2. Методы расчета норм расхода тэр

2.1 Расчетно-аналитический метод разработки индивидуальных технологических норм расхода на бурение скважин

Индивидуальная технологическая норма расхода электроэнергии на стадии разработки численно равна удельным затратам электроэнергии на 1 м бурения скважины.

Удельные затраты электроэнергии равны отношению расхода электроэнергии за завершенный технологический цикл работ по бурению скважины к величине углубки за этот цикл.

Минимальным технологическим циклом, за который могут быть рассчитаны удельные затраты электроэнергии и который включает в себя операции по бурению скважины, является рейс.

В удельные технологические затраты энергии не должны включаться затраты, связанные с ремонтом оборудования, авариями, геологи­ческими осложнениями и другими работами, не входящими в состав технологических.

Удельные технологические затраты электроэнергии по скважине определяются на основании удельных затрат электроэнергии на бурение отдельных интервалов. Под интервалом бурения подразумевается участок скважины, проходимый с применением породоразрушающего инстру­мента (ПРИ) одного диаметра и типа по породам с одинаковыми свойствами по буримости и при использовании постоянных режимов бурения.

Удельные затраты электроэнергии, определенные для средней глубины интервала бурения, являются основанием для расчета расхода электроэнергии на бурение всего интервала. При расчете удельных затрат электроэнергии на бурение 1 м скважины используется аналитический метод. Исходными данными для него являются технологические, технические и временные пара­метры.

Источниками исходных данных являются:

- геологическая информация по скважине (см. приложение);

- технологическая документация;

- нормы времени или фактические затраты времени на выполнение технологических операций;

- технические характеристики технологического инструмента, оборудования и его электропривода.

Технологические затраты электроэнергии на 1 м бурения по скважине определяются как средневзвешенные удельные затраты при бурении отдельных интервалов:

, (1)

где q_ckj - средневзвешенные удельные затраты электроэнергии при бурении j-й скважины, кВтч/м; q_ij - удельные затраты электроэнер­гии на бурение i-го интервала при средней его глубине, кВтч/м; L_ij- величина i-го интервала бурения, м;

L_j - проектная или действительная глубина скважины, м

Технологические затраты электроэнергии q_ij (кВтч/м) на бурение i-го интервала j-й скважины при средней глубине опре­деляются по формуле:

q_ij = lp^-1[(P_б.пр + P_бм.пр + P_освК_с)]Т_р' – (P_б.пр + P_бн.пр – P_СПО.пр)t_СПО –

– (P_б.пр + P_бн.пр – P_нар.пр)t_нар – P_б.прt_пром], (2)

где P_б.пр - суммарная мощность, потребляемая из электросети приво­дом бурового станка и маслонасоса при бурении на средней глубине интервала, кВт; P_бн.пр - мощность, потребляемая приводом насоса из электросети при бурении и промывке скважины на средней глубине ин­тервала, кВт; P_осв - мощность, потребляемая из сети на освещение бурового здания и рабочей площадки, кВт; К_с - коэффициент, учиты­вающий продолжительность светового дня (К_с = I - Т_с/24); Т_с - про­должительность светового дня, ч; P_СПО.пр и P_нар.пр соответст­венно, средняя мощность привода лебедки, потребляемая из электро­сети при выполнении СПО за рейс и при наращивании колонны буриль­ных труб на длину рейса, кВт; Т_р' - суммарное время потребления электроэнергии буровой установкой в рейсе, ч; t_пром - время выполне­ния СПО в рейсе, включающее подъем и спуск бурового снаряда, а также подготовительно-заключительные операции при спуске и подъеме бурового снаряда, ч; t_нар - суммарное время выполнения операции по наращиванию колонны бурильных труб в рейсе, ч; t_пром - время промывки скважины после спуска и перед подъемом бурового снаряда, ч; l_р - средняя углубка скважины за рейс при бурении i-гo интервала, м.

