Дизель-электрический привод состоит из приводного электродвигателя, связанного с исполнительным механизмом; генератора, питающего этот электродвигатель; дизеля, приводящего во вращение генератор.
Силовые приводы подразделяют на индивидуальный и групповой. Индивидуальным называется такой привод, который приводит в действие один исполнительный механизм или отдельные его части. Групповым называется такой привод, который приводит в действие два и более исполнительных механизма.
Технология бурения нефтяных и газовых скважин имеет свои особенности и предъявляет определенные требования к силовому приводу.
В процессе бурения основная часть мощности потребляется буровыми насосами и ротором, а в процессе спуско-подъемных операций - лебедкой и компрессором. Работа насосов в процессе бурения характеризуется постоянством нагрузки на силовой привод. Во время спуско-подъемных операций привод имеет резко переменную нагрузку - от нулевой (холостого хода двигателей) до максимальной. При подъеме инструмента из скважины необходимо обеспечить в начале подъема каждой свечи плавное включение лебедки и постепенное увеличение скорости подъема, так как резкое включение и мгновенное увеличение скорости могут привести к разрыву талевого каната или поломке оборудования. При ликвидации аварий в скважине привод часто работает с резко переменными нагрузками, превышающими расчетные.
К силовому приводу буровых установок предъявляются следующие требования: соответствие мощности условиям работы и сполнительных механизмов, гибкость характеристики, достаточная надежность и экономичность.
Гибкость характеристики определяется способностью привода автоматически или при участии оператора быстро приспосабливаться в процессе работы к изменениям нагрузок и скоростей работы исполнительных механизмов при условии рационального использования мощности.
Нагрузки и скорости буровой лебедки и ротора в процессе работы могут изменяться в больших пределах (1:4 – 1:10). Двигатели не обладают такой гибкой характеристикой, поэтому в приводах современных буровых установок применяют устройства искусственной приспосабливаемости, т. е. между двигателем и исполнительным механизмом устанавливают промежуточные передачи.
2.3.2.4 Выбор буровой вышки и талевой системы
Буровая вышка предназначена для подъема и спуска бурильной колонны и обсадных труб в скважину, удержания бурильной колонны на весу во время бурения, а также для размещения в ней талевой системы, бурильных труб и части оборудования, необходимого для осуществления процесса бурения.
В настоящее время при бурении на нефть и газ используют металлические вышки башенного и мачтового типов. Из вышек мачтового типа применяются А-образные.
Ее выбор осуществляется по высоте Н, м, и по грузоподъемности Q.
Определим высоту вышки (Н, м) по формуле:
Н = k*Lсв, (2.3.16.)
где k- коэффициент, предупреждающий затягивание бурового снаряда в кронблок при его переподъеме (обычно k = 1,2-1,5);
Lсв - длина свечи, зависящая от глубины скважины, м.
Принимаем k = 1,5; Lсв = 24 м.
Н= 1,5*24 = 40 м.
Таким образом, вышка ВМУ-45*200У, входящая в комплект выбранной буровой установки, вполне подходит для выполнения проектируемых работ.
Талевая (полиспастовая) система буровых установок предназначена для преобразования вращательного движения барабана лебедки в поступательное (вертикальное) перемещение крюка и уменьшения нагрузки на ветви каната.
Через канатные шкивы кронблока и талевого блока в определенном порядке пропускается стальной талевый канат, один конец которого крепится неподвижно, другой конец, называемый ходовым (ведущим), крепится к барабану лебедки.
По грузоподъемности и числу ветвей каната в оснастке талевые системы разделяют на различные типоразмеры. В буровых установках грузоподъемностью 50 – 75т используют талевую систему с числом шкивов 2Х3 и 3Х4; в установках грузоподъемностью 100 - 300т применяют число шкивов 3Х4, 4Х5, 5Х6 и 6Х7. В обозначении системы оснастки первая цифра показывает число канатных шкивов талевого блока, а вторая цифра число канатных шкивов кронблока.
Произведем расчет оснастки и выбор талевого каната.
Вычислим количество рабочих ветвей по формуле:
m = Qкр/Рл*ηm, (2.3.17.)
где Qкр - вес бурового снаряда, Н;
Рл - грузоподъемность лебедки станка, Н;
ηm - КПД талевой системы, равный 0,8 - 0,9.
Так как наибольший вес (173,5 т) будет иметь тех. колонна диаметром 245мм , то производить расчет будем только для этой колонны:
m = 1735000/(200000*0,9) =10 ветвей.
Общее количество ветвей каната при симметричной системе равно:
m0 = m+2
m0 = 10+2=12.
Следовательно, будет применяться оснастка 5x6.
Длина талевого каната в оснастке Lоc. зависит от числа струн m в ней и полезной высоты вышки hn.
Lоc = (m +2)* hn+l3, (2.3.18.)
где 13 = 30 м - длина каната, наматываемого на барабан.
Lоc = (12+2)*40+30 = 590 м.
Тогда вес каната
Gк = Lоc*qк, (2.3.19.)
где qк- вес 1 м каната.
Gк = 590*33,8 = 19942 Н = 19,94 кН.
Определим наибольшую статическую нагрузку на подвижные струны каната талевой системы:
Рт с = L*q + lубт*qубт + Gтс (2.3.20.)
где L - длина бурильных труб, м;
q - вес 1 м бурильных труб, Н;
lубт - длина УБТ, м;
qубт - вес 1 м УБТ, Н;
Gтс - вес талевого блока, каната и крюка, Н. Рассчитаем Gтс :
Gтс = Gтб +Gканата +Gкрюка (2.3.21.)
Gтс = 67000+19942+35000 = 121942 Н = 121,94 кН.
Для снаряда при бурении под колонну диаметром 324 мм:
L = 922 м, q = 319Н. lубт= 98м, qубт = 1.56 кН.
Ртс = 922*319+ 98*1560+121942 = 568940= 568.94 кН.
Статическая нагрузка на 1 струну:
Р = Ртс / m,
где m - число ветвей талевой системы.
Р =568.94/12 = 47.41 кН.
Для снаряда при бурении под колонну диаметром 245 мм:
L = 2364.5, q = 319Н, lубт= 85.5м, qубт = 1.56 кН;
Ртс = 2364.5*319+85.5*1560 + 121942 = 1009608Н = 1009.608 кН.
Статическая нагрузка на 1 струну:
Р = 1009.608 /12 = 84.13 кН.
Для снаряда при бурении под колонну диаметром 140 мм:
L = 2936 м, q = 319 Н, lубт= 89 м, qубт= 1,56 кН.
Ртс = 2936*319+89*1560+ 121942 = 1197366 Н= 1197.366 кН.
Статическая нагрузка на 1 струну:
Р = 1197.366/12 = 99.78 кН.
Для тех. колонны диаметром 245мм:
Lк = 2450 м, q = 708 Н,
Ртс = 2450*708+ 121942 = 1856542Н= 1856.542кН.
Статическая нагрузка на 1 струну:
Р = 1856.542/12 = 154.7 кН.
Учитывая вычисленные статические нагрузки, выбираем стальной талевый канат правой крестовой свивки типа ЛК-РО конструкции 6x31+1 м. с. диаметром 32 мм (по ГОСТ 16853-88).
| Таблица 5 |
2.4ТЕХНОЛОГИЯ БУРЕНИЯ
Основу технико-технологических решений при бурении нефтяных и газовых скважин составляет технический проект, содержание которого определяет все основные технические решения, номенклатуру и количество технических средств для реализации выбранной технологии на всех этапах строительства скважин. Эффективность технологических решений определяется степенью научной обоснованности принимаемых решений и достоверностью исходной информации. При этом большую роль играет накопленный в регионах опыт, так как проектирование многих технологических процессов требует постоянного уточнения математических моделей и логических принципов выбора технологических решений в зависимости от конкретизации геолого-геофизических условий бурения.
2.4.1 Выбор породоразрушающего инструмента
Выбор типа породоразрушающего инструмента базируется на информации о физико-механических свойствах пород и литологическом строении разреза пород и, во многом, зависит от конкретных региональных условий.
Долото является рабочим инструментом, разрушающим породу и осуществляющим углубление забоя в процессе бурения скважины.
Эффективность разрушения разнообразных по своим физико-механическим свойствам горных пород может быть достигнута при различном действии на них зубьев долота. Одни породы разрушаются от ударов или в результате дробления, другие – под действием сдвига или резания, третьи – вследствие комбинации этих действий.
Для однородных твердых пород необходимы долота с большим дробящим действием; для мягких однородных пород – долота с большим сдвигающе-скалывающим действием и высокими острыми зубьями, а для твердых пород, перемежающихся мягкими пропластками, следует применять долота не только с дробящим действием, но и сдвигающим.
По назначению буровые долота подразделяются на три вида:
· долота сплошного бурения – для углубления забоя по всей площади;
· колонковые долота – для углубления забоя по кольцу с оставлением в центре нервыбуренного столбика (керна) породы, который в последующем извлекается на поверхность;
· долота специального назначения, используемые для различных вспомогательных работ: разбуривания цементного камня в колонне, забуривания (зарезки) второго наклонного ствола, исправления кривизны скважины, ловильных работ, расширения отдельных интервалов ствола скважины и т.д.
По характеру разрушения породы все буровые долота классифицируются следующим образом.
·долота режуще-скалывающего действия, разрушающие по роду лопастями, наклоненными в сторону вращения долота. Предназначены они для разбуривания мягких пород.
·долота дробяще-скалывающего действия, разрушающие по роду зубьями или штырями, расположенными на шарошках, которые вращаются вокруг своей оси и вокруг оси долота. При вращении долота наряду с дробящим действием зубья (штыри) шарошек, проскальзывая по забою скважины, скалывают (срезают) породу, за счет чего повышается эффективность разрушения пород. Следует отметить, что выпускаются буровые долота и бурильные головки только дробящего действия. При работе этими долотами породы разрушаются в результате динамического воздействия (ударов) зубьев шарошек по забою скважины. Перечисленные долота и бурильные головки предназначены для разбуривания неабразивных и абразивных средней твердости, твердых, крепких и очень крепких пород.