Skip to content
Brent$117,6Газ TTF$1 192USD453,87 ₸
MunaiHub

Кітапхана әзірге орыс тілінде. Ағылшын және қазақ тілдеріндегі нұсқалары кейінірек қосылады.

Формулалар: Буровая установка и процесс

«Бурение скважин» бөліміндегі «Буровая установка и процесс» тақырыбы сабақтарының формулалары қолданылу шарттарымен және бірліктерімен, сондай-ақ белгілердің осы сабақтардағы мағынасы.

Объём затрубного пространства и время отставания
Va=π4∑i(Di2−di2)Li,tlag=VaQV_a = \frac{\pi}{4}\sum_i \left(D_i^2 - d_i^2\right) L_i, \qquad t_{lag} = \frac{V_a}{Q}

СИ; ёмкость затрубья в литрах на метр удобно считать как π4(D2−d2)⋅10−3\frac{\pi}{4}(D^2 - d^2)\cdot 10^{-3} с диаметрами в миллиметрах

Мына жағдайда орындалады: длины участков берут по стволу, а не по вертикали: раствор проходит весь путь; раствор и шлам движутся с одной средней скоростью; на деле шлам отстаёт от раствора, особенно в наклонных стволах; открытый ствол номинального диаметра; каверны увеличивают объём и время, поэтому расчёт проверяют по трассеру; подача насосов постоянна и известна: её считают по числу ходов насоса и объёму одного хода с учётом коэффициента наполнения.

Как бурят скважину: процесс и персонал →
Механическая, техническая и коммерческая скорость бурения
vм=Htб,vт=720 HTпр,vк=720 HTкv_\text{м} = \frac{H}{t_\text{б}}, \qquad v_\text{т} = \frac{720\,H}{T_\text{пр}}, \qquad v_\text{к} = \frac{720\,H}{T_\text{к}}

метры и часы; скорости — м/ч и метры на станко-месяц (м/ст.-мес)

Мына жағдайда орындалады: в TпрT_\text{пр} и TкT_\text{к} не входят подготовительные и вышкомонтажные работы и испытание; скорость с ними называют цикловой; для группы скважин берут суммарные проходку и время; рейсовая скорость — проходка за рейс долота на время бурения и СПО этого рейса — описывает одно долото (показатели работы долота).

Сроки и стоимость бурения →
Стоимость скважины по видам затрат
C=Cраз+r T+∑jcj LjC = C_\text{раз} + r\,T + \sum_j c_j\,L_j

любая валюта; в примере — тыс. долл., сутки

Мына жағдайда орындалады: в TT берут сутки по оценке сроков; как оплачивается время ремонта установки, определяет буровой контракт; граница между видами условна: долота зависят и от метров, и от времени, расход раствора — от объёма ствола и от поглощений; цены — на дату сметы; для многолетней программы учитывают их рост (эскалация).

Сроки и стоимость бурения →
Стоимость события и средний резерв по перечню рисков
ΔCk=r Δtk+ck,E[ΔC]=∑kpk ΔCk\Delta C_k = r\,\Delta t_k + c_k, \qquad \mathrm{E}[\Delta C] = \sum_k p_k\,\Delta C_k

тыс. долл. и сутки

Мына жағдайда орындалады: события независимы, каждое случается не больше одного раза, и его последствия не зависят от других; связанные события (поглощение, после которого прихват вероятнее) объединяют или задают условной вероятностью; перечень неполон: к нему добавляют резерв на неучтённое; среднее складывается при любой связи между событиями, а P90 суммы — нет: его находят по распределению, перебором сочетаний или моделированием (почему P90 не складывают).

Сроки и стоимость бурения →
Кривая обучения (модель Бретта — Миллхайма)
tn=C1 eC2(1−n)+C3t_n = C_1\,\e^{C_2(1-n)} + C_3

сутки

Мына жағдайда орындалады: однотипные скважины одной площади, одна установка и подрядчик; перерыв в работе, смена бригады или конструкции отбрасывают серию назад; постоянные подбирают по фактическим скважинам серии; C3C_3 надёжнее оценить отдельно — по техническому пределу или лучшей составной скважине (подбор кривой); непроизводительное время учится хуже производительного; его часто анализируют отдельно.

