Автоматизация процесса бурения (стр. 3 из 10)

Различают следующие виды технологический режимов бурения: оптимальный , рациональный и специальный.

Оптимальный режим бурения обеспечивает получение наилучших технико-экономических показателей бурения.

Рациональный режим бурения устанавливается с учетом технических возможностей бурового оборудования и инструмента. Например, известно, что в монолитных крепких породах бурение импрегнированными алмазными коронками необходимо осуществлять на высоких частотах вращения (>700 - 1000 об/мин), но применяемый буровой станок не имеет этих скоростей или бурильная колонна может обрываться, следовательно, приходиться это учитывать и устанавливать рациональную частоту вращения ниже возможностей коронки.

Специальный режим бурения применяется для получения заданных качественных показателей бурения или решения специальных задач. Значения параметров при этом режиме отличаются от значений оптимального режима. Например, специальный режим устанавливается при бурении по полезному ископаемому, которое подвержено разрушению от механических воздействий и потока промывочной жидкости. При этом уменьшается частота вращения снаряда и расход промывочной жидкости.

Приработка алмазных коронок проводится также на специальном режиме, при котором осевая нагрузка и частота вращения ниже оптимального или рационального режимов. Иногда выделяют так называемый форсированный режим бурения.

Скорости бурения

Технологические режимы влияют на показатели бурения, под которыми понимают количественные и качественные параметры сооружения скважины, скорость, стоимость 1 м пробуренной скважины, процент выхода керна, направление скважины и др.

Выполнение отдельных процессов при сооружении скважины может характеризоваться определенной скоростью бурения (механическая, рейсовая, техническая, коммерческая и цикловая).

Механическая скорость бурения -величина углубки скважины за единицу времени чистого бурения и определяется (в м/ч) по формуле

,

где l - величина углубки скважины за время чистого бурения, м;

- время чистого бурения, ч.

Под чистым бурением понимают время, в течение которого разрушаются породы на забое.

В практике в зависимости от момента определения различают начальную, конечную, среднюю, наибольшую механическую скорости.

Механическая скорость бурения - основной показатель, отражающий эффективность способа бурения, качество применяемых породоразрушающих инструментов, рациональность режимов их эксплуатации, совершенство применяемой буровой технологии и т. д.

Рейсовая скорость бурения - величина углубки скважины за единицу времени продолжительности рейса и определяется ( в м/ч) по формуле

,

где

- величина углубки скважины за рейс; - время на выполнение спуско-подъемных и вспомогательных операций, ч.

Рейсом называется комплекс работ, включающий в себя спуск и подъем бурового снаряда, чистое бурение, извлечение керна, замену породоразрушающего инструмента и др.

Рейсовая скорость зависит от механической скорости и глубины скважины и дополнительно характеризует износоустойчивость породоразрушающих инструментов, совершенство буровых снарядов, обеспечивающих высокопроцентный отбор керна, а также степень комплексной механизации и автоматизации выполнения спускно-подъемных и вспомогательных операций в течение рейса.

Техническая скоростьбурения определяется объемом бурения, пробуренным одной бригадой (буровой установкой) за месяц с учетом времени, затраченного на чистое бурение, СПО и вспомогательные операции, крепление и цементирование, все виды исследований, планово-предупредительные ремонты и т. д. (в м/ст.-мес),

,

где L - объем бурения за 1 месяц, м;

, и - время соответственно чистого бурения, СПО и дополнительных затрат (крепление, исследование, плановые ремонты и т. д.) за месяц, ч; М - продолжительность месяца, ч (применяется М = 720 или 744 ч).

Техническая скорость бурения зависит от механической и рейсовой скорости и дополнительно отражает эффективность выполнения всех дополнительных производительных работ, связанных с сооружением скважины (крепление, цементирование, гидрогеологические и геофизические исследования и т. д.).

Коммерческая скорость бурения Определяется объемом бурения за месяц с учетом также непроизводительных затрат ( простои, осложнения, аварии) (в м/ст.-мес.),

,

где

- время непроизводительных затрат на месяц, ч.

Цикловая скорость бурения определяется отношением глубины скважины к затратам времени в месяц от перевозки бурового оборудования до ликвидации скважины (м/ст.-мес.).

,

Где Н - глубина скважины, м;

- общие затраты времени на сооружение скважины (от перевозки до ликвидации), ст.-мес.

Цикловая скорость бурения характеризует уровень применяемых технических средств, технологии бурения, организации труда при сооружении скважины, ее ликвидации или сдаче в эксплуатацию.

1.6 Сущность и разновидности глубокого вращательного бурения

Вращательное бурение без отбора керна является основным средством сооружения скважины при разведке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений. Кроме этого оно применяется при бурении водозаборных, взрывных, гидротермальных и других скважин для различных инженерных целей, а также при бурении стволов шахт. Учитывая выше сказанное, опишем подробнее именно глубокое вращательное бурение.

Бурение глубоких скважин осуществляется только вращательным способом и подразделяется на роторное, турбинное и электробурами.

При роторном бурении буровой снаряд вращают ротором, устанавливаемым на поверхности земли над устьем скважины.

При турбинном бурении породоразрушающий инструмент вращается турбобуром, который спускают на забой скважины вместе с долотом на колонне бурильных труб. Турбобур представляет собой многоступенчатую гидравлическую турбину, работающую от потока промывочной жидкости. Колонна бурильных труб при этом не вращается, неподвижный ротор воспринимает реактивный момент.

При бурении электробуром породоразрушающий инструмент вращается маслонаполненным забойным электродвигателем переменного тока, имеющим малый диаметр и значительную длину. Колонна бурильных труб при этом неподвижна. Благодаря этому резко сокращается вращающий момент на колонне, исключается знакопеременный изгиб труб и почти полностью снимаются динамические нагрузки. Бурильная колонна работает в более благоприятных нагрузках, в результате чего увеличивается стойкость труб. Электроэнергия к электродвигателю подводится по вмонтированным в бурильные трубы отрезкам кабеля, которые при свинчивании бурильных труб автоматически соединяются. Промывочная жидкость подается на забой по зазору между внутренними стенками труб и кабелем.

При роторном и турбинном бурении, там, где необходимо уточнение геологического разреза применяется бурение с отбором керна колонковыми долотами или турбодолотами.

Роторное бурение и бурение электробурами может вестись с промывкой или продувкой.

Глубины бурения вращательным способом достигают 10 км. Этим способом проектируется пробурить скважины глубиной 15 км. Диаметры скважины колеблются от 76 до 590 км.

При всех разновидностях глубокого вращательного бурения используют одни и те же очень сложные буровые установки, общая установочная мощность которых достигает 4000 кВт, а масса - 1000 т.

.Вращательное бурение без отбора керна возможно в породах любой твердости от I до XII категории по буримости при относительно высоких скоростях углубки скважин. В мягких породах механическая скорость бурения может достигать 100 м/ч, а коммерческая - 6 - 9 тыс. м/ст.-мес. В твердых породах при больших глубинах механическая скорость бурения уменьшается до 1 м/ч, а коммерческая до 200-300 м/ст.-мес.

В России около 76 % общего объема скважин бурят турбинным способом, 22,5 % - роторным и 1,5 % - электробурами.

Глава 2. Технико-экономическое обоснование разработки системы автоматизированного управления процессом бурения скважин

2.1 Технико-экономические предпосылки автоматизации управления процессом бурения

Автоматизация технологических процессов на основе современной техники должна обеспечить интенсификацию производства, повышение качества и снижение себестоимости продукции.

Необходимость этого вытекает из анализа производственной деятельности геологоразведочных организаций по выполнению плановых заданий. Несмотря на то, что внедрение современного оборудования, инструментов, прогрессивной технологии бурения, средств механизации и автоматизации отдельных операций, совершенствование организации труда в целом обеспечило выполнение этих заданий, в разведочном бурении остаются значительные резервы повышения производительности труда и улучшения его технико-экономических показателей. Эти резервы заключаются прежде всего в оптимизации и автоматизации оперативного управления процессом бурения скважин и в совершенствовании организации работ.