Выбор и обоснование типа забойного двигателя

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 22Следующая ⇒

Выбор типа забойного двигателя производится в зависимости от проектного профиля скважины, размера долот, режимных параметров. Выбор забойного двигателя с оптимальными характеристиками позволяет достичь высоких качественных показателей. Основные требования к забойным двигателям:

Диаметр забойного двигателя должен лежать в интервале 80-90% от Дд.

Расход промывочной должен быть близким к номинальному забойного двигателя (см. табл.2.6).

Крутящий момент, развиваемый забойным двигателем, должен обеспечить эффективное разрушение горной породы на забое скважины.

Забойный двигатель должен обеспечивать частоту вращения долота, находящуюся в пределах или не менее этих значений, необходимых для разрушения горных пород (см. табл.2.5).

Характеристики применяемых турбобуров и турбинных отклонителей производства Кунгурского машиностроительного завода представлены в табл.2.9 и 2.10, характеристика винтового забойного двигателя производства Пермского филиала ВНИИБТ приведена в табл.2.11

Таблица 2.9Характеристики турбобуров

Характеристики	А9ГТШ	3ТСШ1-195
Наружный диаметр корпуса, м	0,240	0, 195
Дина в сборе, м	23,3	25,7
Расход бурового раствора, м³/сек	0,045	0,030
Момент силы на выходном валу, Н×м	3060	2009
Частота вращения вала в рабочем режиме, об/мин	246	384
Перепад давления в рабочем режиме, МПа	5,5	3,9
КПД,% не менее	32	51
Наработка на отказ турбинной секции, ч	1200	1200
Масса, кг	6125	4790

Таблица 2.10 Характеристики турбинных отклонителей

Характеристики	ТО-240К	ТО-195К
Наружный диаметр корпуса, м	0,240	0, 195
Дина в сборе, м	10,2	9,8
Угол перекоса, град	1,5	1,5
Расход бурового раствора, м³/сек	0,045	0,030
Момент силы на выходном валу, Н×м	1489	1252
Частота вращения вала в рабочем режиме, об/мин	398	375
Перепад давления в рабочем режиме, МПа	3,4	3,7
КПД,% не менее	32	48
Наработка на отказ турбинной секции, ч	400	400
Масса, кг	2700	2350

Таблица 2.11 Характеристика винтового забойного двигателя

Характеристики	Д2 - 195
Наружный диаметр корпуса, м	0, 195
Дина в сборе, м	6,5
Расход бурового раствора, м³/сек	0,030
Момент силы на выходном валу, Н×м	5200
Частота вращения вала в рабочем режиме, об/мин	114
Перепад давления в рабочем режиме, МПа	4,3
Наработка на отказ, ч	180
Полный назначенный ресурс, ч	600
Масса, кг	1100

При выборе турбобура необходимо выполнение основного условия:

Мзд>М, (2.45)

где Мзд - необходимый крутящий момент на валу забойного двигателя, Н×м;

М - необходимый крутящий момент на валу забойного двигателя при работе его на воде, Н×м, определяемый по формуле:

М=500· Дд+ (Qоп+120· Дд) · G Н×м, (2.46)

где Qоп - опытный коэффициент (Qоп =1…2 Н×м/кН) [7] ;

G - осевая нагрузка на интервале бурения (см. табл.2.4), кН.

Необходимый крутящий момент на валу забойного двигателя определяется по формуле:

Мзд=2·Мтн· ( (q·Q²) / (q_В·Qтн²)) Н×м, (2.47)

где

Мтн -номинальный крутящий момент на валу забойного двигателя, Н×м;

q- удельный вес бурового раствора, Н/см³;

q_В- удельный вес воды, Н/см³;

Q- расход промывочной жидкости, м³/сек;

Qтн - номинальный расход промывочной жидкости, м³/сек.

При бурении под кондуктор по формуле (2.46):

М=500· 0,2953+ (2+120· 0,2953) · 60=2394 Н×м.

Для турбобура А9ГТШ по формуле (2.47):

Мзд=2·3060· ( (1,18·10⁴ ·0,059²) / (1·10⁴ ·0,045²)) =12414>2394 Н×м.

Условие (2.45) выполняется, следовательно, по этому условию турбобур подходит.Для турбинного отклонителя ТО - 240К по формуле (2.47):

Мзд=2·1489· ( (1,18·10⁴ ·0,059²) / (1·10⁴ ·0,045²)) =6041>2394 Н×м.

