ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени
Курс: «Экономия топливно-энергетических ресурсов»
РАСЧЁТНАЯ РАБОТА № 1
ТЕМА: «Определение индивидуальных норм расхода электроэнергии на буровые работы»
Вариант № 2
Выполнил: студент группы
Руководитель: профессор
-2005г.-
Исходные данные:
Показатель |
Единицы измерения |
Интервал I |
Номинальная мощность электродвигателя: - станка ЗИФ – 1200 МР - маслонасоса |
кВт | 55 3 |
Затраты мощности на освещение | кВт | 1,5 |
Вес: 1м бурильных труб элеватора и талевого блока |
даН/м даН |
5,3 200 |
Сопротивление в обвязке и колонковом наборе | кПа | 300 |
Плотность: - материала бурильных труб - промывочной жидкости |
г/см3 |
7,85 1,05 |
Длина: - одной бурильной трубы - колонковой трубы - свечи |
м | 4,5 7 14 |
Диаметр скважины - наружный: бурильных труб колонковой трубы бурового наконечника - внутренний: бурильных труб замков бурильных труб бурового наконечника |
м м м м м м |
0,046 0,057 0,059 0,0355 0,022 0,042 |
Интенсивность искривления скважины | град/м | 0,01 |
Начальный угол наклона скважины к горизонту | град | 75 |
Осевая нагрузка | кг | 2000 |
Углубка за рейс | м | 2 |
Норма времени: - на 1 м бурения - на СПО - на наращивание и перекрипление |
ч |
1,865 1,6 0 |
Коэффициент: - свойств промывочной жидкости ( полиакриламидные растворы+эмульсолы) - потерь мощности в станке - потерь в талевой системе - увеличения веса труб из-за наличия соединения - потерь мощности в станке - потерь мощности в станке при СПО |
- - - - - - |
0,8 0,133 1,08 1,1 0,133 0,2 |
Потери мощности в трансмиссии при холостом ходе | кВт | 1,6 |
Мощность на холостое вращение лебёдки | кВт | 1,6 |
Давление в гидросистеме станка | кПа | 2000 |
Подача насоса: - в скважину - общая |
л/мин | 30 35 |
Начало интервала | м | 175 |
Конец интервала | м | 177 |
Расчет мощности на разрушение забоя при алмазном бурении при использовании ПРИ ЗИФ – 1200 МР:
, где
- коэффициент разрушения забоя, равный 1,2 – 1,3. Так как мы определяем удельные затраты, то примем его равным 1,25;
- коэффициент трения коронки о породу. При алмазном бурении пределы его изменения от 0,25 до 0,35. Принимаем ;
- осевая нагрузка задаваемая с поверхности, кН. Принимаем 20 кН;
- угловая скорость бурового инструмента, рад/с. Принимаем 35,186 рад/с;
- соответственно наружный и внутренний диаметр коронки, м.
Принимаем , .
Расчет мощности на вращение бурильной колонны:
, где
- коэффициент, учитывающий свойства промывочной жидкости «полиакриламидные растворы+эмульсолы». Принимаем ;
- вес 1 м бурильных труб, кН/м. Принимаем ;
- диаметр бурильных труб, м. Принимаем ;
- наружный диаметр коронки, м. Принимаем ;
- длина бурильной колонны, равная средней глубине интервала бурения, м. Принимаем ;
- интенсивность искривления скважины, град/м. Принимаем ;
- угол наклона скважины к горизонту, град. Принимаем ;
- радиальный зазор между бурильными трубами и стенками скважины, м:
Принимаем ;
- угловая скорость бурового инструмента, рад/с. Принимаем 35,186 рад/с;
- осевая нагрузка задаваемая с поверхности, кН. Принимаем 20 кН.
Итак мощность на вращение бурильной колонны будет равна:
Расчет мощности бурового станка при бурении:
, где
- потери мощности в станке при холостом ходе вращателя, кВт. Принимаем 1,6 кВт.
- мощность на разрушение забоя, кВт;
- мощность на вращение бурильных труб;
- коэффициент потери мощности в станке при передаче нагрузки вращателю.
Потери мощности в двигателе станка при бурении:
, где
- номинальная мощность электродвигателя станка, кВт.
Принимаем
- мощность на валу электродвигателя, кВт. Принимаем
Мощность на валу маслонасоса равна:
, где
- давление в гидросистеме станка, кПа. Принимаем .
Потери мощности в электродвигателе маслонасоса. При:
- номинальная мощность электродвигателя маслонасоса, кВт.
