Классификация буровых установок

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ

БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Часть 2

Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

 

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ

Астрахань, 2009 г.

 

Настоящее пособие предназначено для студентов IV курса направления подготовки 130600 (657300) “Оборудование и агрегаты нефтегазовых промыслов” по специальности 130602 (170200) – “Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов”. Дисциплина СД.01 - “Техника и технология нефтяных и газовых промыслов”, часть 2 (Рабочая программа РП 130602 - СД.01 – МОНГ 2007)

 

Пособие составил к.т.н., доцент Путилин Сергей Анатольевич

 

Рецензент д.т.н., профессор кафедры “Машины и аппараты химических производств” Алексанян Игорь Юрьевич

 

Пособие рассмотрено, утверждено и рекомендовано к использованию кафедрой МОНГ,

Протокол № от “___” __________ 2008 г.

 

При подготовке настоящего пособия использованы материалы (чертежи, рисунки, справочные данные, методики) из следующих книг авторов:

- Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования: Учебное пособие для Вузов/ Л.Г.Чичеров, Г.В.Молчанов, А.М.Рабинович и др. М.: Недра, 1987 г. – 422 с.

- Нефтепромысловое оборудование. Справочник. Под редакцией Е.И.Бухаленко, М.: Недра, 90г.

- Булатов А.И., Проселков Ю.М., Шаманов С.А. Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин. М.:Недра, 2003 г., 1007 с.

- Нефтегазопромысловое оборудование / Под общ. Ред В.Н.Ивановского. Изд-во: М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2006 г.

- Ильский А.Л., Миронов Ю.В., Чернобыльский А.Г. Расчет и конструирование бурового оборудования. Учебное пособие для Вузов. М.: Недра, 1985 г. – 452 с.

 

	СОДЕРЖАНИЕ
№ п/п	Наименование работы	стр.
	Выбор класса буровой установки………………..	…..4
	Сооружения и металлические конструкции буровых установок (БУ)…………………………..	…11
	Талевая система……………………………………	…32
	Буровые лебедки…………………………………...	…57
	Тормозные системы лебедок……………………...	…68
	Подача бурового насоса…………………………..	…74
	Характеристики насосов………………………….	…81
	Функции и схема циркуляционной системы…….	…85
	Выбор двигателя и расчет силовых передач…….	…91
	Расчет цепных передач……………………………..	..103
	Поверочный расчет шинно-пневматических муфт типа ШПМ…………………………………...	..119
	Расчет роторов……………………………………..	..125
	Список рекомендуемой литературы
	……………

 

Тема 1. Выбор класса буровой установки

Цель работы.

1. “Закрепление” теоретического материала касательно устройства и классификации буровых установок.

2. Изучить способы расчета основных характеристик установки для выбора ее класса.

3. Выбрать класс установки для исходных данных, приведенных в таблице 1.

Классификация буровых установок.

Классы буровых установок определены ГОСТ и 16293—82 и СТ СЭВ 2446—80 «Установки буровые комплектные для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения».

Параметр «допускаемая нагрузка на крюке» характеризует способность подъемного механизма установки, состоящего из буровой лебедки с приводом, талевой системы и вышки с основанием, воспринимать все виды вертикальных нагрузок от веса бурильной колонны, находящейся в скважине, обсадных труб, спускаемых в скважину, а также нагрузки, возникающие при ликвидации аварий и осложнений в скважине.

Параметр «глубина бурения» — условный, потому что он относится к бурильной колонне из труб, 1 м которых весит 300 Н. Глубина бурения скважины в каждом конкретном случае может быть уменьшена или увеличена по сравнению с «условной глубиной» в зависимости от типа и веса бурильных труб и компоновки бурильной колонны. ГОСТ 16293—82 допускает увеличивать нагрузку на крюке от веса бурильной колонны до 0,6 допускаемой нагрузки. На морские комплексы этот ГОСТ не распространяется.

Заводы, выпускающие буровое оборудование, специализированы, Так, ВЗБТ специализируется на производстве установок классов 1—4 для бурения скважин глубиной от 800 до 2500 м, а ПО «Уралмаш» — классов 5—11 для глубин бурения от 3200 до 12500 м.

Буровая установка для глубины бурения до 2500 м с дизель-гидравлическим приводом универсальной монтажеспособности шифруется как БУ2500ДГУ, где Б — буровая; У — установка; 2500 — условная глубина бурения в м; Д — дизельная; Г — с гидропередачей в трансмиссии; У — универсальной монтажеспособности.

Если в шифрах после цифры стоят буквы ДЭ, это значит, что установка с дизель-электрическим приводом, т. е. с автономной электрогенераторной станцией постоянного тока. Если стоят буквы ЭП, это значит, что установка с электроприводом постоянного тока с питанием от сетей переменного тока с тиристорными выпрямителями. Если в шифре после цифры стоит одна буква Э, это указывает, что установка имеет привод от электродвигателей переменного тока. Буровая установка для глубин 3000 м и кустового бурения скважин с электроприводом от переменного тока шифруется как БУ3000ЭУК. Последние буквы после цифры" означают: Э – электропривод переменного тока; У – универсальная монтажеспособность; К – для кустового бурения. Шифры установок см. приложение.