Сроки и стоимость бурения →
Заканчивать или ликвидировать
Vскв>Cзак−CликвV_\text{скв} > C_\text{зак} - C_\text{ликв}

тыс. долл. на дату решения

Мына жағдайда орындалады: затраты на бурение до проектной глубины уже сделаны и не зависят от решения — в сравнение они не входят (невозвратные затраты); ликвидацию законченной скважины в конце её жизни учитывают в VсквV_\text{скв}, но она наступит через годы и при дисконтировании весит меньше; если скважина нужна и для других целей — нагнетания, наблюдения, — их ценность добавляют к VсквV_\text{скв}.

Сроки и стоимость бурения →
Потребная электрическая мощность и расход топлива
Nэл=1ηпр(pQηм+Mω)+Nвсп,Gт=gт Nэл t\begin{gathered} N_{\text{эл}} = \frac{1}{\eta_{\text{пр}}}\left(\frac{pQ}{\eta_{\text{м}}} + M\omega\right) + N_{\text{всп}},\\ G_{\text{т}} = g_{\text{т}}\,N_{\text{эл}}\,t \end{gathered}

кВт, МПа × л/с = кВт, кН·м × рад/с = кВт

Мына жағдайда орындалады: нагрузки постоянны в течение расчётного времени; на деле они меняются — наращивания, промывки, подъёмы, — и суточный расход считают по графику нагрузок; удельный расход топлива зависит от загрузки генератора: у современных дизель-генераторов при нагрузке, близкой к номинальной, он около 0,2 кг/(кВт·ч), при малой нагрузке заметно больше.

Буровая установка: силовая и подъёмная системы →
КПД оснастки талевой системы
η=Wn Fх=Kn−1Kn n (K−1)\eta = \frac{W}{n\,F_{\text{х}}} = \frac{K^n - 1}{K^n\,n\,(K - 1)}

безразмерная

Мына жағдайда орындалады: обычная оснастка буровой: неподвижный конец проходит через неподвижный шкив кронблока, и канат огибает столько вращающихся шкивов, сколько у оснастки струн; если на пути каната есть дополнительные вращающиеся шкивы, их общее число SS ставят в знаменатель вместо показателя: KSK^S; блок движется вверх с постоянной скоростью; разгон, торможение и рывки добавляют динамические нагрузки, которых формула не учитывает; KK — расчётная величина: она охватывает трение в подшипниках и потери на изгиб каната; изготовитель шкивов может указать своё значение.

Буровая установка: силовая и подъёмная системы →
Натяжение ходового и неподвижного концов
Fх=Wη n,Fн=WnF_{\text{х}} = \frac{W}{\eta\,n}, \qquad F_{\text{н}} = \frac{W}{n}

любые единицы силы

Мына жағдайда орындалады: неподвижный конец не движется, поэтому его натяжение берут статическим, W/nW/n; при движении блока трение в шкивах делает его меньше при подъёме и больше при спуске (раздел для углублённого изучения) — для нагрузки на вышку при подъёме W/nW/n идёт в запас; отношение Fх/W=1/(ηn)F_{\text{х}}/W = 1/(\eta n) называют коэффициентом ходового конца (fast line factor).

Буровая установка: силовая и подъёмная системы →
Коэффициент запаса прочности талевого каната
kз=RFхk_{\text{з}} = \frac{R}{F_{\text{х}}}

любые одинаковые единицы силы

Мына жағдайда орындалады: наименьшие значения по API RP 9B: 3 — для талевого каната при бурении и спуско-подъёмах, 2 — при спуске обсадных колонн и при расхаживании прихваченной колонны и других редких операциях, 2,5 — для каната подъёма мачты; у изношенного каната и при ударных нагрузках фактический запас меньше расчётного; работать вблизи минимума можно только с исправным канатом и оборудованием и без рывков.

