Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении Оливетский Иван Николаевич

Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении
<
Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Оливетский Иван Николаевич. Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.14 / Оливетский Иван Николаевич; [Место защиты: Рос. гос. геологоразведоч. ун-т им. С. Орджоникидзе (РГГРУ)].- Москва, 2010.- 150 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/2568

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Приводы буровых установок 9

1.1. Общие сведения о приводах буровых установок 9

1.2. Приводы главных буровых механизмов для колонкового бурения 11

1.3. Системы векторного частотно-токового управления асинхронным электроприводом 27

1.4. Оценка затрат мощности на бурение при работе электропривода буровых механизмов 29

1.5. Особенности переходных процессов в системе электропривод — колонна бурильных труб 31

Глава 2. Разработка модели асинхронного электродвигателя буровой установки со ступенчатым и частотным регулированием угловой скорости АД 38

2.1. Разработка модели асинхронного электродвигателя буровой установки 38

2.2. Методика определения параметров асинхронного электродвигателя буровой установки 45

2.3. Электромеханические характеристики асинхронного электродвигателя буровой установки при частотном управлении 54

2.4. Методика расчета уточненных потерь мощности в асинхронном электродвигателе буровой установки со ступенчатым и частотным регулированием угловой скорости АД 58

Глава 3. Разработка модели системы асинхронный электродвигатель —колонна бурильных труб 61

3.1. Исследование колонны бурильных труб 61

3.2 Разработка модели колонны бурильных труб 67

3.3. Методика расчета системы регулирования электропривода 76

3.4. Разработка модели системы асинхронный электродвигатель — колонна бурильных труб со ступенчатым регулированием угловой скорости ПРИ 79

3.5. Разработка модели системы частотно-регулируемый асинхронный электродвигатель - колонна бурильных труб 81

Глава 4. Затраты электроэнергии при бурении геологоразведочных скважин 85

4.1. Методика для расчета потребления электроэнергии при геологоразведочном бурении 85

4.2. Расчет времени на СПО при работе нерегулируемого и частотно-регулируемого электропривода 90

4.3 Определение затрат электроэнергии на бурение геологоразведочных скважин по методике ВИЭМС при использовании нерегулируемого и частотно-регулируемого электропривода 94

4.4. Определение затрат электроэнергии на бурение геологоразведочных скважин по уточненной методике при использовании нерегулируемого и частотно-регулируемого электропривода 98

4.5. Определение потерь мощности в электродвигателе вращателя с нерегулируемым и частотно-регулируемым электроприводом по методике ВИЭМС и уточненной методике 107

4.6. Расчет срока окупаемости частотно-регулируемого электропривода 110

Глава 5. Переходные процессы в системе асинхронный электродви гатель - колонна бурильных труб при ступенчатом и частотном регулиро вании угловой скорости АД 113

5.1. Пуск колонны бурильных труб при ступенчатом регулировании угловой скорости АД 113

5.2. Пуск колонны бурильных труб при частотном регулировании угловой скорости АД 116

5.3. Прикладывание нагрузки на коронку при ступенчатом регулировании угловой скорости АД 119

5.4. Прикладывание нагрузки на коронку при частотном регулировании угловой скорости АД 121

5.5. Прихват коронки при ступенчатом регулировании угловой скорости АД 124

5.6. Прихват коронки при частотном регулировании угловой скорости АД 126

Глава 6. Экспериментальные исследования 131

6.1. Исследование нерегулируемого электропривода 131

6.2. Исследование частотно-регулируемого электропривода 133

Заключение 140

Список литературы 142

Приложение 150

Введение к работе

Актуальность работы.

На процесс геологоразведочного бурения влияет множество факторов: тип породоразрушающего инструмента (ПРИ), конструкция скважины, физико-механические свойства пород. Существенными факторами являются осевая нагрузка Р на ПРИ, угловая скорость со ПРИ, объемный расход Q промывочной жидкости или сжатого воздуха, подаваемого в скважину. Если считать, что конструкция скважины, технические средства, тип ПРИ выбраны правильно, то необходимо установить такие значения Р, со, Q, при которых режим бурения будет наивыгоднейшим, т.е. оптимальным. Одна из основных проблем, возникающих при достижении этой цели - необходимость плавного регулирования скорости приводов механизмов буровой установки (БУ) с целью установления требуемых управляемых технологических параметров Р, со и Q. В настоящее время на подавляющем большинстве БУ геологоразведочного бурения применяется нерегулируемый электропривод (ЭП), в связи с чем не представляется возможным добиться требуемого качества управления процессом бурения.