Условие (2.45) выполняется, следовательно, по этому условию турбинный отклонитель подходит.

При бурении под эксплуатационную колонну на интервале 650 - 2550 м по формуле (2.46):

М=500· 0,2159+ (2+120· 0,2159) · 90=2620 Н×м.

Для турбобура 3ТСШ1-195 по формуле (2.47):

Мзд=2·2009· ( (1,1·10⁴ ·0,030²) / (1·10⁴ ·0,030²)) =4420>2620 Н×м.

Условие (2.45) выполняется, следовательно, по этому условию турбобур подходит.

Для турбинного отклонителя ТО - 195К по формуле (2.47):

Мзд=2·1252· ( (1,1·10⁴ ·0,059²) / (1·10⁴ ·0,045²)) =2754>2394 Н×м.

Условие (2.45) выполняется, следовательно по этому условию турбинный отклонитель подходит.

При бурении под эксплуатационную колонну на интервале 2550 - 3105 м по формуле (2.46):

М=500· 0,2159+ (2+120· 0,2159) · 180=5131 Н×м.

Для виинтового забойного двигателя Д2 - 195 по формуле (2.47):

Мзд=2·5200· ( (1,09·10⁴ ·0,030²) / (1·10⁴ ·0,030²)) =11336>5131 Н×м

Условие (2.45) выполняется, следовательно, по этому условию турбобур подходит.

Гидравлический расчет промывки скважины

Цель составления гидравлической программы бурения - определение рационального режима промывки скважины, обеспечивающего наиболее эффективную отработку долот, при соблюдении требований и ограничений, обусловленных геологическими особенностями вскрываемого интервала, энергетическими, техническими и эксплуатационными характеристиками применяемого инструмента.

Расчет производится по методике, предложенной в [8].

Исходные данные для расчета:

Глубина бурения скважины L, м 2830.

Удельный вес разбуриваемых пород q_ГП, Н/м³2,4·10⁴.

Механическая скорость бурения Vм м/с 0,005.

Момент турбобура, необходимый для разрушения породы, Мр Н·м 1450.

Реологические свойства жидкости:

динамическое напряжение сдвига t_О, Па 20.

пластическая вязкость h, Па·с 0,027.

Удельный вес бурового раствора q_ГП, Н/м³ 1,08·10⁴.

Тип бурового насоса УНБТ 950.

Число буровых насосов 1.

Наминальный расход насоса Qн, м³/сек 0,037.

Наминальное рабочее давление Рн, МПа 23.

Элементы бурильной колонны

УБТ - 178x90:

длина l₁, м 62;

наружный диаметрdн₁, м 0,178;

внутренний диаметр dв₁, м 0,080.

УБT- 146x74:

длина l₂, м 8;

наружный диаметр dн₂, м 0,146;

внутренний диаметр dв₂, м 0,074.

ТБПВ:

длина l₃, м 250;

наружный диаметр dн₃, м 0,127;

внутренний диаметр dв₃, м 0,109;

наружный диаметр замкового соединения dз₃, м 0,170.

ЛБТ:

длина l₄, м 2778;

наружный диаметр dн₄, м 0,147;

внутренний диаметр dв₄, м 0,125;

наружный диаметр замкового соединения dз₄, м 0,172.

Элементы наземной обвязки:

Условный диаметр стояка, м 0,168.

Диаметр проходного сечения, м:

бурового рукава 0,102;

вертлюга 0,100;

ведущей трубы 0,85.

Определяются потери давления в бурильных трубах.

Вычисляются потери давления внутри бурильных труб. Для этого определяются значения критических чисел Рейнольдса в бурильной колонне по формуле:

Rекр=2100+7,3· ( (q·dв²·t_О) /10·h²) ^{0,58. (}2.48)

В ЛБТ:

Rекр=2100+7,3· ( (1,08·10⁴ ·0,125²·20) / 10·0,027²) ^0,58=16204.

В ТБПВ:

Rекр=2100+7,3· ( (1,08·10⁴ ·0,109²·20) / 10·0,027²) ^0,58=14132.

В УБТ-178:

Rекр=2100+7,3· ( (1,08·10⁴ ·0,090²·20) / 10·0,027²) ^0,58=10504.

В УБТ-146:

Rекр=2100+7,3· ( (1,08·10⁴ ·0,074²·20) / 10·0,027²) ^0,58=9778.