Составляющие затрат мощности формулы (2) рассчитываются по следующим зависимостям:

1. Мощность Р_б.пр (кВт), потребляемая приводом бурового станка и маслонасоса при бурении:

Р_б.пр = Р_б + Р_дв + Р_мн.пр , (3)

где Р_б - мощность бурового станка при бурении, кВт; Р_дв - поте­ри мощности в электроприводе бурового станка, кВт; Р_мн.пр - мощ­ность, потребляемая из электросети приводом маслонасоса, кВт.

2. Мощность бурового станка Р_б (кВт) при бурении

Р_б = P_хх + (P_рз + P_бт)(1 - К)^-1, (4)

где P_хх - потери мощности в станке при холостом ходе вращателя, кВт; P_pз - мощность на разрушение забоя, кВт; P_бт - мощность на вращение бурильных труб, кВт; К - коэффициент потери мощности в станке при передаче нагрузки вращателю.

3. Мощность на разрушение забоя P_рз (кВт) в соответствии с типом используемого ПРИ определяется по следующим формулам.

При алмазном бурении:

P_рз = 0,25f_пС_ос(D_кр + d_кр), (5)

где  - коэффициент разрушения забоя, равный 1,2-1,3. В расчетах при определении удельных затрат рекомендуется принимать среднее значение  = 1,25; f_п - коэффициент трения коронки о породу. При алмазном бурении пределы его изменения от 0,25 до 0,35. При расчетах принимается f_п = 0,3; С_ос - осевая нагрузка, задавае­мая с поверхности, кН;  - угловая скорость бурового инструмен­та, рад/с; D_кр, d_кр - соответственно наружный и внутренний диаметр коронки, м.

Значения величин Р_хх и К для ряда станков приведены в табл. 1

Таблица 1

Частота вращения шпинделя, об/мин	Потери мощности на холостое вращение Pхх, кВт	Коэффициент потерь, К	Частота вращения шпинделя, мин^-1	Потери мощности на холостое вращение Pхх, кВт	Коэффициент потерь, К
СКТО-75 (ЗИФ-1200 МР)			СКТО-65 (ЗИФ-650)
75,0	0,4	0,201	87,0	0,4	0,181
136,0	0,6	0,149	118,0	0,6	0,123
231,0	1,0	0,193	188,0	1,0	0,164
288,0	1,4	0,187	254,0	1,6	0,093
336,0	1,6	0,133	340,0	2,0	0,134
414,0	2,0	0,127	460,0	2,4	0,066
516,0	2,7	0,115	576,0	3,0	0,046
ЗИФ-1200 МРК			СКБ-4
56,6	3,1	0,066	155,0	1,2	ОД40
69,4	3,4	0,061	280,0	0,4	0Д72
109,9	3,5	0,059	390,0	0,8	0Д03
134,6	3,6	0,057	435,0	2,0	0,106
172,3	3,9	0,052	640,0	1,6	0,068
217,0	4,0	0,050	СБА-500
289,4	5,1	0,029	120,0	0,8	0,156
354,2	5,3	0,025	195,0	1,4	0,132
442,8	6,0	0,011	280,0	1,8	0,059
543,3	6,2	0,008	430,0	1,9	0,120
			700,0	3,4	0,022

При бурении твердосплавными коронками:

Р_рз = 0,125С_ос(0,137 + f_п)(D_кр + d_кр), (6)

При бурении сплошным забоем долотами типа РХ и пикобуром:

, (7)

где _сж - предел прочности одноосному сжатию, кПа/м²; m - число лопастей долота; V_м -механическая скорость бурения, м/с.

Значения _сж и f_п , рекомендуемые при расчете мощности на разрушение забоя по формулам (6) и (7), приведены в табл.2.

При бурении скважин шарошечными долотами:

Р_рз = 0,25P₀D_ск, (8)

где Р₀ - затраты мощности на разрушение единицы площади забоя, кВт/м², Р₀ = (515)10² кВт/м² (для расчетов удельных затрат рекомендуется Р₀ = 1010² кВт/м²); D_ск - диаметр скважины, м; диаметр скважины можно принимать равным диаметру долота.