При бурении геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые (ТПИ) доля затрат, связанных с энергоснабжением, подчас достигает 50% от общего финансирования работ. В условиях развития рыночных отношений, рациональное использование материальных и энергетических ресурсов, энергосбережение в совокупности с выполнением природоохранных мероприятий являются основным направлением повышения эффективности производства. Нерегулируемый ЭП, на долю которого приходится большая часть общих потерь электроэнергии, не позволяет решить проблему энергосбережения.

Другой важнейшей проблемой при бурении геологоразведочных скважин БУ с нерегулируемым ЭП является возникновение значительных динамических нагрузок во время переходных процессов (пуске, приложении нагрузки, прихвате и т.д.), которые носят колебательный характер с большими амплитудными значениями. Это приводит к накоплению усталостных напряжений в материалах передач, их разрушению и быстрому выходу из строя.

Решением этих проблем может явиться применение в качестве привода буровых механизмов плавнорегулируемого ЭП. В настоящее время наиболее перспективным является частотно-регулируемый ЭП переменного тока. Основными преимуществами данного вида привода по сравнению с приводом постоянного тока являются меньшие эксплуатационные расходы, большее значение коэффициента мощности преобразователя частоты по сравнению с управляемым выпрямителем.

Поэтому снижение энергозатрат при геологоразведочном бурении и повышение качества переходных процессов в КБТ на основе использования частотно-регулируемого ЭП является актуальной научной задачей.

Цель работы. Повышение эффективности геологоразведочного бурения на основе снижения энергозатрат и повышения качества переходных процессов в колонне бурильных труб (КБТ).

Идея работы. Снижение энергозатрат при геологоразведочном бурении и повышение качества переходных процессов в КБТ на основе использования частотно-регулируемого ЭП переменного тока.

Задачи исследований.

1. Разработать для ЭВМ модель расчета потребления электроэнергии при
бурении геологоразведочных скважин БУ со ступенчатым и частотным
регулированием угловой скорости ПРИ, позволяющую уточнить потери
мощности в электродвигателе.

2. Установить зависимости потребления электроэнергии БУ при
ступенчатом и частотном регулировании угловой скорости ПРИ, позволяющие
обосновать выбор системы частотно-регулируемого ЭП как средства
повышения энергетических показателей технологии разведочного бурения.

  1. Разработать для ЭВМ модель расчета переходных процессов в системе асинхронный двигатель (АД) - колонна бурильных труб при бурении на ТПИ, учитывающую частотное регулирование скорости АД.

  2. Установить закономерности влияния ЭП на переходные процессы в КБТ при ступенчатом и частотном регулировании угловой скорости АД, позволяющие обосновать выбор системы частотно-регулируемого ЭП как средства повышения качества переходных процессов в КБТ.

Методика исследований. В работе использованы методы технологии и техники разведочного бурения; теорий дифференциальных уравнений, автоматического регулирования, автоматизированного ЭП; методы компьютерного моделирования.

Научная новизна.

1. Разработана методика расчёта затрат электроэнергии на бурение
геологоразведочных скважин, позволяющая получить зависимости изменения
потерь мощности в электродвигателе от глубины бурения при ступенчатом и
частотном регулировании угловой скорости ПРИ.

2. Установлены зависимости потребления электроэнергии БУ от
глубины бурения при ступенчатом и частотном регулировании угловой
скорости ПРИ, позволяющие обосновать выбор системы частотно-
регулируемого ЭП как средства повышения энергетических показателей
технологии разведочного бурения.

3. Установлены закономерности влияния ЭП на переходные процессы в
КБТ при ступенчатом и частотном регулировании угловой скорости ПРИ,

позволяющие обосновать выбор системы частотно-регулируемого ЭП как средства повышения качества переходных процессов в КБТ.

Достоверность научных положений.

Основные научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, подтверждаются: применением методов технологии и техники разведочного бурения; теорий дифференциальных уравнений, автоматического регулирования, автоматизированного ЭП; компьютерным моделированием, экспериментальными исследованиями на объектах.

Практическая ценность работы.