Буровая установка: силовая и подъёмная системы →
Мощность на барабане лебёдки и скорость подъёма
Nб=Fх vх=Wvη,vх=n v,Nвх=Nбηл\begin{gathered} N_{\text{б}} = F_{\text{х}}\,v_{\text{х}} = \frac{W v}{\eta}, \qquad v_{\text{х}} = n\,v,\\ N_{\text{вх}} = \frac{N_{\text{б}}}{\eta_{\text{л}}} \end{gathered}

кН × м/с = кВт

Мына жағдайда орындалады: установившееся движение; на разгон колонны массой в сотни тонн нужна дополнительная мощность, поэтому разгоняют и тормозят плавно; при спуске энергия течёт обратно: груз сам тянет канат, и мощность WvWv (за вычетом трения) поглощают тормоза или двигатели в режиме торможения.

Буровая установка: силовая и подъёмная системы →
Нагрузка на вышку
Fв=W+Fх+Fн=W 1+η+η nη nF_{\text{в}} = W + F_{\text{х}} + F_{\text{н}} = W\,\frac{1 + \eta + \eta\,n}{\eta\,n}

любые одинаковые единицы силы

Мына жағдайда орындалады: ходовой и неподвижный концы идут от кронблока вниз почти вертикально; наклон концов и ветер добавляют горизонтальные силы, которые учитывают при расчёте самой вышки; неподвижный конец взят статическим (W/nW/n); нагрузка распределяется по ногам вышки неравномерно — раздел для углублённого изучения.

Буровая установка: силовая и подъёмная системы →
Работа талевого каната за полный рейс
Tр=D (Lсв+D) w+4D (Wп+C/2)9807T_{\text{р}} = \frac{D\,(L_{\text{св}} + D)\,w + 4D\,(W_{\text{п}} + C/2)}{9807}

кН·м, делённые на 9807 кН·м в 1 т·км (тонна-сила × километр)

Мына жағдайда орындалады: бурильные трубы условно доходят до забоя, а тяжёлый низ учтён избытком веса CC; на каждую свечу подвижное оборудование проходит вверх и вниз по длине свечи при подъёме и столько же при спуске — всего 4D4D за рейс; трение при спуске и подъёме одинаково; ускорения, вибрации, затяжки в наклонном стволе не учтены — это сравнительная мера износа, а не точная работа.

Буровая установка: силовая и подъёмная системы →
Работа каната при бурении, спуске обсадной колонны и коротком рейсе
Tб=3[Tр(D2)−Tр(D1)],Tкр=Tр(Dн)−Tр(Dв),Tок=D (Lт+D) wок+4D Wп2⋅9807\begin{gathered} T_{\text{б}} = 3\left[T_{\text{р}}(D_2) - T_{\text{р}}(D_1)\right],\\ T_{\text{кр}} = T_{\text{р}}(D_{\text{н}}) - T_{\text{р}}(D_{\text{в}}),\\ T_{\text{ок}} = \frac{D\,(L_{\text{т}} + D)\,w_{\text{ок}} + 4D\,W_{\text{п}}}{2\cdot 9807} \end{gathered}

т·км; глубины и длины — м, веса — кН и кН/м

Мына жағдайда орындалады: бурение: за цикл «пробурить на длину трубы или свечи, приподнять, проработать, приподнять для наращивания, нарастить, опустить» канат совершает работу, равную трём полным рейсам на прирост глубины; если не прорабатывать и не приподнимать колонну перед наращиванием — двум; короткий рейс: на участке между двумя глубинами поднимают и спускают всю колонну — это ровно разность работ полных рейсов на этих глубинах; обсадную колонну только спускают, поэтому работа — половина полного рейса; УБТ в ней нет.

Буровая установка: силовая и подъёмная системы →
Эквивалентная нагрузка на вышку и её коэффициент использования
Fэкв=4(W4+Wn)=W n+4n,Eв=FвFэкв=1+η+η nη (n+4)\begin{gathered} F_{\text{экв}} = 4\left(\frac{W}{4} + \frac{W}{n}\right) = W\,\frac{n + 4}{n},\\ E_{\text{в}} = \frac{F_{\text{в}}}{F_{\text{экв}}} = \frac{1 + \eta + \eta\,n}{\eta\,(n + 4)} \end{gathered}

любые одинаковые единицы силы

Мына жағдайда орындалады: четырёхногая вышка, нагрузка от рабочих струн делится между ногами поровну; неподвижный конец закреплён у одной ноги, лебёдка — посередине между двумя другими; при другой расстановке распределение иное, у мачт — своя схема.