Таблица 2

Классификация пород	Категория пород
По буримости	I	II	II	IV	V	VI	VII
Коэффициент крепости пород	0,5-0,6	0,6-0,8	0,8-1,0	1,0-1,5	1,5-2,0	2,0-4,0	4,0-7,0
Предел прочности пород одноступенчатому сжатию сж10^3, кПа	5-6	6-8	8-10	10-15	15-20	20-40	40-70
Коэффициент трения пород, fп	0,12	-	0,30	0,25-0,35	0,35	-	0,50

4. Мощность на вращение бурильных труб Р_бт (кВт), входящая в формулу (4):

(9)

где S - коэффициент, учитывающий свойства используемой промывоч­ной жидкости (см. табл.3);

Таблица 3

S	0,6	0,8	1,0	1,2
Промывочная жидкость	вода + КАВС	Полиакриламидные растворы + эмульсолы	вода	Глинистый раствор

q - вес 1 м бурильных труб, кН/м; d - диаметр бурильных труб, м (при использовании комбинированной колонны бурильных труб применяется средневзвешенное значение q_с.в и d_с.в).

Средневзвешенные диаметры и вес бурильных труб определяются из выражений:

где q_i, d_i - соответственно вес 1 м и диаметр соответствующего типа труб; l_i - длина данного типа труб в бурильной колонне, м; L = L_ср - длина бурильной колонны, равная средней глубине интерва­ла бурения, м; J - интенсивность искривления скважины, град/м. В среднем интенсивность искривления изменяется от 0,01 до 0,03 град/м. При расчетах рекомендуется использовать J = 0,01;  - угол наклона скважины к горизонту, град;  - радиальный за­зор между бурильными трубами и стенками скважины, м

5. Потери мощности P_дв (кВт) для большинства типов асинхронных двигателей с достаточной для расчетов точностью могут быть определены по формуле:

P_дв = 310^-2P_н[1 + 2,5(P/P_н)²], (10)

где Р_н - номинальная мощность электродвигателя, кВт; Р - мощ­ность на валу электродвигателя, кВт. Расчет потерь мощности в элек­тродвигателе бурового станка при бурении производится для P = P_б.

6. Мощность на работу маслонасоса Р_мн.пр (кВт), состав­ляющая формулы (3):

Р_мн.пр = P_мн + P_дв, (11)

где Р_мн - мощность на валу маслонасоса, кВт; P_дв - потери мощнос­ти в электродвигателе маслонасоса при Р = Р_мн (определяются по фор­муле (10)).

Мощность на валу маслонасоса P_мн (кВт):

Р_мн = 410^-4р, (12)

где р - давление в гидросистеме станка, кПа.

7. Мощность P_бн.пр (кВт), потребляемая электродвигателем бурового насоса из сети:

P_бн.пр = QP₂/_н + P_дв, (13)

где Q - общая подача насоса, м³/с; Р₂ - давление, развиваемое насосом при подаче в скважину промывочной жидкости, равной Q₂ (в некоторых случаях Q₂ = Q), кПа; _н - общий кпд насоса при частоте вращения коленчатого вала, обеспечивающей подачу Q, и давление Р₂ (определяется по таблице 4); P_дв - потери мощности в электродвигателе насоса при нагрузке на валу, равной первому слагаемому формулы (13).

Давление P₂ (кПа), развиваемое насосом при подаче промывоч­ной жидкости в скважину, равной Q₂:

(14) где K_п - коэффициент дополнительных потерь, К_п = 1,15  1,20. В расчетах К_п принимается равным 1,2; V_тp, V_кп, W_кз - соот­ветственно скорости движения жидкости в бурильных трубах, кольцевом затрубном пространстве и колонковом зазоре, м/с;  , _п - соответственно, удельный вес промывочной жидкости в бурильных трубах и в затрубном пространстве, кН/м³. При расчетах удельный вес жидкости в затрубном пространстве на 5% больше, чем в бурильных трубах; g - ускорение свободного падения, м/с²; _тр, _кп, _кз - соответственно, коэффициенты гидравлических сопротивлений в бурильных трубах, кольцевом пространстве и колонковом зазоре (_тр = 0,02; _кп = _кз = 0,03); l - длина одной бурильной трубы, м;  - коэффициент дополнительных сопротивлений из-за наличия шлама в жидкости (в расчетах принимать равным 1,05); D_кр, D_кт - соответ­ственно диаметры коронки и колонковой трубы, м; h_к - сопротивле­ния в обвязке, колонковой трубе и коронке, кПа (h_к = 250-400 кПа).

Скорости движения жидкости (м/с) определяются по формулам:

в бурильных трубах

;

в кольцевом затрубном пространстве

;

в колонковом зазоре

.

Таблица 4

Подача Q, л/мин	Тип промывочной жидкос­ти*
		Давление Р2, МПа
		0,0	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,3
НБ-32.11ГР
294-594	2	0,07	0,65	0,71	0,76	0,82	0,85	0,88
225-300	2	0,05	0,55	0,62	0,68	0,75	0,78	0,82
НБЗ-120/40
15	1	0,04	0,34	0,38	0,42	0,46	0,56	0,67
	2	0,03	0,27	0,31	0,35	0,40	0,47	0,54
19	1	0,05	0,46	0,51	0,57	0,63	0,68	0,74
	2	0,04	0,35	0,41	0,47	0,54	0,61	0,68
40	1	0,07	0,67	0,71	0,74	0,78	0,81	0,84
	2	0,05	0,57	0,62	0,67	0,72	0,75	0,78
70	1	0,08	0,67	0,72	0,77	0,84	0,87	0,90
	2	0,06	0,05	0,64	0,71	0,78	0,80	0,83
120	1	0,08	0,67	0,72	0,77	0,83	0,85	0,87
	2	0,06	0,57	0,64	0,70	0,77	0,78	0,80
НБ4-320/63
32, 125	1	0,07	0,65	0,71	0,76	0,82	0,85	0,88
	2	0,05	0,55	0,62	0,68	0,75	0,78	0,82
55, 180	1	0,08	0,67	0,72	0,77	0,84	0,87	0,90
	2	0,06	0,57	0,64	0,71	0,78	0,80	0,83
88, 320	1	0,08	0,67	0,72	0,77	0,84	0,85	0,87
	2	0,06	0,57	0,63	0,69	0,76	0,78	0,80

_*) 1 - техническая вода, 2 - глинистый раствор.

8. Мощность Р_спо.пр (кВт), потребляемая электродвига­телем станка (лебедки) из электросети при выполнении СПО:

Р_спо.пр = P_спо + P_дв, (15)

где Р_спо - средняя мощность на валу электродвигателя станка (лебедки) при выполнении СПО, кВт; P_дв - потери в электродвига­теле при мощности на валу Р_спо, которая определяется по формуле (10).

Средняя мощность Р_спо (кВт) на СПО определяется через энергозатраты на подъем бурового снаряда в рейсе:

Р_спо = W_спо.п[t_спо(1 - К_л)]^-1 + P_хх.л, (16)

где W_спо.п - полезная затрачиваемая энергия при выполнении СПО рей­са, кВтч; К_л - коэффициент, характеризующий потери мощности в станке на передаче лебедки, соответствующей средней скорости выполнения СПО; P_хх.л - потери мощности в станке при нулевой нагруз­ке лебедки на передаче, соответствующей средней скорости выполне­ния СПО, кВт.

Значения коэффициента К_л и мощности P_хх.л для ряда буровых станков в зависимости от глубины скважины приведены в табл.5 и табл.6.

Для определения полезно затрачиваемой энергии при выполнении СПО W_спо.п (кВт) используется формула следующего вида:

(17)

где К₁ - коэффициент, учитывающий затраты энергии на трение при проскальзывании пускового диска относительно тормоза подъема и на работу труборазворота,

К₁ = 1,2; К₂ - коэффициент, учитыва­ющий потери энергии в талевой системе

см. табл. 7.

