автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.07, диссертация на тему:Разработка и внедрение методологии выбора буровой установки

ср Открытое акционерное общество о «Научно-производственное объединение

;' ~ «Буровая техника» - ВНИИБТ»

На правах рукописи

Абубакиров Владимир Фуадович

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ МЕТОДОЛОГИИ ВЫБОРА БУРОВОЙ УСТАНОВКИ

(на примере РАО «Газпром»)

Специальность : 05.04.07. - Машины и агрегаты нефтяной

и газовой промышленности

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1998 г.

Работа выполнена в РАО «Газпром»

Научные руководители:

Доктор технических наук Никитин Б.А. Кандидат технических наук Петросянц В.О.

Официальные оппоненты :

Доктор технических наук Архангельский В.Л. Кандидат технических наук Баграмов P.A.

Ведущее предприятие - Российское акционерное общество «Газпром»

Защита состоится 1998 г. в Ч часов

на заседании Специализированного Совета Д 104.03.01. в ОАО НПО «Буровая техника» по адресу : 113114 г.Москва ул. Летниковская, 7-9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО НПО «Буровая техника» - ВНИИБТ

Автореферат разослан « »

Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат технических наук

1998 г..

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Развитие нефтяной и газовой отраслей - базовых в топливно-энесге-:ичоском балансе страны - о настоящее время характеризуется освоением (ерспективных месторождений в труднодоступных регионах и сероводородо-:одержащих месторождений, увеличением глубины бурения и усложнением устий их бурения и связано с внедрением новых прогрессивных и энерго-:берегающих технологий.

При реализации этой народнохозяйственной проблемы большая роль [ринадлежит буровым комплексам, характеризуемым увеличением мощности юполнительных механизмов, внедрением регулируемых тиристорных систем [х привода и прогрессивных изделий Суровой техники, включая систему ерхнего привода и циркуляционных систем очистки, приготовления буро-юго раствора, отвечающих современным требованиям экологии, и другие 'азработки.

В диссертационной работе рассмотрены научные основы и методика бы-юра класса буровой установки и буровых насосных комплексов, базируются на всесторонних теоретических и экспериментальных исследованиях, а 'акже на практической реализации инженерных разработок при их промыш-енном внедрении.

При изучении поставленных задач рассмотрены определяемые практикой азвития газовой промышленности важные и узловые аспекты, включающие заимосвязь параметров буровых комплексов и определение рациональных ежимов их эксплуатации, на основе разработанных научных положений и сализации инженерных разработок, при отом одним из принципиальных кри-ериев, принятых в основу научных положений, служат показатели долго-счности элементов рассматриваемых буровых комплексов и сбалансирозап-ость режимов их нагружения.

Автор защищает:

1. Научные основы и методику выбора класса буровой установки с четом взаимосвязи нагрузок при подъеме и спуске бурильных и обсадных олонн и фактора повышенной долговечности элементов спуска-подъемного

механизма.

2. Научную методику расчета и выбора буровых насосных комплексов и рациональных режимов Суровых насосов, основанную на комплексных исследованиях процессов всасывания и нагнетания в зависимости от вида при- " вода и технологических параметров бурения.

3. Результаты практической реализации разработанных методик и основных положений при создании и промышленном внедрении новых буровых комплексов, в том числе разработанных при непосредственном участии автора.

Актуальность работы

Проблема повышения эффективности строительства скважин всегда имела и в настоящее время имеет особо важное значение. Эта проблема связана с решением многих научных, инженерно-технических и экономических задач при разработке и промышленном внедрении высокопроизводительных и надежных буровых установок, спуско-подъемный комплекс (СПК) и буровой насосный комплекс (БНК), которые относятся к сложным механизмам, значительную часть времени работающим при неустановившихся режимах.

Выбор и расчет рациональных значений параметров этих механизмов и определение режимов их нагружения являются определяющими в общем цикле создания (совершенствования), выбора и промышленного внедрения буровых установок, а также продолжительности их эксплуатации.