Определяются действительные числа Рейнольдса в бурильной колонне по формуле:

Rеm= (4·q·Q) / (10·p·dв·h). (2.49)

В ЛБТ:

Rеm= (4·1,08·10⁴ ·0,030) / (10·3,14·0,125·0,027) =12230

В ТБПВ:

Rеm= (4·1,08·10⁴ ·0,030) / (10·3,14·0,109·0,027) =14024

В УБТ-178:

Rеm= (4·1,08·10⁴ ·0,030) / (10·3,14·0,090·0,027) =19108

В УБТ-146:

Rеm= (4·1,08·10⁴ ·0,030) / (10·3,14·0,074·0,027) =20657

В бурильной колонне в ЛБТ и ТБПВ Rеm<Rекр, значит движение происходит при ламинарном режиме и описывается уравнением Сен-Венана, а вУБТ-178 и УБТ-146 Rеm>Rекр, следовательно движение происходит при турбулентном режиме и описывается уравнением Дарси-Вейсбаха. Определяются потери давления. Рассчитывается число Сен-Венана для колонны труб ЛБТ и ТБПВ формуле:

Sт= (p·t_О·dв³) / (4·h·Q). (2.50)

В ЛБТ:

Sт= (3,14·20·0,125³) / (4·0,027·0,030) =303.

В ТБПВ:

Sт= (3,14·20·0,109³) / (4·0,027·0,030) =230.

Определив значение Sт, по Рис.6.7. [8, стр 72] определяется значение коэффициента b: для ЛБТ - 0,84; для ТБПВ - 0,82.

Вычисляются потери давления внутри бурильной колонны по формуле:

DРт= (4·t_О·l) / (b·dв) МПа. (2.51)

В ЛБТ:

DРт= (4·20·2778) / (0,84·0,125) =2,117 МПа.

В ТБПВ:

DРт= (4·20·250) / (0,84·0,109) =0,224 МПа

Рассчитывается значения коэффициентов гидравлического сопротивления l для УБТ-178 и УБТ-146 по формуле:

l=0,1· (1,46·К/dв+100/ Rеm), (2.52)

где К - коэффициент шероховатости стенок, принимается для УБТ=3,0·10^-4, м.

В УБТ-178:

l=0,1· (1,46·3,0·10^-4/0,090+100/19108) =0,0322.

В УБТ-146:

l=0,1· (1,46·3,0·10^-4/0,074+100/20657) =0,0326.

Вычисляются потери давления внутри УБТ-178 и УБТ-146 по формуле:

DРт= (l·0,8·q·Q²·l) / (p²·dв⁵) МПа. (2.53)

В УБТ-178:

DРт= (0,0322·0,8·1,08·10⁴·0,030²·62) / (3,14²·0,090⁵) = 0,48 МПа.

В УБТ-146:

DРт= (0,0326·0,8·1,08·10⁴·0,030²·8) / (3,14²·0,074⁵) =0,093 МПа.

Суммарные потери давления внутри колонны бурильных труб и секций УБТ составит:

åDРт=0,093+0,48+2,117+0,224=2,92 МПа.

Местными потерями давления в приварных замках ТБПВ пренебрегают, так как потери не значительны [].

Вычисляются потери давления в наземной обвязке по формуле:

DРо= (а_С+а_Р+а_В+а_К) ·q·Q МПа, (2.54)

где а_С=0,4, а_Р=0,3, а_В=0,3, а_К=0,9 - коэффициенты гидравлических сопротивлений различных элементов обвязки (см. табл.6.1 [8, стр.118]).

DРо= (0,4+0,3+0,3+0,9) ·10⁵·10,8·10⁴·0,030=1,85 МПа.

Вычисляются потери давления в затрубном пространстве. Для этого определяются значения критических чисел Рейнольдса по формуле:

Rекр=2100+7,3· ( (q· (dс-dн) ²·t_О) /10·h²) ^{0,58. (}2.55)

В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 0-650 м:

Rекр=2100+7,3· ( (1,08·10⁴ · (0,230-0,147) ²·20) / 10·0,027²) ^0,58=10871.

В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 650-2778 м:

Rекр=2100+7,3· ( (1,08·10⁴ · (0,367-0,147) ²·20) / 10·0,027²) ^0,58=29273.

В затрубном пространстве за ТБПВ по формуле (2.55):

Rекр=2100+7,3· ( (1,08·10⁴ · (0,237-0,127) ²·20) / 10·0,027²) ^0,58=14260.

В затрубном пространстве за УБТ-178:

Rекр=2100+7,3· ( (1,08·10⁴ · (0,237-0,178) ²·20) / 10·0,027²) ^0,58=8004.

В затрубном пространстве за УБТ-146:

Rекр=2100+7,3· ( (1,08·10⁴ · (0,237-0,146) ²·20) / 10·0,027²) ^0,58=11859.

В затрубном пространстве за забойным двигателем:

Rекр=2100+7,3· ( (1,08·10⁴ · (0,237-0, 195) ²·20) / 10·0,027²) ^0,58=6080.

Вычисляются действительные значения чисел Рейнольдса в затрубном пространстве по формуле:

Rеm= (4·q·Q) / (10·p· (dс+dв) ·h). (2.56)

В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 0-650 м:

Rеm= (4·1,08·10⁴ ·0,030) / (10·3,14· (0,230+0,147) ·0,027) =4055

В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 650-2778 м:

Rеm= (4·1,08·10⁴ ·0,030) / (10·3,14· (0,367+0,147) ·0,027) =12230.

В затрубном пространстве за ТБПВ:

Rеm= (4·1,08·10⁴ ·0,030) / (10·3,14· (0,237+0,127) ·0,027) =14024.

В затрубном пространстве за УБТ-178:

Rеm= (4·1,08·10⁴ ·0,030) / (10·3,14· (0,237+0,178) ·0,027) =3684.

В затрубном пространстве за УБТ-146:

Rеm= (4·1,08·10⁴ ·0,030) / (10·3,14· (0,237+0,146) ·0,027) =3991.

В затрубном пространстве за забойным двигателем:

Rеm= (4·1,08·10⁴ ·0,030) / (10·3,14· (0,237+0, 195) ·0,027) =3539.

В затрубном пространстве Rеm<Rекр, значит движение бурового раствора происходит при ламинарном режиме и описывается уравнением Сен-Венана:

Sкп= (p·t_О· (dс-dн) ²+ (dс+dн)) / (4·h·Q). (2.57)

В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 0-650 м:

Sкп= (3,14·20· (0,23-0,147) ²+ (0,23+0,147)) / (4·0,027·0,03) =50,34.

В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 650-2778 м:

Sкп= (3,14·20· (0,367-0,147) ²+ (0,367+0,147)) / (4·0,027·0,03) =482,2.

В затрубном пространстве за ТБПВ:

Sкп= (3,14·20· (0,237-0,127) ²+ (0,237+0,127)) / (4·0,027·0,03) =85,4.

В затрубном пространстве за УБТ-178:

Sкп= (3,14·20· (0,237-0,178) ²+ (0,237+0,178)) / (4·0,027·0,03) =25,8.

В затрубном пространстве за УБТ-146:

Sкп= (3,14·20· (0,237-0,146) ²+ (0,237+0,146)) / (4·0,027·0,03) =61,5.

В затрубном пространстве за забойным двигателем:

Sкп= (3,14·20· (0,237-0, 195) ²+ (0,237+0, 195)) / (4·0,027·0,03) =14,8.

Определив значение Sкп, по Рис.6.7. [8, стр 72] определяется значение коэффициента bкп: для ЛБТ на интервале 0-650 м - 0,66; для ЛБТ на интервале 650-2778 м - 0,87; для ТБПВ - 0,74; для УБТ-146 - 0,7; для УБТ-178 - 0,58; для забойного двигателя - 0,45.

Вычисляются потери давления в затрубном пространстве по формуле:

DРкп= (4·t_О·l) / (bкп· (dс-dн)) МПа. (2.58)

В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 0-650 м:

DРкп= (4·20·650) / (0,66· (0,230-0,147)) =0,95.

В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 650-2778 м:

DРкп= (4·20·2128) / (0,87· (0,367-0,147)) =0,89.

В затрубном пространстве за ТБПВ:

DРкп= (4·20·250) / (0,74· (0,237-0,127)) =0,25.

В затрубном пространстве за УБТ-178:

DРкп= (4·20·62) / (0,58· (0,237-0,178)) =0,14.

В затрубном пространстве за УБТ-146:

DРкп= (4·20·2128) / (0,7· (0,237-0,146)) =0,01.

