Конспект лекций РиКМОНГП. Конспект лекций по дисциплине Расчет и конструирование машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов Для специальности
 Скачать 2.08 Mb.
|
|
3.3 Выбор категории, класса, вида и основных параметров буровой установки Естественно, что для бурения разведочных, эксплуатационных, вертикальных или наклонных скважин различной глубины на суше, с поверхности воды и в других условиях не может существовать одна категория или один класс и вид буровой установки, хотя во всех случаях установка выполняет почти одинаковые функции. В то же время не представляется возможным для каждой конструкции скважин создавать специальную установку. Поэтому буровые установки должны обладать определенной универсальностью или допускать быструю модификацию и приспособляемость к конкретным словиям бурения непосредственно на промыслах. В связи с этим первой задачей проектирования буровой установки является выбор ее категории, класса, а затем вида. Буровые установки делятся на две категории:
Основные характеристики установок приведены в табл. 3.1. Установки первой категории отличаются от установок второй категории большей возможной глубиной бурения скважин, большим диаметром скважины, более тяжелыми бурильными трубами. Естественно, что мощность и максимально допустимая нагрузка на эти установки значительно выше, больше и их масса. Буровые установки первой категории (см. рис. 3.3) обычно перевозят с одной точки бурения на другую по частям (блоками) в зависимости от дорожных условий и транспортных средств. Установки второй категории выполняются мобильными, обычно все оборудование монтируется на одном шасси или нескольких самоходных или буксируемых гусеничных платформах. Каждая категория буровой установки имеет несколько классов, которые обеспечивают наибольшую эффективность бурения скважин определенной глубины и конструкции. Поскольку каждой буровой установкой при определенной мощности ее двигателей, максимально допустимой нагрузке на крюке можно пробурить скважины различной глубины и конструкции, то для сравнительной оценки мощности и класса буровой установки для глубокого бурения принимают допустимую нагрузку на крюке и номинальную глубину скважины конечного диаметра 215 мм, которые могут быть достигнуты при использовании бурильной колонны с бурильными трубами диаметром 114 мм и массой 1 м труб 30 кг. Таблица 3.1 Основная характеристика буровых установок различного назначения
Р  ис. 3.5 Классификация буровых установок для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения: Рк - максимально допустимая нагрузка на крюк; штриховая линия соответствует пределу минимальных глубин рационального использования установок; 1, 2,….., 11 – класс установки Таблица 3.2. Буровые установки для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения
При работе с бурильными трубами других диаметров и массы глубина бурения этой же буровой установкой может значительно отличаться от ее условной глубины. Буровые установки для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения стандартизованы. ГОСТ 16293—82 (СТСЭВ 2446—80) предусматривает 11 классов буровых установок для бурения скважин глубиной 1250—12500 м и более (табл. 3.2). На рис. 3.5 приведена схема 11 основных классов буровых установок. Максимально допустимую нагрузку на крюк буровой установки выбирают в соответствии со следующим рядом по ГОСТ 1575—81 (в МН): 0,8; 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0. При проектировании установки нового класса максимально допустимую нагрузку подъемного комплекса следует выбирать из приведенного ряда. Выбор параметров и пределов их изменения для отдельных агрегатов буровой установки рассмотрен в соответствующих разделах. Вид буровой установки для одного и того же класса определяется рядом факторов: условиями бурения (равнина, горы, леса, болота, море, температура окружающего воздуха и ее колебания, сила ветра и др.); целью бурения (разведочное или эксплуатационное); типом скважины (вертикальная или наклонная); способом бурения (роторный или забойными двигателями); технологией бурения (гидравлическая мощность на забое; типы и свойства бурового раствора; метод спуска и подъема колонн); геологическими условиями бурения (характер буримых пород, возможные осложнения, аномальное пластовое давление, температура на глубине, степень агрессивности подземных вод). Буровая установка должна обеспечивать наибольшую эффективность. Единицей продукции, производимой буровой установкой, является законченный куст скважин, скважина или каждый пробуренный метр. Мера производительности в определенных условиях бурения — коммерческая скорость, определяемая числом пробуренных установкой метров за месяц ее работы (м/ст.