Разработаны программные средства для ЭВМ, позволяющие рассчитывать затраты электроэнергии на бурение геологоразведочных скважин и моделировать переходные процессы в КБТ, способствующие принятию рациональных решений на стадиях проектирования и эксплуатации буровых установок с плавнорегулируемым ЭП.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Международных конференциях: VIII Международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 2007); Научно практическая конференция геоэкологии и инженерногеологические проблемы развития гражданских и промышленных комплексов (Москва, 2008); IX Международной кон-ференции "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы пять научных работ.

Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 95 наименований, содержит 150 стр. машинописного текста, 100 рисунков, 4 таблицы и 1 приложение.

Автор выражает благодарность за научные консультации при работе над диссертацией к.т.н. доценту кафедры механизации, автоматизации и энергетики горных и геологоразведочных работ РГГРУ А.П. Жернакову.

Системы векторного частотно-токового управления асинхронным электроприводом

Система векторного управления асинхронным ЭП в наиболее общем случае должна решать задачи регулирования и стабилизации момента и скорости двигателя. Формирование момента АД возможно за счет воздействий на абсолютные значения вектора потокосцепления ротора ц/2 [30].

При стабилизации потокосцепления ротора (1/ =const) механические характеристики АД подобны характеристикам ДПТ. Поэтому для частотного регулирования АД рекомендуется система векторного управления, реализующая стабилизацию потокосцепления ротора. Векторная диаграмма в системе координат х, у при ориентировании потокосцепления ротора приведена на рис. 1.11 [34].

Подобная система векторного управления (система Transvektor) впервые предложена фирмой Siemens (ФРГ) [34]. Система имеет два внешних контура регулирования — модулем вектора потокосцепления ротора ї I и угловой скорости т ротора, а также два подчиненных им внутренних контура регулирования составляющих тока статора 1\х и 1\у в осях х и у ортогональной системы координат, вращающейся с синхронной скоростью й 0эл поля двигателя. Система осуществляет независимое регулирование модуля вектора потокосцепления ротора и скорости ротора при сохранении прямой пропорциональности между моментом двигателя и составляющей намагничивающей силы статора, находящейся в квадратуре с волной потокосцепления ротора (рис. 1.12).

Система управления состоит из трех крупных блоков: блока вычисления текущих значений переменных БВТП, блока регуляторов переменных БРП и блока вычисления заданных значений переменных — управляющих воздействий БВЗП. Рассмотрим назначение измерительного блока БВТП.

Для того чтобы вычислить амплитуду и фазу переменной трехфазного двигателя, достаточно измерить мгновенные значения этой переменной в двух фазах двигателя. Блок БВТП преобразует измеренные с помощью датчиков Холла трехфазные мгновенные значения потока в воздушном зазоре у/т и ц/ф (в современный системах данные значения вычисляются косвенно, без установки датчиков Холла), и измеренные с помощью датчиков тока действительные трехфазные переменные токи /1а и /lft в ориентированные по полю значения потокосцепления ротора ц/2, намагничивающего тока ilx и активного тока /, .

Поступающий на вход блока регуляторов БРП задающие сигналы у/2з и 6)3 совместно с ориентированными по полю текущими значениями переменных используются для вычисления заданных значений переменных Нхз и h}? с помощью которых блок вычисления задающих сигналов БВЗП формирует синусоидальные напряжения управления преобразователем Ula?,Ulh3 и Ula [30, 34].

Эта система управления АД наиболее проста и эффективна, поэтому она принята в работе за основную. Исследованию энергетических показателей при бурении геологоразведочных скважин вращательным способом посвящено множество работ. В числе исследователей, занимавшихся этим вопросом в первую очередь следует назвать Е.А. Козловского, а также: М.М. Александрова, В.В. Алексеева, В.Н. Алексеева, А.С. Белякова, Ф.А. Бобылева, К.А. Боголюбского, А.К. Богомолова, Ю.А. Бурмистрова, А.И. Варецу, Г.Е. Варшавского, М.Г. Васильева, Б.И. Воздвиженского, О.С. Головина, М.А. Горохова, В.В. Григорьева, В.П. Зиненко, И.С. Калинина, В.Н. Калиничева, А.С. Карачева, В.Г. Кардыша, А.Н. Кирсанова, Н.И. Корнилова, В.И. Мацейчик, Н.А. Минина, СИ. Наугольнова, Б.А. Новожилова, М.К. Номоконова, А.С. Окмянского, И.А. Остроушко, И.П. Петрова, Д.Н. Плавского, А.П. Полежаева, Б.М. Ребрика, Л.Е. Симонянца, Б.З. Султанова, С.Н. Тараканова, В.Г. Фоминых, В.В. Царицина, Ф.А. Шамшева, И.Е. Шевченко, П.П. Шумилова, Е.Ф. Эпштейна.

Существует огромное разнообразие мнений на количество и характер составляющих, расходуемой на бурение, мощности. Для их определения предложены многочисленные методики и формулы. Однако стоит отметить, что подавляющее большинство формул являются эмпирическими, то есть, полученными на основе экспериментальных данных.

Естественно в работе невозможно привести все методики и расчетные формулы, поэтому остановимся только на той, которая имеет достаточно завершенный характер, прошла широкую апробацию, подтверждена опытными данными и достаточно проста для использования. В работе будет применяться методика Всесоюзного научно-исследовательского института экономики минерального сырья и геологоразведочных работ (ВИЭМС) утвержденной министерством геологии СССР в 1989г., под редакцией СИ. Наугольнова, В.В. Алексеева [51].

В методике ВИЭМС предлагается расчет норм расхода электроэнергии на один метр вращательного бурения геологоразведочных скважин на ТЛИ. Однако в этой методике расчет потерь мощности в электродвигателе производится по приближенной формуле. Для оценки потерь мощности в частотно-регулируемом ЭП, необходимо разработать уточненную методику определения потерь. Чтобы определить потери в асинхронном электродвигателе при бурении необходимо знать активные и индуктивные сопротивления Т- образной схемы замещения АД. Но, как правило, в каталожных данных активные и индуктивные сопротивления Т- образной схемы замещения АД не приводятся и определение их весьма затруднительно.

Электромеханические характеристики асинхронного электродвигателя буровой установки при частотном управлении

В общем случае построение характеристик АД затруднительно. Поэтому при помощи системы математических расчётов Mathcad [56] была разработана программа расчёта на ЭВМ следующих параметров: тока статора АД; момента АД; КПД и cos q на основе Т — образной схемы замещения (рис.2.3.а). В качестве исходных взяты уравнения (2.37) — (2.45). 1. При построении характеристик учитывалось, что при частотном управлении действует закон стабилизации потокосцепления ротора. В этом случае при заданном потоко сцеплении ротора напряжение статора в уравнении (2.37) вычисляется по формуле, полученной на основе соотношений, приведённых в [34]:

Исследования проводились для двух вариантов: - при постоянном напряжении сети, равном номинальному (при ступенчатом регулировании). - при поддержании потокосцепления ротора в первой зоне регулирования постоянным, равным номинальному значению (при частотном регулировании). 4. При регулировании частоты учитывается изменение сопротивления цепи намагничивания АД R от частоты по следующей формуле [34]: 5. Используя исходные уравнения (2.37) - (2.45) и (2.64), определяем электромагнитный момент, ток статора и напряжения статора электродвигателя при ступенчатом и частотном регулировании АД: По результатам расчётов на ЭВМ на рис.2.5 - 2.6 представлены механические и скоростные характеристики АД с короткозамкнутым ротором 4АМР250М6 при постоянстве потокосцепления ротора y2=const, для следующих частот: 50, 25, 5 Гц. По результатам расчётов на ЭВМ на рис.2.7 - 2.8 представлены зависимость КПД от момента АД и зависимость коэффициента мощности от момента на валу АД при постоянстве потокосцепления ротора r2=const, для следующих частот: 50, 25, 5 Гц. Мв, Нм При поддержании потокосцепления ротора в первой зоне регулирования постоянным, равным номинальному значению, механические характеристики частотно-регулируемого электропривода подобны механическим характеристикам ЭП постоянного тока. Колонна бурильных труб состоит из утяжеленных, обычных и колонковых бурильных труб. КБТ при колонковом бурении представляет собой вращающийся вал и передает энергию на забой. Основные функции КБТ при колонковом бурении следующие: передача вращающего момента от вращателя к коронке, создание осевой нагрузки, обеспечение канала для подвода промывочной жидкости к коронке и, следовательно, энергии для очистки забоев. КБТ можно рассматривать как резервуар, заполненный жидкостью под высоким давлением, нагруженный кроме внутреннего давления также крутящими, изгибающими, растягивающими и сжимающими силами. Сложный характер нагрузок бурильных труб, получающийся в результате одновременного действия основных напряжений, а также изменения во времени ряда основных напряжений обуславливает необходимость учета долговечности материала труб при переменных нагрузках и его предела усталости [60]. Основными напряжениями в бурильной колонне являются: напряжение растяжения, вызываемое собственным весом КБТ; колеблющиеся между положительным и отрицательным максимальными значениями напряжение изгиба, возникающие при отклонении скважины от вертикали или при искривлении бурильных труб во время вращения; колебательные нагрузки, вызванные вращающим моментом, который должен передаваться от вращателя к коронке.

