Влияние компоновочной схемы СПК на производительность

Производительность является основным показателем работы установки для ремонта скважин. Производительность – это объем работ, произведенных за единицу времени. Применительно к установкам для ремонта скважин, производительность СПК можно оценить, как объем СПО к общему времени, затраченному на проведение СПО. Другими словами, производительность СПК – это скорость выполнения СПО u . Т.к. объем спуско-подъемных операций зависит от суммарной глубины спускаемого и поднимаемого оборудования, то производительность П_спо можно выразить следующей формулой:

; (2.5)

где T_спо – общее время проведения СПО;

L_i – текущие интервалы глубин спуско-подъемов;

n – количество спуско-подъемов.

Как видно из выражения повышение производительности СПК возможно двумя способами:

- уменьшение объемов СПО;

- сокращение общего времени на спуско-подъемные операции.

Затраты времени на проведение СПО при капитальном ремонте можно определить по формуле:

; (2.6)

где T_п – общее время подъема труб, с;

T_сп – общее время спуска труб, с;

T_сп.нэ – общее время спуска ненагруженного элеватора, с;

T_п.нэ – общее время подъема ненагруженного элеватора, с;

T_св.п – общее время, затрачиваемое на развинчивание труб при подъеме, с;

T_св.сп – общее время, затрачиваемое на свинчивание при спуске труб, с;

T_{укл.спо.} – общее время, затрачиваемое на укладку труб при подъеме труб из скважины и на установку на оси скважины при спуске, с;

T_з.о. – общее время на замену оборудования при ремонтных работах, с.

Особенностью часто встречающегося вида капитального ремонта скважин является необходимость бурения интервала горизонтального участка ствола или разбуривание цементного стакана. Затраты времени на проведение СПО при этом виде работ аналогично определению этих показателей при бурении скважин [35] можно определить по формуле:

(2.7)

где T^спо+б_п – общее время подъема труб, с;

T^спо+б_сп – общее время спуска труб, с;

T_б – время бурения интервала, с;

T^спо+б_сп.нэ – общее время спуска ненагруженного элеватора, с;

T^спо+б_п.нэ – общее время подъема ненагруженного элеватора, с;

T^спо+б_.н – общее время, затрачиваемое на наращивание труб при бурении, с;

T_с.д. – общее время на смену долота при разбуривании интервала, с.

Затраты времени на спуск и подъем фактически равны и определяются [1, 2, 3]:

; (2.8)

где L_i – предельная длина колонны при i – ом рейсе, м;

N_дв – мощность двигателей лебедки, Вт;

h_т.с – к.п.д. талевой системы;

b – число рейсов, шт.;

l_с – коэффициент заполнения тахограммы при спуске колонны труб;

– коэффициент, учитывающий высоту приподъёма колонны труб.

Для ремонта скважин, технологический процесс которого содержит только спуско-подъемные операции, затраты времени на спуск и, соответственно, на подъем можно определить следующим образом:

(2.9)

где L – глубина скважины, м.

Из технологии спуско-подъемных операций при бурении следует, что сумма длины подъемов незагруженного элеватора равна длине труб, спускаемых в скважину, а суммарная длина спусков незагруженного элеватора – длине труб, поднимаемых из скважины, и, в итоге, глубине скважины.

Затраты времени на спуск незагруженного элеватора:

, (2.10)

где u_сп.нэ – средняя скорость спуска незагруженного элеватора, м/с.

Скорость подъема незагруженного элеватора зависит от структуры скоростей буровой лебедки, и машинное время подъема незагруженного элеватора за период бурения скважины определится:

, (2.11)

где u_п – максимальная скорость подъема при установившемся движении, м/с;

l – коэффициент заполнения тахограммы при подъеме ненагруженного элеватора.

Выражая скорости через характеристики лебедки и талевой системы, получим следующие выражения для определения затрат времени на спуск и подъем ненагруженного элеватора:

; (2.12)

Подставляя приведенные выше зависимости в выражение для нахождения общих затрат времени на СПО и постоянные для данной установки величины, получим

; (2.13)

где k₁, k₂, k₃, k₄ – коэффициенты постоянных для конкретной установки величин, которые определяются по следующим выражениям:

; (2.14)

; (2.15)

; (2.16)

. (2.17)

где l_п – коэффициент заполнения тахограммы при спуске колонны труб;

Затраты времени для СПО с бурением интервала могут быть получены по следующей зависимости:

(2.18)

где t_н – время наращивания бурового става при бурении, с;

N_св – число свечей, шт.;

k₅ – коэффициент постоянных для конкретной установки величин, связанных с бурением:

; (2.19)

где l_сп.вт, l_п.вт – коэффициенты заполнения тахограммы при спуске и подъеме ведущей трубы;

u_мi – механическая скорость бурения на i -ом интервале, м/c;

L_спо – глубина скважины до интервала бурения, м;

DL_i – глубина бурения i -го интервала, м;

t_пр – время, затрачиваемое на промывку при бурении, с.

Для выявления взаимосвязи между параметрами были рассмотрены две схемы СПК установок для ремонта скважин:

- подъемник – лебедка – ротор – ведущая труба – вертлюг;

- подъемник – лебедка – верхний привод.

В результате всестороннего анализа существующих и перспективных вариантов компоновки СПК установок для ремонта была составлена схема для указания связи режимных и конструктивных параметров (рис.2.1).

Данная схема позволяет пользоваться полученными формулами, исходя из конструктивного исполнения СПК. Это дает возможность включения конструктивных параметров в программу нахождения наилучшего варианта компоновки СПК.

Преимущество той или иной схемы по производительности ремонта будет определяться разностью затрат времени на выполнение данного вида ремонта:

- для СПО и бурения

(2.20)

где Q_ВП – вес верхнего привода, Н;

T _Р^СПО+б, T _ВП^СПО+б – затраты времени на ремонт, включающий СПО и бурение, с;

t_н^Р, t_н^ВП – время наращивания бурового става при бурении соответственно ротором и верхним приводом, с;

Рис. 2.1. Схема для указания связи режимных и конструктивных параметров,

- используются при СПО;

- используются только при бурении;

Р - схема с ротором;

ВП - схема с верхним приводом;

M_кр - крутящий момент, Н*м;

P_ос - осевая нагрузка, Н;

n_вр - частота вращения, об/мин.

t_пр^Р, t_пр^ВП – время, затрачиваемое на промывку скважины при использовании соответственно ротора и верхнего привода, с.

В связи с тем, что преимуществом верхнего привода является бурение с одновременной промывкой скважины, т. е. совмещение этих операций во времени, то t_пр^ВП не учитывается, и выражение будет иметь вид:

(2.21)

- для СПО

(2.22)

где T _Р^СПО, T _ВП^СПО – затраты времени на ремонт, включающий только СПО, с;

t_св^Р, t_св^ВП – время, затрачиваемое на одно свинчивание-развинчивание бурового става при СПО соответственно в схемах с ротором и верхним приводом, с;

t_укл^Р, t_укл^ВП – время, затрачиваемое на укладку трубы или ее установку на ось скважины при СПО соответственно в схемах с ротором и верхним приводом, с.

Как видно из полученных выражений (2.20), (2.21) и (2.22), преимущества схем по производительности зависят от выполнения системы условий:

ΔT^СПО < 0 – ротор

ΔT^СПО+б < 0 – ротор

ΔT^СПО > 0 – верхний привод (2.23)

ΔT^СПО+б > 0 – верхний привод

Границы или интервалы глубин эффективности применения той или иной схемы компоновки СПК по производительности можно определить, подставив в формулы исходные данные для проектирования и подключив программу оптимизации для функции ΔT=f(L).

Дата добавления: 2015-10-16