Решение перечисленных вопросов представляет сложную и многоплановую проблему, требующую проведения большого объема теоретических и экспериментальных исследований и опытно-конструкторских работ. Трудами отечественных ученых В.Л.Авакова, В.Л.Архангельского, Р.А.Баграмова, А.Л.Ильского, В.И.Тарасовича, Г.Б.Карапетяна, В.В.Рудоискателя,М.Я.Ит-киса, В.Г.Юртаева Г.Н.Бержеца и многих других, специалистов ОАО "Урал-маш", Волгоградского завода буровой техники, ВНИИНЕФТЕМАША, ВНИИБТ внесен определяющий вклад в развитии данной проблемы. Результаты этих трудов воплощались при создании отечественных буровых установок, их комплектующих механизмов, систем и узлов, в том числе в новых буровых установках последнего поколения с различными приводными системами и различного назначения, а также явились базовыми при разработке ГОСТ

6293-89 "Установки Суровые комплектные для эксплуатационного и глу-окого разведочного бурения. Основные параметры". Все это позволило беспечить техническую и технологическую возможности производства и недрения отечественного бурового оборудования с необходимыми парапетами назначения в соответствии с требованиями бурения скважин в раз-ичных регионах страны.

Однако, в настоящее время отсутствует научная методология выбора ласса Суровой установки, определяемого по максимальной (допускаемой) агрузке на крюке, базирующаяся на взаимосвязи нагрузок при подъеме и пуске бурильных и обсадных колонн с учетом фактора надежности элс-ентов спуска-подъемного механизма. Следует подчеркнуть, что фактор олговечности в период рыночных отношений имеет весьма важное значе-ие. К этой задаче относится также вопрос уточнения коэффициента экви-алентности нагрузки при проведении спуско-подъемных операций с бури-ьными колоннами с учетом постоянных нагрузок (включяя вес силового ертлюга, УБТ и др.). Отмеченные вопросы определили первую ключевую адачу работы.

Второй ключевой задачей работы является дальнейшее исследование аботы БНК. В работах Л.Н.Гороновича, В.А.Лвакова исследованы различью аспекты работы бурового двухцилиндрового насоса двухстороннего ействия ("дуплекс"), в результате чего определены его силовые и кине-атические параметры, которые явились базовыми при создании отечест-енных буровых насосов этого типа. За последние годы в практике бурс ия применяются буровые трехцилиндровые насосы одностороннего действия "триплекс"), которые благодаря более устойчивым гидравлическим харак-еристкам и эксплуатационным преимуществам, вытесняют насосы первого ипа. Увеличение мощности и числа ходов поршня в насосах второго типа и спользование для их привода мощных тиристорных систем постоянного то-а потребовали дальнейшего изучения работы БНК, при этом узловыми яв-яются вопросы выбора параметров и рациональных режимов нагружсиия урового насоса с учетом динамических и пиковых нагрузок в режимах сасывания и нагнетания, а также с учетом фактора долговечности его ги-равлической и механической частей с различными видами привода.

Основными направлениями настоящей работы явились комплексные ис-

следования работы СПК и БНК с учетом силового погружения и фактора долговечности, разработка научных основ выбора их параметров и рациональных режимов эксплуатации, а также реализация результатов в практике газовой промышленности .

Цель работы

Целью диссертационной работы явилось: в теоретическом плане -разработка научных основ выбора класса буровой установки и бурового насосного комплекса; определение рациональных параметров обсадных и бурильных колонн и насосной группы и рациональных режимов эксплуатации спускоподъемного и бурового насосного комплексов; в плане практической реализации - разработка методик выбора рациональных режимов нагружения спуско-подъемного и насосного механизмов и на этой основе передовых технологических комплексов; в перспективе - определение основных технических направлений инясенер-ных разработок с целью внедрения в отрасли соответствующих буровых комплексов.

Основные задачи работы:

1. Научное обоснование и определение рациональных соотношений нагрузок от обсадных и бурильных колонн.

2. Разработка методологии выбора класса буровой установки.

3. Теоретическое обоснование рациональных режимов эксплуатации и выбора буровых насосных комплексов с различными приводными системами.

4. разработка методологии расчета и выбора всасывающих систем буровых насосов.

5. Уточнение коэффициента эквивалентности нагрузок СПК с учетом постоянно-действующих нагрузок.

Метод решения поставленных задач.

В работе использованы основные концепции классической механики, теорий циклической и статической прочности, методы математики по реше-

гшю дифференциальных уравнений и приближенных вычислений.

При рассмотрении некоторых задач были использованы ПЭВМ. Толучепные теоретическим путем результаты использовались при формировании основных исходных требований на создание (совершенствование) зуровых насосных комплексов и режимов их эксплуатации при промышленном знедрении.

Научная новизна

Разработаны теоретические основы и методика выбора класса Оуро-вой /становки на учете сопоставлении и взаимосвязи нагрузок при спус-ке и юдъеме бурильных и обсадных колонн с учетом повышенной долгове-чности элементов спуска-подъемного механизма и привода.

Уточнены значения коэффициента эквивалентности нагрузок при подъ-зме и спуске бурильных колонн с учетом постоянно-действующих нагрузок, збусловлешшх весом УБТ, талевого механизма и верхнего привода.

Развит научный метод комплексного изучения работы буровых насосов :вух типов, основанный на анализе их работы в циклах всасывания и наг-ютания с учетом пиковых и динамических нагрузок, обусловленных осо-5енностями кривошипно-шатунного механизма, что позволило установить зеновные положения их выбора с учетом фактора долговечности и опрелость рациональные режимы их нагружения в зависимости от вида привода и технологических параметров бурения.

Практическая реализация работы

Реализация результатов работы осуществлялась в РАО "Газпром" при :оздании (совершенствовании) и промышленном внедрении буровых комп-юксов отечественного и зарубежного производства на стадиях разраоот-ки 'ехнических требований заказчика при формировании комплектности -юставки оборудования и при закупке установок и их отдельных комплексе .

На основе выводов и рекомендаций работы: внедрены Суровые уста-ювки с различными приводными системами для эксплуатации в различных

регионах, а также отдельные буровые комплексы с рациональными параметрами; разработаны и рекомендованы рациональные режимы эксплуатации этих комплексов с учетом повышенных требований долговечности оборудования; начаты работы по техническому перевооружению газовой отрасли новыми прогрессивными системами, такие как верхний силовой привод, оборудование циркуляционных систем, отвечающие требованиям экологии, и другие работы.

Обсуждение работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались:

- на заседаниях научно-технических советов НИИТЯЖМАШа ОАО "Урал-маш". Волгоградского завода буровой техники (1985 ...1996 г.г.);

- на нефтепромысловой секции ВНИИНЕФТЕМАШа ( 1993...1996 г.г.);

- на конференциях и совещаниях по вопросам буровых установок, в том числе для Западной Сибири и Крайнего Севера;

- на научно-технических советах ВНИИБГ(1993 ...1995г.г.);

- на НТО РАО "Газпром" (1994, 1996 г.г.).

Объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и рекомендаций, изложенных на 135 страницах машинописного текста; приложения изложены на 37 страницах; список литературы включает 54 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность задач исследования, дана оценка вопросам в области расчета и выбора параметров и режимов нагру-жения СПК и БНК и намечаны основные направления, цели и задачи работы.

В первой главе рассмотрены вопросы выбора рационального веса бурильной колонны.

Изучение погруженности СПК основано на рассмотрении нагрузок трех категорий: систематических (регулярных) нагрузок, обусловленных массой бурильных колонн в процессе их многократных подъемов и спусков; несистематических (нерегулярных) нагрузок, обусловленных массой обсадных колонн при их спуске в скважину или возможного приподъема; случайных нагрузок в процессе ликвидации прихватов колонны при расхаживании. Нагрузки второй и третьей категорий по числу циклов нагружения значительно уступают нагрузкам при подъеме и, спуске бурильных колонн. Таким образом, технологические особенности проходки скважины определяют различные методы расчета элементов СПК на статическую и циклическую прочности.

Рассматривая нагруженность элементов СПК при подъеме бурильной колонны, в работе получено выражение для определения числа циклов в виде ( см. рис. 1)

з = (1)

РТр, Ртр.М У г Ун

В табл. 1 приведены полученные в работе формулы для определения коэффициента эквивалентности при различных случаях нагружения подъем ного механизма, при этом формула (2) идентична ранее полученным выражениям для случая, когда нагрузка пропорциональна числу свечей в колонне. С учетом постоянных нагрузок (УЕТ, талевая система, оборудование верхнего привода, компенсатор перемещений в морских комплексах) коэффициент эквивалентности принимает большие значения и имеет существенное влияние при расчетах несущих элементов СПК на долговечность.

где й - относительное число циклов;

<7 - относительная нагрузка, равная

4= =—/ (2)

^тр.м Уш

- вес ( максимальный вес ) бурильных труб;

- число (максимальное число) свечей в колонне;

!С

Относительное число циклов

Рис.1. График нагружения подъемного механизма.

Таблица 1.

Вариант расчета Принятая максимальная действующая нагрузка Принятая максимальная расчетная нагрузка Коэффициент экви валентности

1 II II

2 д=1+а д=1+а кЭ1=л/ а+аукэ (2)

3 д=1+а II

В формулах (I), (2) и (3) принято: т - показатель степени кривой усталости; сс=Е/г ; г. ^ . ГП-М Ра- постоянно-действующая нагрузка

В работе проанализированы различные случаи нагружения подъемного механизма при эксплуатации буровых установок. Наибольшую опасность 1редставляет случай, когда увеличивается глубина скважины до для которого получено выражение для определения коэффициента показывающего юлю долговечности узлов и деталей подъемного механизма по сравнению с 5азовым (расчетным) вариантом

У

п =(—( з )

V

где пр - расчетное число скважин (соответствует ур). т - показатель степени кривой усталости.

Таким образом, при увеличении заданной (рекомендованной) разработчиком величины максимального веса бурильной колонны резко сокращается долговечность узлов и деталей СПК, что необходимо учитывать при эксплуатации суровых установок.

Для сравнения силовых факторов нагружения подъемного механизма зыполнен анализ функционирующих буровых установок, результаты которого триведены в табл. 2.

Коэффициент ла=лтКб характеризует запас прочности по пределу те-сучести в элементах СПК. На основании данных табл. 2 этот коэффициент 1ля зарубежных буровых установок имеет высокие значения, что и опреде-тяет высокую долговечность этих установок, циклическая прочность элементов СПК определяется весом бурильной колонны(с учетом постоянных нагрузок) , а статическая прочность характеризуется максимальной (долу-гкаемой) нагрузкой на крюке , поэтому целесообразно установить рацио-)альные соотношения нагрузок этих двух категорий. В настоящее время 1меются фундаментальные теоретические и экспериментальные исследования ю вопросам циклической прочности, учитывающие различные аспекты, вклю-¡ая масштабный фактор, концентрацию напряжений, для различных деталей и 'злов, а применительно к СПК - также графики нагружения. Проведенный 1 работе анализ показал, что при пТ > 2,25 и Ка > 2,2 обеспечиваются

Таблица 2.

