- •ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУРЕНИИ СКВАЖИН
- •ЛИТОМЕХАНИКА В БУРЕНИИ
- •2.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
- •2.2. МЕХАНИЧЕСКИЕ И АБРАЗИВНЫЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД
- •3.1. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МОДЕЛИ ЖИДКОСТЕЙ
- •1 + ргдг ’
- •3.5. МЕСТНЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
- •4.1. ШАРОШЕЧНЫЕ ДОЛОТА
- •4.2. ЛОПАСТНЫЕ ДОЛОТА
- •4.3. ФРЕЗЕРНЫЕ ДОЛОТА
- •4.5. АЛМАЗНЫЕ ДОЛОТА
- •4.6. ШАРОШЕЧНЫЕ БУРИЛЬНЫЕ ГОЛОВКИ
- •4.11. КАЛИБРУЮЩЕ-ЦЕНТРИРУЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ
- •5.9. ОБРАТНЫЕ КЛАПАНЫ ДЛЯ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ
- •5.10. ОПОРНО-ЦЕНТРИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
- •6.2. УСТОЙЧИВОСТЬ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ
- •6.3. НАПРЯЖЕНИЯ И НАГРУЗКИ
- •7.2. ЗАБОЙНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
- •Турбобур с редуктором-вставкой
- •7.3. ЮТОРНОЕ БУРЕНИЕ
- •8.4. РАЦИОНАЛЬНАЯ ОТРАБОТКА ДОЛОТ
- •8.5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ БУРЕНИЯ
- •8.6. ОГРАНИЧЕНИЯ НА ПОКАЗАТЕЛИ СВОЙСТВ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ
- •Определение скорости осаждения частиц выбуренной породы в буровых растворах
- •9.3. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ТУРБИННОГО БУРЕНИЯ
- •VHro..
- •10.1. ЦЕДИ И ЗАДАЧИ НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН
- •10.3. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ТРАЕКТОРИЮ ЗАБОЯ СКВАЖИНЫ
- •ПРИЛОЖЕНИЕ
- •СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
В результате решения системы (9.97) при заданном соот ношении р/а определяются значения а и kf или р и kf.
Константу износа вооружения Св или опоры долота мож но определить из уравнений Д.Х. Аллена, допуская их спра ведливость для турбинного бурения:
г\
То -Со |
F |
|
|
|
|
(9.98) |
||
0,56— л |
|
|
|
|
||||
|
I |
/ |
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
С л |
|
|
|
(9.99) |
|
Г, = С, ехр - ап + Ь — |
|
|
|
|||||
|
|
V |
» |
|
|
|
|
|
где С0, |
Св — коэффициенты стойкости соответственно опор |
|||||||
и вооружения долота, 4; а, Ь — коэффициенты |
(а = |
0,0\к, |
||||||
b = |
0,1792); к |
— коэффициент, |
зависящий |
от |
типа долота |
|||
[к = |
1+2,5); F = 104 — для герметизированных |
долот, |
F |
= |
||||
= 105 |
— для долот с открытой опорой. |
= кН/см; |
\п\ |
= |
||||
Размерности |
|vM = м/ч; |Г0.в| |
= ч; \G/D\ |
||||||
= мин”1; \Nr/D2\ = кВт/см2. |
|
|
|
|
|
|||
При этом зависимость (9.99), характеризующая суммарную часовую стойкость вооружения долота Гв, с учетом выраже
ния (9.83) будет иметь вид: |
|
|
Т, = С, expj- amnxc[l- д г) + Ьд J T 0 (, |
шпх с1 |
(9.100) |
где in — коэффициент (ш = 0,85+0,95).
Безразмерная осевая нагрузка д0 определяется методом зо лотого сечения для стоимости 1 м проходки из выражения
См= сд+сяФ +гол), |
(9.101) |
VHro.. |
|
где Си — стоимость 1 м проходки, руб.; СА — стоимость до лота, руб., Сч — стоимость 1 ч работы буровой установки, руб/ч; lit — суммарные затраты времени на спускоподъем ные операции и вспомогательные работы, ч; Гов — стойкость долота по опоре (Г0) или вооружению (Гв), ч; vM - средняя
механическая скорость бурения, м/ч.