Принимаем
- мощность на валу маслонасоса, кВт. Принимаем
Теперь находим мощность на работу маслонасоса:
Рассчитаем мощность, потребляемую приводом бурового станка и маслонасоса при бурении:
Давление, развиваемое насосом при подаче промывочной жидкости в скважину:
где
- коэффициент дополнительных потерь. Принимаем ;
- соответственно скорости движения жидкости в бурильных трубах, кольцевом затрубном пространстве и колонковом зазоре, м/с;
- соответственно, удельный вес промывочной жидкости в бурильных трубах и в затрубном пространстве, кН/м3. Принимаем равной 1,05 г/см3=10,5 кН/м3;
- ускорение свободного падения, м/с2;
- соответственно, коэффициенты гидравлических сопротивлений в бурильных трубах, кольцевом пространстве и колонковом зазоре
();
- длина бурильной колонны, равная средней глубине интервала бурения;
- длина одной бурильной трубы;
- коэффициент дополнительных сопротивлений из-за наличия шлама в жидкости;
- соответственно диаметры коронки и колонковой трубы, м;
- сопротивления в обвязке, колонковой трубе и коронке, кПа.
Принимаем 300.
Скорости движения жидкости (м/с) определяются по формулам:
- в бурильных трубах
- в кольцевом затрубном пространстве
- в колонковом зазоре
Потери мощности в электродвигателе бурового насоса при нагрузке на валу:
, где
- номинальная мощность электродвигателя маслонасоса, кВт.
Принимаем
- мощность на валу маслонасоса, кВт. Принимаем
Мощность, потребляемая двигателем бурового насоса из сети:
, где
- общая подача насоса, м3/с;
- давление, развиваемое насосом при подаче в скважину промывочной жидкости, кПа;
- общий КПД насоса при частоте вращения коленчатого вала, обеспечивающей подачу , и давление ;
- потери мощности в электродвигателе насоса при нагрузке на валу.
Полезно затрачиваемая энергия при выполнении СПО:
, где
- коэффициент, учитывающий затраты энергии на трение при проскальзывании пускового диска относительно тормоза подъёма и на работу труборазворота;
- коэффициент, учитывающий потери энергии в талевой системе;
- коэффициент, равный 1 м;
- длина бурильной свечи;
- вес 1 м бурильных труб, кН/м. Принимаем ;
- коэффициент, учитывающий вес соединения бурильных труб;
,- соответственно, плотность промывочной жидкости и материала бурильных труб, т/м3;
- коэффициент трения бурильных труб о стенки скважины;
- вес элеватора и талевого блока;
- глубина скважины в начале и в конце рейса;
- средний зенитный угол скважины на заданной глубине, град:
, где
- начальный зенитный угол заложения скважины, град;
- интенсивность искривления скважины, град/м;
Итак, найдём полезно затрачиваемую энергию при выполнении СПО:
Средняя мощность на СПО определяется через энергозатраты на подъём бурового снаряда в рейсе:
, где
- полезно затрачиваемая энергия при выполнении СПО рейса;
- коэффициент, характеризующий потери мощности в станке при передаче лебёдки, соответствующей средней скорости выполнения СПО;
- потери мощности в станке при нулевой нагрузке лебёдки ан передаче, соответствующей средней скорости выполнения СПО, кВт;
Время выполнения СПО равно сумме временных затрат на спуск, подъём и подготовительно-заключительные операции:
, где
- норма времени соответственно на спуск и подъём бурового снаряда, ч;
- норма времени соответственно на подготовительные операции перед спуском и подъёмом бурового снаряда на один рейс, ч;
- норма времени соответственно на заключительные операции перед спуском и подъёмом бурового снаряда на один рейс, ч;
Потери в электродвигателе станка при выполнении СПО:
, где
- номинальная мощность электродвигателя станка, кВт.
Принимаем
- средняя мощность на СПО, кВт. Принимаем
Мощность, потребляемая электродвигателем станка (лебёдки) из электросети при выполнении СПО:
Поскольку углубка скважины за рейс составляет 2 м., то энергозатраты, связанные с выполнением операции наращивания колонны бурильных труб, учитываются в затратах энергии на СПО.
Суммарное время выполнения операций, связанных с потреблением электроэнергии буровой установкой при :
, где
- норма времени на бурение 1 м;
- норма времени на замену породоразрушающего инструмента;
- углубка скважины за рейс.
Удельные технологические затраты электроэнергии на бурение интервала при и :
, где
- суммарная мощность, потребляемая из электросети приводом бурового станка и маслонасоса при бурении на средней глубине интервала;
- мощность, потребляемая приводом насоса из электросети при бурении и промывке скважины на средней глубине интервала;
- мощность, потребляемая из сети на освещение бурового здания и рабочей площадки;
- коэффициент, учитывающий продолжительность светового дня:
, где
- продолжительность светового дня, ч. Принимаем равную 9,6 ч.
Тогда
- суммарное время потребления электроэнергии буровой установкой в рейсе;
- мощность потребляемая из сети при выполнении СПО;
- время выполнения СПО в рейсе, включающее подъём и спуск бурового снаряда, а также подготовительно-заключительные операции при спуске и подъёме бурового снаряда.
Затраты электроэнергии на бурение i-го интервала скважины:
, где
- удельные затраты электроэнергии на бурение i-го интервала;
- величина i-го интервала бурения.
Тогда затраты электроэнергии на бурение интервала 175-177 м составят: