Практическая работа 4. Функции и структура спуско-подъёмного комплекса. Теоретическая часть

Практическая работа 4

Функции и структура спуско-подъёмного комплекса

1. Теоретическая часть

Спуско-подъемным комплексом буровой установки называется совокупность агрегатов, механизмов и органов, служащих для спуска, подъема и удержания на весу бурильных и обсадных колонн и обеспечения технологически необходимых манипуляций с ними при проводке скважины.

В процессе бурения скважины спуско-подъемный комплекс выполняет следующие функции: спуск и подъем (СПО – спуско-подъёмные операции) бурильных колонн для смены изношенного долота, когда нагрузка на систему не превышает веса колонны в воздухе; дополнительные технологические и аварийные работы, когда нагрузки на систему превышают вес бурильной колонны в воздухе. К дополнительным и аварийным работам относятся приподъем и спуск бурильной колонны в процессе бурения при одновременном ее вращении и промывке скважины (бурение и проработка); спуск и подъем обсадных колонн для освобождения элеватора или клиньев после наращивания очередной трубы или в связи с осложнениями; ликвидация прихватов и аварий бурильных и обсадных колонн; спуск и подъем бурильных колонн в искривленных и наклонных скважинах.

Первая категория СПО является наиболее продолжительной, циклической с переменными динамическими нагрузками, определяющими требуемую долговечность элементов спуско-подъемного комплекса.

Вторая категория операций вызывает более высокие, кратковременные нагрузки в элементах комплекса, носящие случайный характер, и определяет его требуемую статическую прочность. Так как закономерность действия этих нагрузок нельзя установить, то за максимальную нагрузку принимают усилие на крюке, которое должно быть не менее разрывной прочности применяемых бурильных труб или 0,8 наибольшей страгивающей нагрузки спускаемых обсадных труб.

Оборудование подъемного комплекса работает в режиме повторно-кратковременных меняющихся по величине нагрузок. Для определения нагрузок и времени их действия конструктор должен хорошо представлять себе технологический процесс бурения скважины.

Эффективность буровой установки может быть оценена рядом показателей, одним из которых является скорость бурения, а другими – скорости выполнения различных операций.

Рейсовая скорость проходки – комплексный показатель, служащий для сравнительной оценки эффективности буровой установки и процесса бурения в сравнимых условиях. Он характеризует среднюю скорость углубления (в м/ч) или (в м/мес) ствола скважины с учетом затрат времени на разрушение породы и замену изношенного долота:

ʋ_рд =H_д / t_р (1)

где H_д – проходка на долото, т. е. число пробуренных метров за рейс, м; t_р – общее время рейса, ч:

t_р = t_дол + t_сп + t_под + t_н + t_{п всп} + t_рас + t_пр (2)

Здесь t_дол – время работы одного долота на забое, ч; t_сп и t_под – время спуска и подъема, ч; t_н – время наращивания бурильной колонны, ч; t_{п всп} – время подготовительных и вспомогательных работ, ч; t_рас – время расширения ствола скважины, ч; t_пр – прочее время, отнесенное к данному рейсу.

Из этого выражения видно, что эффективность каждого рейса зависит от соотношения времени работы долота на забое по углублению ствола скважины, т. е. производительных и непроизводительных затрат времени на все остальные технологически необходимые операции, не дающие углубления ствола скважины.

Средняя рейсовая скорость СПО зависит от машинного времени спуска и подъема бурильных колонн за время проводки скважины; времени, затраченного на машинно-ручные операции при свинчивании и развинчивании и манипулировании со свечами; надежности оборудования; длины и веса свечей; степени механизации СПО; квалификации буровой бригады и др.

Однако рейсовая скорость ʋ_рд не характеризует технической эффективности самой буровой установки. Например, если рейсовая скорость уменьшается за счет увеличения производительного времени и при этом возрастает проходка за рейс, то это не свидетельствует о снижении эффективности процесса, и, наоборот, если рейсовая скорость повышается за счет снижения t_дол и количества пробуренных метров, то производительность буровой установки будет уменьшаться.

Сокращение времени, затрачиваемого на углубление скважины, при одновременном увеличении проходки за рейс – наиболее эффективный способ повышения производительности буровой установки, так как оно одновременно ведет к сокращению числа СПО, а, следовательно, и времени на эти операции. Однако каким бы ни было число СПО, необходимо сокращать время, затрачиваемое на вспомогательные операции.

В сравнимых условиях эффективность буровой установки можно определять по рейсовой скорости проходки, т. е. среднему времени бурения 1 м ствола скважины за рейс.

Число рейсов β подъемного комплекса во время проводки скважины зависит от ее глубины. Оно является также функцией проходки на долото, зависящей от конструкции скважин и долот, буримости пород, способа и уровня техники бурения, качества долота и др. На рисунке 1 приведена зависимость числа рейсов от глубины скважины, называемая кривой проходки.

Обычно для бурения глубоких скважин расходуют от нескольких долот в мягких породах до нескольких десятков, а иногда и сотен долот в твердых породах. Длина извлеченных и спущенных в скважину труб за время ее бурения определяется заштрихованной площадью в масштабе.

По мере углубления скважины в процессе бурения длину бурильной колонны периодически увеличивают, при этом возрастает вес колонны, а, следовательно, и нагрузка на подъемный комплекс. Нагрузка на подъемный комплекс при подъеме уменьшается по мере извлечения колонны из скважины, а при спуске, наоборот, увеличивается. Число циклов изменения нагрузок на талевую систему для каждого рейса равно числу свечей в колонне.

Процесс подъема из скважины бурильной колонны, состоящей из отдельных секций (свечей), определяется числом циклов n_ц содержащих повторяющиеся

12 3 4 Следующая ⇒