-мес), а мера производительности и эффективности установки— стоимость куста, скважины или 1 м в заданных условиях. Очевидно, что скважину глубиной 1000 м можно пробурить с использованием установки, предназначенной для бурения более глубоких скважин, например для скважин глубиной 6000— 7000 м, но заранее можно сказать, что это неэкономично, а пробурить скважину глубиной 6000—7000 м с применением установки, предназначенной для бурения скважин глубиной 1000 м, естественно, невозможно. Во многих случаях пределы экономической целесообразности применения той или иной установки теоретически найти довольно трудно без соответствующего анализа ее параметров (характеристик и данных эксплуатации). Различные виды буровых установок, даже одного класса, могут иметь отличающиеся друг от друга параметры и характеристики отдельных машин и агрегатов. Параметры каждого агрегата выбирают: 1) на основе анализа результатов бурения скважины; 2) по конструкции скважины и условиям бурения, близким к тем условиям, для которых проектируется новая установка. После этого выбирают типовую конструкцию скважины и типовую технологию ее проходки и строительства. 3.4 Принципы конструирования бурового оборудования, задачи и технические основы конструирования Основная задача конструирования — создание бурового оборудования, обеспечивающего наибольшую эффективность выполнения технологических функций в процессе строительства скважин на нефть и газ в зависимости от условий бурения, дающего наибольший экономический эффект, т. е. наименьшую стоимость 1 м скважины, и обладающего наиболее высокими технико-экономическими и эксплуатационными показателями. Весьма важным является автоматизация управления, т. е. превращение машины в саморегулирующийся и самонастраивающийся на оптимальный режим работы агрегат. Примером может служить гидравлический привод или привод от двигателей постоянного тока буровой лебедки или насосов. Такая система автоматически устанавливает скорость движения крюка в зависимости от изменения усилий на нем вследствие затяжек и прихватов бурильной колонны или осуществляет автоматическое снижение подачи насосов при изменении гидравлических сопротивлений в процессе бурения. Это повышает эффективность СПО и бурения, увеличивает ресурс механизмов и их надежность. Качество буровой установки определяется производственно-технологическими и эксплуатационными показателями. Производственно-технологические показатели — трудоемкость изготовления, металлоемкость, степень конструктивной унификации. Эксплуатационные показатели — производительность, надежность, мощность, относительная масса, размеры, ремонтопригодность, удельный расход энергии, сохраняемость, простота и безопасность обслуживания, удобство управления и быстрота монтажа, демонтажа и транспортировки с одной точки бурения на другую. В конструкции бурового оборудования необходимо соблюдать экологические требования, и, проектируя новое оборудование, конструктор должен осознавать свою ответственность за сохранение окружающей среды и недр и быть достаточно компетентен в вопросах их защиты. При проектировании оборудования следует предусматривать меры защиты от загрязнения окружающей среды, шума и вибраций. Производственные отходы при бурении, отработанный буровой раствор и воду, выбуренную породу, масла необходимо или полностью перерабатывать на буровой, или вывозить в места, исключающие загрязнение окружающей среды. Это относится не только к морским, но и к континентальным буровым установкам. В конструкторской и технической документации должны четко излагаться требования, которые обеспечили бы защиту природы при эксплуатации буровой установки. Конструкции также должны отвечать требованиям технической эстетики — буровые машины должны иметь красивый внешний вид. При конструировании следует строго соблюдать требования антропологических, психологических, санитарно-гигиенических, противопожарных и других норм. Важно также учитывать роль информативности цвета и форм элементов оборудования в зависимости от выполняемых ими функций и назначения. Разрабатывая конструкцию машины, инженер должен обеспечить более высокую экономическую эффективность ее в течение всего срока службы по сравнению с ранее существовавшей. Основными факторами, влияющими на решение этой задачи, являются повышение производительности, увеличение долговечности и уменьшение эксплуатационных расходов. Стоимость бурения скважин зависит от многих