Сравнение факторов нагружения подъемного механизма буровых установок

Параметры

Значения параметров

Запас прочности по пределу текучести (стандарт АНИ-8А)

¡(-150п „„

" 15Г 4 75

Л - максимальная нагрузка в коротких тоннах

3,0

РО

2,0

2,25

1000 2000 3000 4000 5000 Максимальная нагрузка, кН

Фирма-изготовитель

ЭМСКО ГАРДНЕР-ДЕНВЕР ДРИКО НЕЙШНЕЛ

ОЙМ УПЕТРОМ ГОСТ 16293-89

к- <2

йб

2,08 2,08 3,40

1,79 2,26 2,09

1,30 2,17 2,83

1,84 2,42 2,82

2,36 - 2,97

1,48-1,78 1,78 2,50

(1,67)2,10

ЭМСКО ГАРДНЕР-ДЕНВЕР ДРИКО НЕЙШНЕЛ ОЙМ

Запас прочности по пределу текучести

< т

6,24 5,40 7,65

5,34 5,90 4,70

3,90 5,60 6,36

5,50 6,30 6,34

7,08 - 6,68

необходимые условия циклической прочности, а при Ка < 2 и лт < 2, 25 такие условия в ряде случаев не выполняются, а поэтому необходимо проводить проверочные расчеты на циклическую прочность и, при необходимости, обеспечивать кои-структивно-техпологичсскими мероприятиями выполнение требований гарантированной прочности.

Во второй главе рассмотрены вопросы методолгии выбора класса буровой установки.

Выбор главного параметра буровой установки - максимальной (допускаемой) нагрузки на крюке - является важным компонентом технических решений при разработке проекта на строительство скважины. При этом проектировщик должен обладать сведениями о параметрах Суровой установки, обеспечивающих выполнение технологических требований бурения, и иметь методологию выбора этих параметров. Такая научная методология, определяющая высокую долговечность и надежность элементов СПК, а также четкая процедура выбора класса установки, в настоящее время отсутствуют . Методолгия выбора класса буровой установки по ее главному параметру заключается в изучении алгоритма, устанавливающего взаимосвязь допускаемой (максимальной) нагрузки на крюке О с весом в воздухе наиболее тяжелой обсадной колонны £>о и бурильной колонны £><3. О > КоОо \

' ( 4 )

с > кбдб;

где Ко - коэффициент запаса допускаемой нагрузки для обсадной колонны;

Ко - коэффициент запаса допускаемой нагрузки для бурильной

колонны.

Эти коэффициенты подлежат определению на основе действующих нагрузок и закономерностей статической и циклической прочности при проведении спускоподъемных операций, спуске обсадных колонн и ликвидация различного рода прихватов.

Рациональные значения коэффициента К0 определены ранее в главе 1. Определение коэффициента К0 в работе выполнено предложенным Г.Н.Берже-

цем методом исследования процесса расхаживания оОсадной колонны с помощью полученного выражения

К0=сс+п3 а-аа > ( 5 )

где Пу - коэффициент запаса, определяемый из формулы

= <6)

Рстр~ страгивающая осевая нагрузка, определяемая для основной плоскости резьОы оОсадной колонны:

(7,

в .сшр

Ри.стр ~ страгивающая нагрузка в резьбовом соединении нижнего сечения ;

где РВфСтр~ страгивающая нагрузка в резьбовом соединении верхнего сечения колонны,

а = 1~^Ж ; ( 8 )

7 т

гле - уж и уг- плотность раствора и труб.

Возникновение прихватов оОсадной колонны и проведение ее расхаживания приводят к необходимости увеличения нагрузки по отношению к максимальному весу оОсадной колонны, т.е. для правильного выбора класса установки необходимо определить величину максимального усилия, прикладываемого к оОсадной колонне. На рис. 2 приведен график Ко= £(а,а) при /1,= 1,3. Более жесткие условия имеют место при бурении сероводородосо-держащих месторождений, когда П3 более 1,3. в раооте рассмотрены все возможные случаи, аключая рекомендации ЛИИ и необходимую прочность бурильной колонны.

В третьей главе рассмотрена задача выбора буровых насосных комплексов и рациональных режимов их работы.

