Анализ затрат мощности на процесс бурения.

В процессе бурения скважины мощность двигателя бурового станка расходу­ется на выполнение ряда действий т.е.:

N_бур. = N_ст. + N_бт. + N_заб.

Где: N_ст. -потери мощности в двигателе и в механизмах бурового станка,

N_бт. – потери мощно­сти на вращение колонны бурильных труб,

N_заб. -затраты мощности на забое скважины для разрушения породы (единственно полезные и необходимые).

Очевидно, чтобы осуществить бурение, суммар­ные затраты мощности на процесс бурения не должны превышать мощность двигателя.

Поскольку условия процесса бурения прямо влияют на затраты мощности, а пара­метры режима бурения, в свою очередь, прямо зависят от величины передаваемой на забой мощности, ана­лиз затрат мощности позволяет оценить возможности в выборе величин параметров ре­жима бурения, в первую очередь частоты вращения, и определить резервы снижения непроизводительных затрат (потерь) мощности в станке и на вращение бурильных труб.

1. Потери мощности в станке -N_ст.. Эти потери связаны с преодолением трения в элементах механической передачи станка от двигателя до вращателя. Эти потери разде­ляются на две части: - потери не связанные с изменением частоты вращения, т.е. В деталях, вращающихся с по­стоянной частотой (двигатель, фрикцион, первичный и промежуточный валы коробки пе­редач), и потери, прямо пропорционально зависящие от частоты вращения: - (вторичный вал коробки передач, промежуточная коробка, вращатель). Общие потери в станке можно оценить по выражению:

N_ст. = a + б · n

Где а и б опытные коэффициенты индивидуальные для каждого станка, завися­щие от марки станка, его состояния, износа, ремонта, обслуживания. Ориентировочные примерные значения коэффициентов для разных типов и марок буровых станков приводят­ся в справочниках. Для отечественных шпиндельных станков значения коэффициентов можно принимать в пределах а = (1,1 ÷ 2,7)квти б = (5,0 ÷ 6,8) ∙ 10^-3 ∙ n,кВт

2. Затраты (потери) мощности на вращение колонны бурильных труб - N_бт.. Затраты мощности на вращение бурильных труб, учитывая, что при геологоразведочном бурении практически не применяются забойные двигатели, составляют значительную часть от общих затрат мощности и их доля растет с ростом глубины скважины, достигая иногда до 90% от всех затрат мощности на бурение. Поэтому их анализ имеет особо важ­ное значение!

Затраты мощности на вращение бурильных труб можно условно разделить на две части: затраты на холостое вращение – N_хв..т.е. затраты на вращение колонны труб, сво­бодно подвешенных в скважине, и дополнительные затраты -N_доп., зависящие от вели­чины осевой нагрузки, из-за которой нижняя часть колонны труб изгибается и прижима­ется к стенкам скважины, тем больше чем больше F_ос, вызывая дополнительные затраты мощности на преодоление дополнительных сил трения труб о стенки скважины:

N_бт. = N_хв.+ N_доп.

Теоретически рассчитать затраты мощности на вращение бурильных труб не пред­ставляется возможным из-за большого количества факторов, влияющих на эти затраты, и невозможность их точного учета в условиях реального бурения. Поэтому предложено не­сколько методик расчета затрат мощности на вращения бурильной колонны в процессе бурения, построенных на использовании опытных коэффициентов, отражающих степень влияния основных факторов бурения Основные из них методика ВИТР’а и методика СКБ.

Поскольку методика ВИТР´а упрощена и отражает лишь малую часть факторов, она при­годна только для очень приблизительных оценок.

Методика СКБ, основанная на большом количестве стендовых и производственных экспериментов, гораздо реальнее отражает за­траты мощности на вращение бурильных труб в разных условиях и поэтому может быть рекомендована для ответственных расчетов, тем более, что она позволяет полнее увидеть резервы снижения затрат мощности в реальных условиях бурения. По методике СКБ при анализе затрат мощности на вращение бурильных труб учитывается влияние практически всех основных, факторов, обуславливающих условия вращения бурильной колонны (9 ко­эффициентов). Суммарные затраты мощности на вращение бурильных труб - холостое вращение и дополнительные, за счет осевой нагрузки, определяются по формуле:

N_бт.= 10^-5· К_см.· К_скв. · К_мт.· ( К_ст. · К_кт. · К_жт.· К_и.· К_н.· К_δ. · D · L^0.75 · n^1.85 + 2 · δ · С_ос. · n)

Где: К_см - коэффициент смазывающих свойств очистного агента: вода - 1; вяз­кий глинистый раствор - 1,3; малоглинистый раствор - 1,1; эмульсия и полимерные жидкости - 0,75;эмульсия + КАВС-0,65