С - коэффициент, равный 1 м; l_св - длина бурильной свечи, м; q -вес 1 м бурильных труб, кН/м; _m - коэффициент, учитывающий вес соединений бурильных труб; _ж,  - соответственно, плотность промывочной жидкости и материала бурильных труб, т/м³; f – коэффициент трения бурильных труб о стенки скважины (f = 0,3); G_этб - вес элеватора и талевого блока, кН; L₁, L₂ - глубина скважины в начале и в конце рейса, м

L₁ = L_ср – l_р/2; L₂ = L_ср + l_р/2;

_ср - средний зенитный угол скважины на заданной глубине, град;

(18)

где _н - начальный зенитный угол заложении скважины, град; J - интенсивность искривления скважины, град/м.

Таблица 5

Глубина скважины, м	Тип станка
	СКБ-4				СКТО-65 (ЗИФ-650 М)						СКБ-5 (СБА-500)
	m = 1		m = 2		m =1		m = 2		m = 3		m = 1		m = 2
	Pхх.л	Kл	Pхх.л	Kл	Pхх.л	Kл	Pхх.л	Kл	Pхх.л	Kл	Pхх.л	Kл	Pхх.л	Kл
100	1,20	0,140	1,80	0,113	0,80	0,195	0,91	0,167	1,00	0,138	1,60	0,122	1,90	0,108
200	1,20	0,140	1,80	0,113	0,76	0,201	0,85	0,183	0,99	0,142	1,57	0,124	1,90	0,108
300	1,10	0,146	1,93	0,107	0,74	0,203	0,81	0,194	0,92	0,164	1,39	0,131	1,89	0,109
400	0,98	0,152	2,04	0,102	0,73	0,203	0,79	0,198	0,87	0,178	-	-	1,85	0,111
500	0,94	0,153	2,00	0,104	-	-	0,76	0,201	0,84	0,187	-	-	1,75	0,115
600	-	-	1,70	0,110	-	-	0,75	0,202	0,82	0,192	-	-	1,66	0,119
700	-	-	1,50	0,119	-	-	0,74	0,203	0,79	0,196	-	-	-	-
800	-	-	1,40	0,123	-	-	0,73	0,203	0,78	0,199	-	-	-	-
900	-	-	1,30	0,133	-	-	0,73	0,203	0,76	0,201	-	-	-	-
1000	-	-	1,20	0,140	-	-	-	-	0,76	0,202	-	-	-	-

Таблица 6

Глубина скважины, м	Тип станка
	СКТО-75 (ЗИФ-1200 МРК)						СКТО-75 (ЗИФ-1200 МР)
	m = 1		m = 2		m = 3		m = 1		m = 2		m = 3
	Pхх	Kл	Pхх	Kл	Pхх	Kл	Pхх	Kл	Pхх	Kл	Pхх	Kл
100	4,01	0,132	4,95	0,116	6,01	0,096	1,1	0,24	1,4	0,236	2	0,176
200	4,01	0,132	4,95	0,116	6,01	0,096	1,1	0,24	1,4	0,236	2	0,176
300	4,01	0,132	4,95	0,116	6,01	0,096	1,05	0,223	1,4	0,236	2	0,176
400	4	0,132	4,89	0,117	6,01	0,096	0,96	0,212	1,37	0,237	1,99	0,175
500	4	0,134	4,68	0,121	5,91	0,098	0,85	0,204	1,29	0,239	1,94	0,199
600	3,99	0,135	4,4	0,127	5,79	0,1	0,77	0,203	1,19	0,241	1,87	0,215
700	3,99	0,136	4,15	0,131	5,60	0,104	0,71	0,204	1,12	0,240	1,79	0,227
800	-	-	4,66	0,121	5,42	0,107	-	-	1,1	0,239	1,67	0,238
900	-	-	4,55	0,123	5,21	0,110	-	-	1,02	0,236	1,57	0,244
1000	-	-	4,45	0,124	5,16	0,112	-	-	0,96	0,233	1,48	0,247
1100	-	-	4,37	0,126	4,93	0,114	-	-	0,91	0,229	1,34	0,248
1200	-	-	4,31	0,127	4,74	0,115	-	-	0,82	0,222	1,33	0,243
1300	-	-	4,25	0,128	4,54	0,116	-	-	0,81	0,221	1,24	0,245
1400	-	-	4,19	0,129	4,25	0,18	-	-	0,80	0,22	1,17	0,243
1500	-	-	4,13	0,130	4,75	0,119	-	-	0,76	0,216	1,09	0,24
1600	-	-	-	-	4,67	0,121	-	-	-	-	-	-
1700	-	-	-	-	4,61	0,122	-	-	-	-	0,97	0,233
1800	-	-	-	-	4,56	0,123	-	-	-	-	0,91	0,229
1900	-	-	-	-	4,50	0,124	-	-	-	-	0,87	0,226
2000	-	-	-	-	4,47	0,124	-	-	-	-	0,8	0,221

