Введение к работе
Развитие нефтяной и газовой отраслей - базовых в топливно-энергетическом балансе страны - в настоящее время характеризуется освоением іерспективньїх 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 іринадлежит буровым комплексам, характеризуемым увеличением мощности юполнительных механизмов, внедрением регулируемых тиристорных систем їх привода и прогрессивных изделий буровой техники, включая систему ерхнего привода и циркуляционных систем очистки, приготовления буро-юго раствора, отвечающих современным требованиям экологии, и другие іазработки.
В диссертационной работе рассмотрены научные основы и методика бы-юра класса буровой установки и буровых насосных комплексов, базирующиеся 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-очности 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
4 механизма.
-
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.
-
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.Юргаева 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
5 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 олс-ентов спуска-подъемного механизма. Следует подчеркнуть, что фактор олговечности в период рыночных отношений имеет весьма важное значене. К этой задаче относится также вопрос уточнения коэффициента экви-алентности нагрузки при проведении спуско-подъемных операций с Сури-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 буре 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 тиристорних 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-
6 следования работы СПК и БНК с учетом силового нагружепия 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 -разраОотка научных основ выбора класса Суровой установки и Сурового 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:
-
Научное обоснование и определение рациональных соотношений нагрузок от обсадных и бурильных колонн.
-
РазраОотка методологии выбора класса буровой установки.
-
Теоретическое обоснование рациональных режимов эксплуатации и выбора буровых насосных комплексов с различными приводными системами.
-
Разработка методологии расчета и выбора всасывающих систем буровых насосов.
-
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-
7 гшю дифференциальных уравнений и приближенных вычислений.
При рассмотрении некоторых задач были использованы ПЭВМ. Толучепныс 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 cnyc-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-эме и спуске Оурильных колонн с учетом постоянно-действующих нагрузок, збусловленных весом УБТ, талевого механизма и верхнего привода.
Развит научный метод комплексного изучения работы буровых насосов івух типов, основанный на анализе их работы в циклах всасывания и наг-іетания с учетом пиковых и динамических нагрузок, обусловленных осо-5ЄННОСТЯМИ кривошипно-шатунного механизма, что позволило установить зеновные положения их выбора с учетом фактора долговечности и опредо-іить 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-іексов отечественного и зарубежного производства на стадиях разраоот-км 'ехнических требований заказчика при формировании комплектности -юставки оборудования и при закупко установок и их отдельных комплекНа основе выводов и рекомендаций работы: внедрены буровые уста-ювки с различными приводными системами для эксплуатации в различных
.8 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 НТС 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.