Бурильные трубы различаются по номинальному диаметру. В геологоразведочном бурении наиболее широко применяются трубы диаметром 42; 50; 63,5 мм [17]. Длина труб обычно колеблется в пределах от 1,5 до 6 м. Наиболее распространены стальные (СБТ) и легкосплавные бурильные трубы (ЛЕТ) общего назначения, изготовляемые из углеродистых или легированных сталей, а также специализированные бурильные трубы - для бурения снарядами со сменными керноприемниками (ССК, КССК), с гидро - и пневмотранспортом кернового и шламового материала (КГК). В работе рассматривается бурение нисходящих скважин с дополнительной осевой нагрузкой, создаваемой механизмом подачи бурового станка, и при бурении исключительно под нагрузкой. При таком бурении используются стальные буровые трубы. Поэтому в работе будут рассматриваться СБТ [65]. Необходимые физические константы применяемых сталей для бурильных труб, приведены в таблице 3.1 [20]. Таблица 3.1 Физические константы применяемых сталей для бурильных

Разработка модели системы асинхронный электродвигатель — колонна бурильных труб со ступенчатым регулированием угловой скорости ПРИ

Для получения модели системы нерегулируемого асинхронного электродвигателя - КБТ (НАЭ - КБТ), используем полученные модели нерегулируемого асинхронного электродвигателя и КБТ, рассмотренные в п.2.1. и п.3.2. Объединив модели, получим структурную схему, которая имеет вид: Подставляя параметры АД приведенные в п.2.2. и коэффициенты КБТ приведенные в п.3.1., получим модель процесса бурения с нерегулируемом АД. Реализованная в программе Matlab Simulink структурная схема представлена на рис.3.8,6, состоящая из асинхронного электродвигателя и КБТ разбитой на десять участков. Для получения модели частотно регулируемого асинхронного электродвигателя - КБТ (ЧРАЭ - КБТ), используем полученные модели асинхронного электродвигателя при стабилизации потокосцепления ротора 2=const и КБТ, рассмотренные в п.2.1. и п.3.2.

Объединив модели, получим структурную схему, которая имеет вид: Подставляя параметры, приведенные в п.2.2. и коэффициенты КБТ приведенные в п.3.1, получим модель процесса бурения при частотном регулировании угловой скорости ПРИ с подчиненной системой регулирования координат. Реализованная в программе Matlab Simulink структурная схема представлена на рис.3.9,6, состоящая из асинхронного электродвигателя со стабилизацией потокосцепления ротора и КБТ разбитой на десять участков. В разработанную в программе Matlab Simulink модель частотно-регулируемого АД с векторной системой управления — КБТ подставляем исходные данные, такие как: со — угловая скорость вращения ротора (рад/с); к — коэффициент регулятора скорости; Т е , ги - постоянные; Тп - постоянная времени; кп - коэффициент усиления; L3 - эквивалентная индуктивность; Щ — эквивалентное активное сопротивление; ст, се - механический и электрический коэффициенты; / - момент инерции ротора (кгм ). 1. Разработана модель КБТ на ЭВМ, даны рекомендации по определению необходимого числа участков колонны при моделировании переходных процессов. 2. Разработана модель на ЭВМ системы АД со ступенчатым регулированием угловой скорости — КБТ. 3. Разработана модель на ЭВМ системы частотно-регулируемый АД — КБТ. Целью главы является определение и сравнительный анализ затрат электроэнергии на бурение геологоразведочных скважин при использовании электропривода БУ с частотным регулированием угловой скорости АД и регулированием с использованием КПП. Приведено сравнение затрат электроэнергии при бурении на ТЛИ, рассчитанные по методике ВИЭМС и уточненной методике.

Для определения потребляемой электроэнергии при геологоразведочном бурении, рассмотрим три варианта бурения геологоразведочных скважин глубиной 500 м, 750 м и 1000 м с отбором керна. Бурение ведется с применением долот, твердосплавных и алмазных коронок. В состав БУ для колонкового бурения входят буровой станок, буровой насос и их привод. Для выполнения спускоподъемных операций применяют буровые вышки или мачты. Для наших условий бурения выберем буровую установку ЗИФ-1200МР, в комплект которой входит буровой насос ЗИФ-200/40.

Расчет времени на СПО при работе нерегулируемого и частотно-регулируемого электропривода

Определяем интервалы подъема на всех скоростях лебедки, м: Погонные метры бурильных труб, поднимаемые на определенных скоростях лебедки, м: где: hi, h2, hk - углубка скважины за один рейс, для первого, второго и конечного интервала, м. Рассчитаем и построим графики затрат времени на подъем при бурении скважин глубиной 500 м, 750 м и 1000 м (рис 4.1 - 4.3). На рис. 4.1 - 4.3 кривая 1 представляет собой затраты времени на подъем при ступенчатом регулировании скорости подъема, кривая 2 представляет собой затраты времени на подъем при частотном регулировании скорости. Из приведённых зависимостей следует, что при ступенчатом регулировании затраты времени на подъем больше до 5%. На основании рассчитанных значений скоростей подъема для различных интервалов бурения построена зависимость времени подъема от скорости лебедки, на различных интервалах бурения (рис.4.4). Уравнение (4.17) показывает, что время СПО представляет собой сумму времен на подъем, спуск и подготовительно-заключительные операции. В связи с этим выигрыш времени на подъем теряется в общем времени СПО (рис. 4.5 - 4.7) [43]. На рис. 4.5 - 4.7 кривая 1 представляет собой затраты времени на СПО при ступенчатом регулировании скорости подъема, кривая 2 представляет собой затраты времени на СПО при частотном регулировании скорости подъема. Используя методику приведенную в п.4.1 рассчитаны следующие значения: удельные технологические затраты электроэнергии qT; затраты электроэнергии на бурение скважины W; потери мощности в электродвигателе АРдВ. Расчеты проводились для трех различных геолого-технических нарядов (ГТН) отличающихся: глубиной бурения; категорией пород по буримости; конструкцией скважин.

Было проведено сравнение частотного регулирования угловой скорости АД и ступенчатого регулирования с использованием КПП (подставлялись значения соответствующие скоростям коробки переключения передач станка ЗИФ-1200МР и подачи бурового насоса ЗИФ - 200/40). Результаты расчетов при ступенчатом и частотном регулировании, приведены в виде зависимостей. На рис. 4.8 - 4.10 представлены зависимости удельных технологических затрат электроэнергии от глубины бурения для скважин глубиной 500 м, 750 м, 1000 м. На рис. 4.8 — 4.10 кривая 1 представляет собой зависимость удельных технологических затрат электроэнергии на бурение при ступенчатом регулировании угловой скорости АД, кривая 2 представляет собой зависимость удельных технологических затрат электроэнергии на бурение при частотном регулировании угловой скорости АД.

Из приведенных зависимостей следует, что при ступенчатом регулировании удельные затраты электроэнергии на бурение выше до 15%, что объясняется значительным снижением затрат мощности бурового насоса и уменьшения времени СПО при частотном регулировании угловой скорости АД. По рассчитанным данным построен график затрат мощности бурового насоса при плавном регулировании подачи и работе насоса на байпасе, для скважины глубиной 1000м (рис. 4.11). На рис. 4.11 кривая 1 представляет собой график затрат мощности бурового насоса при работе на байпасе, кривая 2 представляет собой график затрат мощности бурового насоса при плавном регулировании подачи. На представленных графиках видно, что при работе насоса на байпасе затраты мощности бурового насоса больше до 60%. На рис. 4.12-4.14 представлены зависимости затрат электроэнергии от глубины бурения для скважин глубиной 500 м, 750 м, 1000 м. Рис.4.14. Зависимости затрат электроэнергии от глубины бурения для скважины глубиной 1000 м

Похожие диссертации на Снижение энергозатрат и повышение качества переходных процессов в колонне бурильных труб при геологоразведочном бурении