факторов: технологии бурения, организации работ, климатических и геологических условий и др. Технология бурения скважин быстро прогрессирует, и даже наилучшие конструкции бурового оборудования и породоразрушающего инструмента непрерывно морально стареют; их необходимо модернизировать или заменять новыми. Методы конструирования и расчета также непрерывно совершенствуются, что позволяет создавать новое более прочное и надежное оборудование. Разработка новых конструкций бурового оборудования, изготовление опытных образцов, их испытание, освоение серийного производства иногда требуют длительных сроков (3—7 лет). Поэтому машиностроители должны не только представлять себе пути развития технологии бурения, но и изыскивать методы ускорения создания нового оборудования, зависящие от многих причин. 3.5 Экономические основы проектирования Повышение экономической эффективности должно иметь первостепенное значение при конструировании. Конструирование бурового оборудования должно быть экономически направленным. Необходимо учитывать весь комплекс факторов, определяющих экономическую эффективность. Конструктор должен уметь правильно оценивать относительное значение различных факторов. Частичная экономия, не учитывающая всей совокупности факторов, ведет, как правило, к снижению экономичности бурового оборудования. Полезная отдача, или суммарный полезный эффект, от эксплуатации установки выражается стоимостью объема бурения в единицу времени или стоимостью бурения всех скважин за время работы установки. Величина полезной отдачи зависит от производительности бурового оборудования, т. е. от числа пробуренных метров в единицу времени и стоимости 1 м пробуренной скважины. Плановая стоимость бурения скважины или 1 м проходки задается планирующими организациями. Фактическая стоимость бурения и полезная отдача определяются многими факторами: технологией бурения, правильностью эксплуатации оборудования, техническими средствами, квалификацией буровой бригады и персонала по монтажу, демонтажу, перевозке оборудования и организацией работ. Сокращение времени на монтаж, демонтаж, перевозку, ожидание бурения и другие работы, не связанные с углублением ствола скважины, снижает непроизводительные расходы и резко повышает полезную отдачу установок. Однако надо иметь в виду, что низкая стоимость бурения скважины не является самоцелью. Конечная цель — стоимость 1 т добытой нефти или 1 м3 газа, известную долю которой составляет стоимость бурения. Поэтому если ускорение ввода в эксплуатацию скважины может привести к снижению стоимости добытой нефти или газа, то целесообразно пойти на увеличение стоимости бурения скважины. Задачу повышения полезной отдачи необходимо решать не только с помощью конструктивных и организационных мероприятий, но и путем применения передовой технологии бурения, для чего буровая установка должна обладать необходимой мощностью подъемного и насосного комплексов, должна иметь необходимые средства очистки и приготовления буровых растворов, должна быть оборудована средствами контроля параметров бурения и т. д. Главные факторы повышения производительности бурового оборудования: соответствие подачи и давления буровых насосов требованиям технологии бурения; соответствие мощности и скорости спуска и подъема бурильных колонн установленным нормам; использование автоматических средств контроля и управления технологией бурения и производством буровых работ; возможность реализации необходимых частот вращения и нагрузки на долото. Например, оптимизация режимов бурения, бурение при низком дифференциальном давлении на забое за счет использования более легких растворов, снижение количества твердой фазы в растворе и реализация на гидромониторном долоте большой гидравлической мощности могут дать большой экономический эффект без какой-либо модернизации буровой установки. Эти мероприятия могут повысить не только скорость бурения скважины, но и проходку на долото, за счет чего могут быть резко снижены объем спуско-подъемных операций и затраты времени на них. Параметры и технические средства буровой установки должны не только обеспечивать существующую технику бурения, но и быть рассчитаны на перспективу. Сокращение времени бурения скважин зависит от монтажеспособности и быстроты транспортировки установок. В настоящее время стремятся конструировать отдельные блоки установки и средства перевозки так, чтобы они составляли единое целое и обеспечивали быстрые транспортировку и монтаж установки без каких-либодополнительных грузоподъемных средств. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||