5. Расчет веса бурильной колонны при бурении проектной глубины и наиболее тяжелой обсадной колонны

Формула для определения веса промежуточной и эксплуатационной обсадной колонны:

где - вес погонного метра и глубина спуска соответствующих обсадных труб.

Формула для определения веса бурильной колонны:

где - погонные массы секций бурильной колонны

Допускаемая нагрузка на стол ротора должна быть не меньше допускаемой нагрузки на крюке талевой системы.

Допускаемая нагрузка для обсадной колонны:

Допускаемая нагрузка для бурильной колонны:

6. Обоснование выбора класса буровой установки

Допускаемая нагрузка на крюке является определяющим параметром при выборе буровой установки и может быть использована при ликвида­ции аварий с прихватом бурильного инструмента или для предварительного натяжения эксплуатационной колонны перед ее цементированием в скважине. За весь срок службы буровой установки количество циклов нагружения с допускаемой нагрузкой на крюке не должно превы­шать 15 000. Время одного цикла нагружения не регламентируется. Время между двумя последующими циклами нагружения не должно быть меньше 20 минут. После проведения каждых 20 циклов нагружений необходимо провести бригадой БОБВ (бригада осмотра буровой вышки) осмотр вышки с целью выявления возможных дефектов и повреждений. При выявлении дефектов дальнейшая эксплуатация буровой установки должна быть пре­кращена до их полного устранения.

Допускаемая нагрузка на крюке определяется прочностью каната в оснастке талевой системы. Коэффициент запаса прочности талевого ка­ната при спуско-подъемных операциях бурения должен быть не менее 3, а при спуске обсадных колонн и ликвидации аварий — не менее 2.

7. Расчет основных параметров и выбор бурового насоса

Давление и производительность бурового насоса выбирают расчетным путем на основе требований, предъявляемых технологией бурения и промывки скважины с учетом ее конструкции и компоновки бурильной колонны. При этом скорость восходящего потока раствора в кольцевом пространстве скважины при бурении под промежуточную и эксплуатационную колонну при забойном двигателем должна быть не менее V=0,5-0,6 м/с, а при роторном способе бурения V=0,3-1,2 м/с.

Принимаем скорость восходящего потока равной V=0,5 м/с.

1. Скорость восходящего потока раствора в кольцевом пространстве скважины при бурении под промежуточную и эксплуатационную колонну:

где - объемный КПД процесса нагнетания (коэффициент утечек);

- индикаторный КПД;

D_д - диаметр долота при бурении под эксплуатационную колонну, дм;

D_к - наружный диаметр колонны бурильных труб, дм.

Полученное значение производительности необходимо проверить по удельной подаче раствора на забой, определяемой отношением:

2. Потери давления в манифольде:

где = 40*10^-5

МПа

Потери давления в бурильных трубах:

где = 600*10^-8 - коэффициент потерь давления в бурильных трубах;

L=5500-500=5000 м - длина колонны бурильных труб.

МПа

Потери давления в утяжеленных бурильных трубах:

где - коэффициент потерь давления в УБТ

МПа

Потери давления в замковых соединениях:

где =7,1*10^-5 - коэффициент потерь давления в замковых соединениях.

l=23,5 м - расстояние между замковыми соединениями, м

МПа

Потери давления в забойном двигателе P_зд=0

Потери давления в долоте:

где F₀ - суммарная площадь поперечных сечений промывочных отверстий долота, см².

Для долота D_д=215,9 мм F₀ = 13,5 см², тогда a_д=658*10^-6

МПа

Потери давления в кольцевом пространстве:

490*10^-9 - коэффициент потерь давления в кольцевом пространстве

МПа

Давление, развиваемое насосом:

P_max=0,81++++9,1+0,12=15,2 МПа

3. Определим гидравлическую мощность насоса:

где -коэффициент, учитывающий нагрузки при запуске насоса

4. Механическая мощность насоса:

кВт

где - объемный КПД процесса всасывания (коэффициент наполнения);

механический КПД насоса;

гидравлический КПД насоса.

5. Ход поршня насоса:

Примем S=400мм.=4дм.

Определим частоту ходов поршней

ход/мин

Примем частоту ходов поршней = 65 ход/мин = 1,083 ход/с.

6. Длина шатуна:

мм

7. Диаметр штока:

мм

Примем d_ш=60мм.=0,6дм

8. Определим диаметр поршня:

дм = 120 мм

где - коэффициент подачи.

Примем диаметр поршня равный 120 мм

9. Длина цилиндровой втулки:

Принимаем l=590 мм

10. Производим проверку расчетным путем производительности бурового насоса:

л/с

11. Максимальное допустимое давление на выкидке насоса:

12. Примем передаточное отношение зубчатого зацепления кривошипного и трансмиссионного валов i=4,92.

13. Диаметр клапанов определяется площадью проходного сечения, необходимой для движения жидкости с заданной скоростью. При полностью открытом клапане площадь проходного сечения у горловины конического седла определяется по формуле:

где - диаметр горловины седла клапана;

- высота подъёма клапана;

- угол между образующей и осью конуса; =45 или 60.

Высота подъема клапана определяется из условия безударной посадки тарелки на седло клапана, которое определяется зависимостью:

Диаметр клапана рассчитывается по максимальной производительности насоса, т.е. при наибольшем диаметре цилиндрической втулки. При этом скорость движения жидкости не должна превышать 10-15 м/с.

14. Диаметры нагнетательной и всасывающей труб определяются наибольшей производительностью насоса и скоростью движения раствора в этих трубах с учетом условия неразрывности потока

где d_в и d_н - диаметры всасывающей и нагнетательной труб;

V_в и V_н - средние скорости движения жидкости во всасывающей и нагнетательной трубах.

V_в =1-2 м/с; V_н =1,5-2,5 м/с.

Примем V_в = 1,8 м/с ; V_н = 2,5 м/с.

Получим

Параметры	Значения
Механическая мощность, кВт	353
Гидравлическая мощность, кВт	300
Число цилиндров	2
Ход поршня, мм	400
Диаметр штока, мм	60
Число двойных ходов в минуту, мин^-1	65
Производительность, л/с	17,3
Давление максимальное, МПа	19,2
Максимальная производительность, л/с	15,9

Выбираем двухпоршневой буровой насос УНБ-600