Выражение (9.101) с учетом зависимостей (9.88) и (9.89) принимает вид
|
Сд + с ч 5л + С„ e x p i олх(1 - g z ) + Ь д ^ - |
|
||
с „ = |
{ L |
|
° У |
(9.102) |
|
С. exp |
г \а |
|
|
|
^тО |
дгал5(1-дг )Р |
|
|
|
|
D у |
|
|
Иш |
дг -» д0. |
|
|
|
См —> ш т |
|
|
|
|
В целях иллюстрации работоспособности предложенного методического подхода произведем идентификацию модели буримости и ее сопоставление с реальными промысловыми данными, а также осуществим поиск оптимальных режим ных параметров по минимуму стоимости 1 м проходки при опережающем износе вооружения долота.
Пример. Турбобур ЗТСША-195ТЛ, пята резинометаллическая, подача на сосов 0,028 м3/с, пх с = 1400 мин"1 (паспортная характеристика, соответст вующая регламентированной подаче); диаметр долота D = 31,59 см; дискрет ные значения нагрузок и соответствующие _им значения механической ско рости бурения по конкретным работам приведены ниже.
N.. кН.................. |
110 |
150 |
160 |
210 |
240 |
300 |
|
vH, м/ч.................. |
5 |
10 |
12 |
18,5 |
15 |
0 |
|
Методом разгрузки |
турбобура |
получено: Gv |
= |
210 кН, |
G^ |
= 300 кН, |
|
vmax = 18,5 м/ч. Требуется идентифицировать модель буримости |
и провести |
||||||
оптимизацию при СА= |
200 руб., Сч = |
50 руб/ч, 2Л = |
0 и |
= 20 ч. |
|||
Проведем последовательно операции по идентификации модели бури
мости: z = 2,0; gv = |
G/G^ = 0,7; G0 = |
240 кН, д0 = |
0,8 [формула |
(9.96)); |
Г = 10 ч, v0 = 15 м/ч |
(результаты бурения при нагрузке G0); (Уа = |
0,5 при |
||
gv= 0,7 [формула (9.94)]; т = 0,85. После |
подстановки |
этих значений в сис |
||
тему (9.97) имеем |
|
|
|
|
а
185= к. |
(Q85 1400f(l-ft72f; |
|
Ч 21.59 J |
|
|
150=*, |
(Q85-1400]P(1-Q82)P, |
(9.97a) |
а = 2Р. |
|
|
Решая систему (9.97а), получаем а = |
4, р = 2, к, = 5,67-10~9. |
|
Результаты идентификации коэффициентов позволяют определить по уравнению (9.88) расчетные значения механических скоростей.
Расчетные и действительные значения механических скоростей |
|
|||||
Осевая нагрузка, кН.................... |
110 |
150 |
160 |
210 |
240 |
300 |
Механическая скорость, м/ч: |
4,1 |
10,5 |
12,3 |
18,5 |
15,7 |
0 |
расчетная................................... |
||||||
действительная......................... |
5,0 |
10,0 |
12,0 |
18,5 |
15,0 |
0 |
Приведенные данные показывают, что предложенный методический подход позволяет идентифицировать модель буримости с погрешностью, не превышающей 5 %.
Далее можно приступить к выбору оптимальной осевой нагрузки при турбинном бурении по минимуму стоимости 1 м проходки. Для этого пред варительно вычислим константу износа вооружения Св из уравнения (9.102), для чего используем данные отработки долота при нагрузке G0 = 240 кН
(Т = 10 ч; |
д0 = |
0,8; |
; ш = о,85; п_с = 1400 мин-1; а = 0,01 |
|
|
D |
21,59 см |
при к = = 1, Ь = |
0,18). В результате получим Св = 5400 ч. |
||
Подстановка входящих в уравнение (9.102) величин приводит к выраже нию
|
200 + 5o|Ef+ 5400e"lll9(1"g3)+25gl - |
|
||||||||||
|
5400e'*u9(1"g2)+Z59*• 300g4(l - |
g 2)2 |
|
|||||||||
Расчетные значения |
См в |
V, м/ч См, руб/м |
||||||||||
зависимости от д при раз |
|
|||||||||||
личных |
затратах |
|
времени |
|
||||||||
на спускоподъемные опера |
|
|||||||||||
ции |
и вспомогательные |
ра |
|
|||||||||
боты (Lt) |
представлены |
в |
|
|||||||||
виде графика на рис. 9.3. В |
|
|||||||||||
целях |
имитации |
|
расчеты |
|
||||||||
проведены |
|
для |
|
различных |
|
|||||||
значений константы износа |
|
|||||||||||
вооружения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Из графика (см. рис. 9.3) |
|
|||||||||||
следует, |
что |
при |
|
Ef |
= |
|
0 |
|
||||
минимальная стоимость |
1 м |
|
||||||||||
проходки |
(См |
= |
4,4 руб.) |
|
||||||||
достигается |
при |
безразмер |
|
|||||||||
ной осевой нагрузке д0 = |
|
|||||||||||
0,8 |
(кривая |
5, |
|
Св |
|
= |
|
|||||
= 5400 ч), тогда как с |
рос |
|
||||||||||