Таблица 7

К2	1,04	1,08	1,12	1,16
Количество струн талевой оснастки	1	2	3	4

9. Средняя мощность Р_нар.пр (кВт) на наращивание колонны бурильных труб определяется по формуле, аналогичной выражению (15):

P_нар.пр = P_нар + P_дв, (19)

где Р_нар - средняя мощность на наращивание колонны бурильных труб с L₁ до L₂, кВт; P_дв - потери мощности в электродвигателе станка (лебедки) при мощности на валу Р_нар, определяется по формуле (10), кВт.

Средняя мощность при наращивании колонны бурильных труб определяется через полезные затраты энергии на наращивание:

P_нар = W_нар.пt_нар(1-К_л)^-1 + P_хх.л, кВт, (20)

где W_нар.п - полезно затрачиваемая энергия на наращивание колонны бурильных труб на длину рейса (от L₁ до L₂ ), кВтч; t_нар - суммарное время наращивания колонны бурильных труб, ч.

Значения К_л и P_хх.л принимаются такими же, как и при выполнении СПО.

Полезные затраты электроэнергии W_нар.п (кВт) на наращивание:

(21)

где l_р - углубка скважины за рейс, м; L_ср = (L₁ + L₂)/2 - сред­няя рейсовая глубина скважины, м.

10. Временные параметры выполнения операций за рейс.

Суммарное время выполнения операций, связанных с потреблением электроэнергии T_р` (ч), определяется по следующей зависимости:

T_р` = H_врl_р – t_зк, (22)

где H_вр - норма времени на бурение 1 м (определяется по ЕНВ (М.: "Недра", 1978) или по действующим нормативам геологоразведочной организации); t_зк - норма времени на замену породоразрушающего инструмента.

Время выполнения СПО на наращивание и на промывку скважины после спуска и перед подъемом бурильных труб определяют по ЕНВ или но действующим нормативам геологоразведочного подразделения.

Время выполнения СПО t_спо (ч/м) равно сумме временных затрат на спуск, подъем и подготовительно-заключительные операции:

t_спо = t_с + t_п + t_пс + t_пп + t_зс + t_зп,

где нормы времени соответственно: t_c, t_п - на спуск и подъем бурового снаряда, ч; t_пс, t_пп - на подготовительные операции перед спуском и подъемом бурового снаряда на один рейс, ч; t_зс, t_зп - на заключительные операции после спуска и подъема бурового снаря­да на одни рейс, ч.

Время на наращивание колонны бурильных труб t_нар (ч/м) оп­ределяется из выражения:

t_нар = t_пнt_р,

где t_пн - норма времени на перекрепление и наращивание бурильной колонны, приходящееся на 1 м углубки, ч/м; l_р - углубка скважины за рейс, м.

Время на промывку скважины t_пром после спуска и перед подъемом равно норме времени.