Выбор класса установки.

При разбуривани нового нефтяного или газового месторождения большое значение имеет правильность выбора типа буровых установок, которые для данного района окажутся наиболее экономичными. Прежде всего в зависимости от размеров площади, глубины залегания продуктивных горизонтов, расстояний до источников энергоснабжения, перспективности близлежащих структур надо оценить целесообразность электрификации данного района. Первая задача — определение возможности и целесообразности сооружения линии электропередачи для применения элeктpифициpовaнныx установок; вторая — выбор класса буровых установок, которые позволят бурить быстрее и дешевле.

Исходные данные при выборе наиболее рационального класса буровой установки — проектная глубина и конструкция скважин. Кроме того, для определения способа транспортировки и монтажа установки необходимо учитывать рельеф местности грунтовые условия, ожидаемую скорость бурения.

3. Пример.

Выбрать класс буровой установки для бурения скважины глубиной L=3000 м. Конструкция скважины: кондуктор диаметром d_K=340 мм при толщине стенок =11 мм, вес 1 м кондуктора q_к=1000 Н/м; промежуточная колонна d_п=245 мм, толщина стенки =9,5 мм, q_п=590 Н/м; эксплуатационная колонна d_э= 146 мм, q_э=320 Н/м. Глубина спуска, м: кондуктора L_к=400; промежуточной колонны L_п=2200; эксплуатационной колонны L_э=3000.

Для бурения скважин до проектной глубины применяются 127-мм бурильные трубы с толщиной стенки =9 мм, q_бт=276 Н/м и 200 м 178-мм утяжеленных бурильных труб (УБТ), q_убт=1450 Н/м. Диаметр скважины под кондуктор d_c =445 им, скорость подъема раствора в затрубном пространстве кондуктора V ₃=0,5 м/с.

4. Решение.

При этих (см. п. 3) условиях:

1. Вес кондуктора, МН:

G_к=L_кq_к=400*1000*10^-6=0,4.

2. Вес промежуточной колонны, МН:

G_п=L_пq_п=2200*590*10^-6=1,3.

3. Вес эксплуатационной колонны, МН:

G_э=L_эq_э=3000*320*10^-6=0,96.

4. Вес бурильных труб, МН:

G_бт=L_бтq_бт=2800*276*10^-6=0,77.

5. Вес УБТ, МН

G_убт = L_убтq_убт = 200*1450 = 0,29.

6. Вес бурильной колонны с УБТ, МН:

G_бк + G_убт = 0,77 + 0,29 = 1,06.

Таким образом, наибольшую нагрузку будет испытывать установка при спуске 245-мм промежуточной колонны весом 1,3 МН, а вес бурильной колонны составляет 1,06 МН.

7. Для этой глубины при роторном бурении разрывная прочность бурильных труб должна быть не менее, МН:

R_от=k₃* G_бк = 1,5*1,06 = 1,59,

где: k₃= 1,5 — коэффициент запаса.

8. Для бурильных труб группы прочности Е диаметром d_бт=127 мм и толщиной стенки = 9 мм разрывная прочность R_бт=1,79 МН. Этим требованиям по допустимой нагрузке на крюке удовлетворяет буровая установка пятого класса по ГОСТ 16293—82 с допустимой нагрузкой на крюке R_к = 2МП (см. приложение).

9. В соответствии с ГОСТом нагрузка от веса бурильной колонны допускается не более 0,6 R_к, т.е. G_бк = 0,6*2=1,2 МН.

10. Так как в нашем случае G_бк=1,06 МН, что меньше (см. п. 9) 1,2 МН то выбранная установка удовлетворяет этому требованию.

11. Если скважина бурится с большим числом рейсов и на СПО может быть затрачено много времени, то установку следует выбрать с комплексом механизмов АСП.

Далее, надо определить расход бурового раствора и мощность насосов.

11.1. Наибольшая подача потребуется при бурении под кондуктор, м³/с (л/с):

Q_нк= V ₃*F₃=0,5*0,14=0,07 (70),

где: F₃ – площадь затрубного пространства, вычисляемая по уравнению, м²:

F₃= (d²_c – d²_бт) / 4 = 3,14(0,445² – 0,127²) /4 = 0,14.

11.2. Полезная мощность насосов, Вт:

N_н=Q_нкp_с=0,07*15*10⁶=105*10⁴, что в кВт равно 1050.

В уравнении p_с – давление насосов, необходимое для преодоления сопротивления при прокачке бурового раствора при бурении под кондуктор. Примем p_с = 15*10⁶ Па, что в МПа равно 15.

11.3. Мощность привода насоса, кВт:

N_пн=N_н / 2 _м = 1050 / 2*0,8 = 656,

где: _м=0,8 – к.п.д. привода насоса.

11.4. Для этой установки ГОСТ 16293—82 (см. приложение) предусмотрено два насоса с приводной мощностью 750 кВт каждый.

Вывод. На основании расчетов выбрана буровая установка пятого класса.