Определение оптимальной скорости вращения бурового насоса при смене втулок

Потери в кольцевом пространстве разделяются на две составляющие: в кольцевом пространстве между УБТ и стенками скважины /?УБТст, и потери давления в кольцевом пространстве между бурильной трубой и стенками скважины /?бтст., которые пропорциональны длине УБТ ТУБТ и КБТ ДБТ соответственно. Выражение (4.2) преобразуем к виду [119]

Тогда максимальная глубина бурения на каждой втулке Lmaxo при нерегулируемом ЭП определяется по формуле [119]:

где роп ~ максимально-допустимое давление для втулки /7-го диаметра, МПа.

Выражение (4.11) позволяет для каждой втулки с допустимым давлением ро„ найти максимально допустимую глубину бурения LmaxD. Подставив выражения (4.3) - (4.7) в (4.2) получим уравнение гидравлической характеристики скважины p=f(Q). Если построить гидравлическую характеристику скважины при глубине скважины LmaXD, соответствующую втулке «/?», то при регулируемом ЭП точка ее пересечения с прямой предельного давления для этой втулки определит допустимую подачу насоса.

Таблица 4.6 - Результаты расчетов давлений для скважины глубиной 1660 м

Производительность, л/с

Давление, МПа

45

11,1

40

8,8

35

6,75

30

5

25

3,55

20

2,35

15

1,47

Так для втулки диаметром 190 мм максимальная глубина бурения составит Ьтахо= 1660 м.

На рисунке 4.5 показаны гидравлические характеристики скважины для различных глубин. Компоновка бурильной колонны принята из опыта эксплуатационного бурения буровой компании УК ООО «Татбурнефть»: 1. труба бурильная ТБПН - 127x9.2 мм; 2. утяжеленная бурильная труба УБТ - 178x90 мм; 3. долото III - 215.9.

По справочным данным, приведенным в таблице 4.3, а также, используя формулу (4.3) определяются потери давления во всех элементах системы циркуляции промывочной жидкости, результаты расчетов сведены в таблицу 4.6.

К примеру, по формуле (4.2), определяем координаты гидравлической характеристики скважины глубиной 1660 м с подачей 40 л/с по данным из таблиц 4.3 и 4.5:

Далее, аналогично определяется давление при подаче 35 л/с и т.д., результаты расчетов сводим в таблицу 4.3.

По данным таблицы 4.6 построена гидравлическая характеристика скважины для глубины 1660 м (кривая на рисунке 4.5). Аналогично строятся гидравлические характеристики скважины, и на других глубинах[119].

Рассмотрим работу регулируемого ЭП БН с использованием гидравлических характеристик, показанных на рисунке 4.6. Бурение начинается в точке 1 и продолжается до точки 2. В точке 2, на глубине 1660 м, при нерегулируемом ЭП необходимо сменить втулку на втулку меньшего диаметра так как достигается предельно-допустимое давление [91]. При регулируемом ЭП в точке 2 начинается регулирование при постоянном моменте на валу ЭД (по закону постоянного момента). Рабочая точка в координатах p-Q идет по горизонтальной прямой. Теоретически можно пробурить всю скважину на втулке 1. Но при этом будет низкая подача, и ухудшатся условия очистки забоя. Значит, в некоторый момент времени необходимо сменить втулку [119].

Гидравлические характеристики скважины при различных глубинах при регулируемом электроприводе

Рисунок 4.5 - Гидравлические характеристики скважины при различных глубинах при регулируемом электроприводе

В практике бурения смена втулки обычно производится в момент достижения максимальной подачи сменной втулки меньшего диаметра. В данном случае смена втулки производится при снижении подачи до подачи 40 л/с в точке 3,а. Далее рабочая точка будет перемещаться по вертикальному участку до точки 4 с номинальной частотой вращения приводного ЭД, а следовательно привод опять недоиспользуется по мощности. Достигнув точки 4, вновь начинается процесс регулирования до достижения подачи 35 л/с в точке 5,а (рисунок 4.6).

Среднюю подачу насоса можно увеличить. Если смену втулок производить не при снижении подачи насоса до максимально допустимой подачи сменной втулки меньшего диаметра, а в момент времени, когда гидравлическая характеристика скважины, пересечет кривую постоянства мощности. Для этого регулировать частоту вращения следует до тех пор, пока рабочая точка не достигнет характеристики скважины, пересекающую кривую постоянства мощности в точке 4, то есть на глубине 3280 м (точка 3,6 на рисунке 4.7).

Характеристика регулируемого бурового насоса

Рисунок 4.6 - Характеристика регулируемого бурового насоса

Тогда при смене втулки в точке 3,6 и повышении частоты вращения ЭД до номинальной, рабочая точка переходит в точку 4 (рисунок 4.7) и процесс бурения продолжается с новой втулкой при регулируемой скорости. При этом процесс бурения будет идти по горизонтальной прямой, проходящей через точку 4. Процесс бурения на новой втулке следует вести до точки 5,6, в которой следует сменить втулку и т.д. При таком режиме смены втулок весь процесс бурения (кроме начального участка 1-2) будет производиться при регулируемой скорости. Это позволяет повысить подачу насоса при некоторых глубинах бурения и среднюю подачу насоса за цикл бурения.

Произведем математическое описание оптимального режима смены втулок. Уравнение скважины в общем случае имеет вид [11]:

Параметры втулки должны удовлетворять этому уравнению. Коэффициент с по мере углубления скважины изменяется и он в общем случае неизвестен.

Параметры процесса бурения будут удовлетворять уравнению (4.12) при достижении точки 3,6. До достижения точки 3,6 будет выполняться условие

где рвт.ж - максимально-допустимое давление для /'+ 1-й втулки, МПа; Pbt.i ~ максимально-допустимое давление для /-й втулки, МПа; QBT./+i - подача /+1-й втулки, л/с; ^рег. - регулируемая подача втулки, л/с.

Характеристика регулируемого электропривода при смене втулок в зависимости от глубины скважины

Рисунок 4.7 - Характеристика регулируемого электропривода при смене втулок в зависимости от глубины скважины

Как только это условие достигает равенства, следует переходить на другую втулку. То есть подача в момент смены втулок определяется по формуле:

В общем случае

Таблица 4.7 - Результаты расчета увеличения подачи

Диаметр

втулки,

мм

Подача,

л/с

Максимальное давление, МПа

РвТ.?

Рвт.1+1

Рвт.1

^ Рвт.1+1

Увеличение подачи, %

130

15

25

140

20

22,3

0,892

0,944

25,8

150

25

19

0,852

0,923

15,4

160

30

16,3

0,857

0,925

11

? 170

35

14,3

0,875

0,935

9

180

40

12,5

0,874

0,934

6,7

190

45

11,1

0,888

0,942

5,9

Эффект от более поздней смены втулок - увеличение подачи. Это увеличение подачи зависит от отношения BTt . Определим с по-

V ВТ.1+ 1

мощью формулы (4.13) увеличение подачи, результаты расчета сводим в таблицу 4.7.

Если смену втулок производить, например с втулки диаметром 190 мм не на втулку диаметром 180 мм, а на втулку диаметром 170 мм, то подача увеличивается сразу на 13,3 %. То есть больший эффект от смены втулок достигается путем увеличения шага типоразмеров втулок [119].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >