффициент, характеризующий переменные потери в станке, кВт×мин/об (табл. 40).
Таблица 40
Значение опытного коэффициента Вс
для различных типов буровых станков
| Тип станка | Вс, кВт×мин/об |
| ЗИФ–1200 МР ЗИФ–650 М СКБ-4 СКБ-5 СКБ-7 | 8,2×10-3 8,8×10-3 5,5×10-3 5,0×10-3 6,8×10-3 |
На основании произведенных расчетов необходимо оценить экономическую целесообразность применения выбранного бурового агрегата.
Дата добавления: 2015-06-27; просмотров: 4582;