Кривошипно-шатунный механизм буровых насосов создает неравномерное движение поршней, благодаря чему в нагнетательном и всасывающем

%K= m

Г, 7,S

(a= 0,846) (a- 0,821) (a= 0,795)

(a= 0,769)

2ж= zi Г7 7,8

(a= 0,872)

(«= 0,744)

i.o:

j.oo

a

0.4 0.45 0.50 0.55 0,6" 0.65

Рис. 2. График зависиости К = о: -н 1, 3 ¿з -с: а

коллекторах имеют место изменяющиеся по времени одного цикла потери давления на преодоление инерции прокачиваемого раствора и различного рода сопротивлений, которые в целом определяют неравномерную загрузку насоса. В диссертации исследована кинематика насосов различного типа и получены выражения для определения скорости и ускорения для насосов типа "дуплекс" и триплекс".

Потери давления на преодоление инерции прокачиваемого раствора определяются с помощью полученного в работе выражения

где р- плотность раствора, кг/м3;

Ь - длина участка, м;

А,, (йв) - диаметр поршня (участка);

л- число ходов поршня насоса в минуту;

5 - ход поршня, м;

К - коэффициенты

ускорения (Ку и Кук), определяемые в зависимости от участков коллектора насоса или его магистралей .

В работе конкретизирована формула (9) для насосов двух типов. Из этой формулы видно влияние числа ходов поршня и диаметров поршня и магистралей. В любом случае потери этого вида увеличиваются с увеличением числа ходов и диаметра поршня (в квадрате), что для насосов триплекс имеет важное значение.

Разработана методика расчета и выбора всасывающих систем буровых насосов как самотечных, так с подпорным насосом с учетом потерь давления на преодоление инерции прокачиваемого раствора, различного рода сопротивлений и упругости паров жидкости. Для систем с подпорным насосом (система ПН-БН) определены рациональные зоны работы подпорного насоса с учетом максимальной и минимальной мгновенных подач бурового насоса. В этом плане установлено, что рабочий диапазон подачи бурового насоса на каждой втулке должен вписываться в рабочую зону подпорного насоса, рекомендованную изготовителем. Отступление от этой рекомендации приводит к выходу из строя как самого подпорного насоса так и его при-

водного двигателя ввиду явлений кавитации в камере насоса или чрезмерного перегрева. По результатам проведенных исследований даны практические рекомендации.В частности, всасывающие трубопроводы целесообразно вы-полнять короткими (длиной 3-5 метров) с внутренним диаметром 2Ь0... 300 мм. Уменьшение длины трубопровода и увеличение его диаметра во всех случаях приводят к сокращению потерь давления инерционного вида. Необходимо режимы работы бурового насоса выбирать с меньшим числом ходов поршня и на втулке большего диаметра, если это позволяет допускаемое давление насоса на этой втулке. Для насосов с нерегулируемой системой ого привода целесообразно использовать в работе два насоса на втулках малого диаметра .

Величина потерь давления на преодоление инерции бурового раствора прокачиваемого в цилиндрах насоса и его нагнетательном коллекторе Р„ может быть учтена полученным в работе коэффициентом

, ( 10 )

Р п н н

где пи (пэ) - номинальное (эксплуатационное) число ходов поршня;

Рщ, - давление, определенное при Ы„.

Проведенные в работе расчеты позволили определить значения для отечественных и зарубежных Суровых насосов обоих типов: Ки = 0,98 цля насосов типа "дуплекс" и К„ =0,96. . .0,98 для насосов типа "триплекс".

Кривошипно-шатунный механизм буровых насосов, создавая неравномерное движение поршней, обуславливает изменение давления нагнетаемого эаствора. Исследования силовых факторов для насоса типа "дуплекс", вы-юлненные Л.Н.Гороновичем с помощью коэффициента момента, показали его значительное изменение за цикл (за один ход поршня).

Выполненные в работе графо-аналитическим методом исследования с ^пользованием основных положений теории циклической прочности позволя-1и определить влияние указанных пиковых нагрузок на долговечность осно-шых несущих элементов насоса и его привода с помощью коэфиициента К„,

определяемого в зависимости от кривой усталости: для наососов типа "дуплекс" Кп=0, 8. . . О, 94; для насосов типа "триплекс" Кп=0, 91. . . О, 97.