том затрат времени на спу-I* |
|
|||||||||||
Рис. |
9.3. |
Зависимость |
стоимости |
|
||||||||
I м |
проходки |
|
и |
механической |
|
|||||||
скорости |
от |
безразмерной |
осевой |
|
||||||||
нагрузки на турбобур |
д, констан |
|
||||||||||
ты износа вооружения долота Са и |
|
|||||||||||
затрат времени на |
спускоподъем |
|
||||||||||
ные и вспомогательные работы Lft |
|
|||||||||||
1, 3, 5, 7, 9 - |
Lf |
= |
0 ч, Св состав |
|
||||||||
ляет |
540, |
2700, |
5400, |
8100, |
10800 ч |
|
||||||
соответственно; 2, 4, 6, 8, 10 — Ef = |
|
|||||||||||
= 20 ч, |
Св |
составляет |
540, |
2700, |
|
|||||||
5400, 8100, 10 800 ч соответственно; |
|
|||||||||||
II — расчетное |
изменение |
меха |
|
|||||||||
нической скорости; |
|
точки |
— ре |
|
||||||||
альные данные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
скоподъемные операции и вспомогательные работы (Ef = = 20 ч) величина д0 = 0,85, а соответствующая ей минималь ная стоимость 1 м проходки составляет 8,4 руб. (кривая 6)*.
Таким образом, оптимальная безразмерная осевая нагруз ка д0, обеспечивающая минимальную стоимость 1 м проходки для долот с константой износа Св = 5400 ч, возрастает с уве личением затрат времени на спускоподъемные операции и вспомогательные работы и для условий задачи 0 < Ef < 20 ч изменяется от 0,8 до 0,85.
Из графика (см. рис. 9.3) следует, что требуемая оптималь ная осевая нагрузка на долото по мере снижения константы износа вооружения и роста затрат времени на спускоподъ емные операции и вспомогательные работы приближается к тормозной. При этом наблюдается относительное повышение стоимости 1 м проходки.
В случае, если характеристика турбобура позволяет реали зовать бурение с требуемой нагрузкой, а возможности по повышению стойкости долота исчерпаны, снижение затрат времени на спускоподъемные операции и вспомогательные работы являются единственным резервом повышения техни ко-экономических показателей бурового процесса. При неус тойчивой работе турбобура при нагрузках, обеспечивающих минимум стоимости 1 м проходки, рационален поиск спосо бов повышения стойкости используемых долот и снижения затрат времени на вспомогательные работы. Как следует из графика, при этом оптимальные значения осевых нагрузок смещаются в сторону меньших значений, что открывает воз можности рационально использовать турбобур заданного ти поразмера. В противном случае необходимо заменить турбо бур или проводить бурение при нагрузках, отличающихся от оптимальных, что, естественно, приведет к повышению сто имости 1 м проходки.
Например, при изменении д0 от 0,85 до 0,70 (см. рис. 9.3,
кривая 6) повышается стоимость 1 м проходки от 8,4 |
до |
|
32 руб., т.е. в 4 раза. Кроме того, |
становится очевидным, |
что |
абсолютный минимум стоимости |
1 м проходки соответствует |
|
осевой нагрузке, которая по величине занимает промежуточ ное положение между осевыми нагрузками, обеспечивающи ми максимум механической скорости и максимум проходки на долото соответственно.
Выбор оптимальных осевых нагрузок по минимуму стои мости 1 м проходки апробирован при турбинном бурении
' В ценах 1990 г.
восьми скважин на площади Дуванный-море. В интервале глубин от 2000 до 5900 м использованы турбобуры марки А9Ш, ЗТСШ-240, А6Ш и долота III393, 7СГ( ИСМ-292, 9СГ, МДК-214, ЗСТК, ИСМ-212К. Общий объем опытного буре ния составил 29 200 м. В соответствии с результатами реше ния оптимизационной задачи осевые нагрузки при бурении были повышены. Вследствие опытного бурения средняя сто имость проходки на долото возросла от 20 до 40 % при зако номерном снижении механической скорости (3—5%, в ин тервале 4000 —5200 м — на 10%). Суммарный экономический эффект составил 151,8 тыс. руб. При сокращении межре монтного периода работы турбобуров и затрат времени на шаблонирование и проработку ствола при использовании алмазных долот (ИСМ) экономическая эффективность разра ботки может быть существенно повышена.