В затрубном пространстве за забойным двигателем:

DРкп= (4·20·2128) / (0,45· (0,237-0, 195)) =0,03.

Суммарные потери давления в затрубном пространстве составит:

åDРкп=0,95+0,89+0,25+0,14+0,01+0,03 =2,27 МПа.

Вычисляются потери давления от замков в затрубном пространстве по формуле:

DРзс=l/lm·0,1· ( (dc²-dн²) / (dc²-dн²) - 1) ² ·q ·Vкп²МПа, (2.59)

где

lm- средняя длина трубы;

Vкп - минимальная скорость жидкости в затрубном пространстве, в интервале ТБПВ определяется по формуле:

Vкп= (4·Q) / (p · (dc²-dн²)) м/с. (2.60)

Vкп= (4·0,03) / (3,14 · (0,237²-0,127²)) =0,95 м/с.

В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 0-650 м:

DРзс=650/12·0,1· ( (0,230²-0,147²) / (0,230²-0,172²) - 1) ² ·1,08·10⁴ ·0,95²=0,005 МПа.

В затрубном пространстве за ЛБТ на интервале 650-2778 м:

DРзс=2128/12·0,1· ( (0,367²-0,147²) / (0,367²-0,172²) - 1) ² ·1,08·10⁴ ·0,95²=0,001 МПа.

В затрубном пространстве за ТБПВ:

DРзс=650/12·0,1· ( (0,237²-0,127²) / (0,237²-0,170²) - 1) ² ·1,08·10⁴ ·0,95²=0,004 МПа.

Суммарные потери давления в затрубном пространстве от замков составит:

åDРзс=0,005+0,001+0,004 =0,01 МПа.

Определяется перепад давления в забойном двигателе по формуле:

DРзд= (DРтн·q·Q²) / (q_С·Qтн²) МПа. (2.61)

DРзд= (4,7·1,08·10⁴ ·0,03²) / (1·10⁴ ·0,03²) =5,08 МПа.

Определяется вспомогательный параметр j:

j= Q/ (p/4· Vмех ·dc²+Q). (2.62)

j= 0,03/ (3,14/4· 0,005 ·0,237²+0,03) =0,993.

Определяется перепад давления, связанный с выносом шлама по формуле:

DР= (1 - j) · (q_Ш - q) ·g·L МПа (2.63)

DРг= (1 - 0,95) · (2,4·10⁴ - 1,08·10⁴) ·9,81·2830=1,8 МПа.

Определяется сумма потерь давления во всех элементах циркуляционной системы за исключением долота:

DР-DРд=2,92+1,85+2,27+0,01+5,08=12,13.

Рассчитывается резерв давления на долоте по формуле:

DРр=b·Рн - (DР-DРд) МПа. (2.64)

DРр =0,8·23,0 - 12,13=6,27 МПа.

Определяется возможность гидромониторного эффекта, вычислив скорость течения жидкости в насадках долота по формуле:

Vд= m· (0,2· DРр/q) ^{0, 5} м/с, (6.65)

где m - коэффициент расхода (m=0,95 [8]).

Vд= 0,95· (0,2· 6,67·10⁶/1,08·10⁴) ^{0, 5} =105 м/с.

Так как Vд>80 м/с и перепад давления на долоте меньше критического (Ркр=12 МПа), то бурение данного интервала возможно с использованием гидромониторных долот.Принимая Vд=80 м/с, вычисляется перепад давления в долоте по формуле:

DРд= (q·Vд²) / (20·m²) МПа. (2.66)

DРд= (1,08·10⁴ ·80²) / (20·0,95²) =3,83 МПа.

Определяется расчетное рабочее давление в насосе как Р = 3,83 + 12,13 = 15,96 МПа.

Определяется по графику [8, Рис.6.28] утечки промывочной жидкости через уплотнение вала забойного двигателя Qу=0,0005.

Определяется площадь промывочных отверстий по формуле:

Ф= (Q-Qу) / Vд м². (2.67)

Ф= (0,030 - 0,0005) / 80=0,000368 м².

Применяются три насадки с внутренним диаметром 12 мм.

Таким образом, из вышеприведенных расчетов видно, что суммарные потери давления в трубном и затрубном пространствах меньше давления развиваемого буровым насосом типа УНБТ-950 при диаметре цилиндровых втулок 160 мм, следовательно технологический режим промывки скважины выбран верно.

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 927; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!