Для выполнения заложенных при проектировании показателей долговечности основных силовых деталей насоса, указываемые фирмами предельные давления насоса на каждом типоразмере втулки Рн , следует корректировать, вводя коэффициент Кд= КцКпчактл образом, что Рэ=РнКд, где Рэ - предельные значения давления, принимаемые при выборе эксплуатационных режимов нагружения.

На основании проведенных исследований, в целях повышения долговечности, режимы нагружения бурового насоса целесообразно устанавливать таким образом, чтобы его эксплуатационная мощность составляла: Ыэ—0,б5 Ын для насосов типа "дуплекс" и N3=0,6 Л7Я для насосов типа "триплекс". В диссертации проведен анализ режимов нагружения отечественных и зарубежных буровых насосов при эксплуатации в различных регионах: который показал, что высокий срок службы (15-18 лет и Солее) обеспечивается при соблюдении полученных рекомендаций, а при работе на предельных режимах (в соответствии с паспортными значениями давлений и идеальной подачи) срок службы насосов до капитального ремонта или до списания снижается до 4-7 лет, что подтверждается проведенными ВНИИБТ статистическими исследованиями .

Четвертая глава посвящена вопросам разработки и практического внедрения буровых комплексов.

Внедрение результатов работы осуществлялась в процессе разработки основных технических требований на разрабатываемые отечественные и закупаемые по импорту Суровые комплексы, комплектные Суровые установки, а также при внедрении рациональных режимов их эксплуатации.

В работе проведен анализ отечественных и зарубежных Оурооых комплексов в соответствии с требованиями выбора рационального класса Суровой установок,а также других буровых комплексов для использования в различных регионах страны. Рассмотрены и рекомендованы рациональные режимы эксплуатации буровых насосных комплексов с различными видами привода: с тиристорным электроприводом постоянного тока, дизельгидравли-

ш

У 1?

*

. 4

* \] > А

у 1 ■ л ^

■ 2

N

100 200 300 400 500 600 700 П

«„ = 556 об/мин

Частота вращения трансмиссивного вала, об/мин

"очка А соответствует параметрам бурового насоса УНБТ-950А (1,2 и 3- число работающих агрегатов привода)

Рис. 3. График зависимости М=£(п)

чсским приводом и электроприводом переменного тока. При выборе режимов работы буровых насосов учитывались технологические требования бурения как верхних, так и нижних интервалов скважин. В качестве примера на рис.3 приведен график для буровой установки с дизельгидравлическим приводом БУ5000/320ДГУ, при этом были рассмотрены потери мощности в системах приводных агрегатов и в трансмиссии и даны соответствующие рекомендации (варианты режимов приведены на рис.3 точками 1, 11, III и 1У).

В работе также описаны особенности внедрения и других комплексов, таких как система верхнего привода, циркуляционная система, удовлетворяющая требованиям экологии. Для последней системы также рассмотрены теоретические аспекты выбора комплектующего оборудования с рациональными параметрами подпорных насосов при их работе с песко-илоотделителями. В частности, рассмотрена совместная работа отечественных центробежных насосов и гидроциклонных установок. Анализ их совмещенных рабочих характеристик показал, что в ряде случаев применяемые насосы не обеспечивают работу гидроциклонных установок в оптимальном режиме. На основе этих результатов разработаны мероприятия по освоению производства насосов с рациональными параметрами.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработана новая методика выбора класса буровой установки в зависимости от параметров обсадной и бурильной колонн, основанная на комплексных исследованиях при их подъеме и спуске на базе статической и циклической прочности и обеспечивающая максимальную долговечность элементов спускоподъемного механизма, включая Суровую лебедку и приводную систему.

2. Установлены практические критерии для оценки сравнительной долговечности элементов спуско-подъемного механизма в зависимости от показателей степени кривой усталости и степени кривой проходки. Пока зано, что увеличение веса бурильной колонны и глубины бурения свыше установленных нормативов приводит к существенному снижению долговечности элементов механизма, на основании чего даны практические реко-

мендацип. В частности показано, что допускаемое ГОСТОМ 16293-8У "Установки буровые комплектные для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения. Основные параметры" повышение коэффициента, определяющего отношение веса бурильной колонны к-допускаемой (максимальной) нагрузке на крюке, с 0,5 до 0,6 приводит к снижению долговечности основных силовых элементов механизма и поэтому не может быть рекомендована к практическому применению.

3. Получены новые соотношения для определения коэффициента эквивалентности нагрузок при подъеме и спуске бурильной колонны. Показано, что для установления уточненного значения этого коэффициента необходимо учитывать влияние постоянных компонентов нагрузки (движущихся частей талевого механизма, УБТ и др.)в зависимости от показателей степени кривой проходки и степени кривой усталости.

4. Установлены закономерности, определяющие потери давления на треодоление инерции прокачиваемого раствора во всасывающих и нагнетательных линиях буровых насосов в зависимости от параметров магистралей 1 типа бурового насоса. Показано, что потери давления этого вида явля-отся существенными и определяющими в суммарных потерях давления, особенно для трехцилиндровых насосов одностороннего действия при максима-тьных (паспортных) режимах их работы.

5. Разработана комплексная методика расчета и выбора параметров зсасывающих систем буровых насосов как самотечных, так и с подпорными 1асосами, а также рациональных режимов их работы в зависимости от пара-«етров систем и Бида привода буровых насосов. Установлены критерии выбора характеристики подпорных насосов для обеспечения работоспособного функционирования подпорных систем. Показано, что отечественные подг.ор-)ые насосы не во всех случаях обеспечивают рациональные режимы оксплу-1тации.

6. Уточнены расчетные силовые факторы, влияющие на загрузку оуро-юго насоса с учетом потерь давления на преодоление инерции прокачиви-

емого раствора в цилиндрах и в нагнетательном коллекторе и пиковых (максимальных) нагрузок, обусловленных особенностями работы кривошипноша-тунного механизма. Предложена новая методика выбора мощности и типоразмера бурового насоса и режимов его нагружения, учитывающая уточненные силовые факторы и статистические показатели эксплуатации, для различных приводных систем.

7. Научные положения и рекомендации работы использованы при разработке технических направлений и исходных требований как на создаваемые вновь, так и на закупаемые по импорту буровые комплексы, а также при разработке проектов на строительство скважин и при эксплуатации буровых установок.

8. Экономическая эффективность результатов работы достигнута при их реализации в сфере промышленной эксплуатации и составляет 17397,12 тыс. руб в год по Заполярному ГКМ.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в работах:

1. Абубакиров В.Ф. Влияние веса бурильной колонны на долговечность подъемного механизма. Научно-технический сборник ИРЦ "Газпром" № 12, 1997 г.

2. Абубакиров В.Ф. Нагрузки при спуске и подъеме бурильной колонны. Научно-технический сборник ИРЦ "Газпром" № 10, 1997 г.

3. Абубакиров В.Ф. Влияние типа и режима работы бурового насоса на выбор рациональных всасывающих систем. Научно-технический сборник ИРЦ "Газпром" № 11, 1997 г.

4. Абубакиров В.Ф. Перспективы создания новых видов бурового оборудования. Материалы научно-технического совета РАО "Газпром", Москва, 1996.

5. Абубакиров В.Ф. Буровые сооружения БСЗД. Газовая промыслен -юсть. № 10,1905 (стр 10) (Соавторы А.Н.ЛоОкин, Д.Ф.Москвитин).

6. Авторское свидетельство М1257301 от 22 апреля 1986 г. Устроп-;тво для перевозки крупно-габаритных грузов. (Соавтор Б.Н.Потехин).

7. Авторское свидетельство М 1252754 от 10 января 1985 г. Адаптивная система управления параллельно-работающими дизельными установками (соавторы Мурадов Б.И., Лобанов В.А., Шубладзе A.M., Уланов А.Г.).

Соискатель'

!.Ф.Абубакиров