Буровая установка: силовая и подъёмная системы →
Подача бурового насоса за ход и в единицу времени
Vх=3⋅π4 d2L ηv  (триплекс),Vх=π2(2d2−dш2)L ηv  (дуплекс),Q=Vх n60\begin{gathered} V_{\text{х}} = 3\cdot\frac{\pi}{4}\,d^2 L\,\eta_v \ \ \text{(триплекс)}, \qquad V_{\text{х}} = \frac{\pi}{2}\left(2d^2 - d_{\text{ш}}^2\right) L\,\eta_v \ \ \text{(дуплекс)},\\ Q = \frac{V_{\text{х}}\,n}{60} \end{gathered}

СИ; удобно брать dd и LL в дециметрах — тогда VхV_{\text{х}} получается сразу в литрах

Мына жағдайда орындалады: объём, который описывает поршень, считают по полному ходу; у двухпоршневого насоса обратный ход вытесняет объём кольца между втулкой и штоком; коэффициент наполнения учитывает утечки через клапаны и поршни, неполное заполнение цилиндров и сжатие газа в растворе; у исправного насоса с подпорным насосом он близок к 1, у изношенного падает до 0,9 и ниже; при нескольких насосах подачи складываются, а суммарный счётчик считает ходы всех насосов.

Циркуляционная и вращающая системы буровой →
Допустимое давление втулки и предел мощности
pmax⁡=Fшπd2/4,Nг=p Q≤ηм Nпрp_{\max} = \frac{F_{\text{ш}}}{\pi d^2/4}, \qquad N_{\text{г}} = p\,Q \le \eta_{\text{м}}\,N_{\text{пр}}

МН/м² = МПа; МПа × л/с = кВт

Мына жағдайда орындалады: давление сверх допустимого по нагрузке на шток может ограничить и прочность гидравлической части — у малых втулок паспортное давление бывает ниже рассчитанного по штоку; в паспортах насосов допустимое давление и подачу при наибольшей частоте указывают для каждой втулки таблицей; формула объясняет, откуда берутся эти числа.

Циркуляционная и вращающая системы буровой →
Число ходов до долота и по затрубью
Zд=VтVх,Zз=VзVх,t=VQZ_{\text{д}} = \frac{V_{\text{т}}}{V_{\text{х}}}, \qquad Z_{\text{з}} = \frac{V_{\text{з}}}{V_{\text{х}}}, \qquad t = \frac{V}{Q}

СИ; объём ствола и труб — π4(D2−d2)\frac{\pi}{4}(D^2 - d^2) на метр длины

Мына жағдайда орындалады: трубы и ствол номинального диаметра; каверны увеличивают объём затрубья, поэтому фактическое время проверяют трассером; раствор несжимаем и нигде не теряется; при поглощении или притоке объёмы перестают сходиться — это и есть признак.

Циркуляционная и вращающая системы буровой →
Мощность вращения колонны
Nвр=M ω,ω=2π nвр60N_{\text{вр}} = M\,\omega, \qquad \omega = \frac{2\pi\,n_{\text{вр}}}{60}

кН·м × рад/с = кВт

Мына жағдайда орындалады: установившееся вращение; момент у поверхности складывается из момента на долоте и трения колонны о стенки, а в наклонной скважине трение обычно больше (сопротивление и момент); мощность на входе привода больше на его КПД.

Циркуляционная и вращающая системы буровой →

Белгілер

БелгіМағынасы
720720
CC
C1C_1
C2C_2
C3C_3
CзакC_\text{зак}
CликвC_\text{ликв}
CразC_\text{раз}
cjc_j
ckc_k
dd
DD
did_i
DiD_i
  • диаметр ствола на ii-м участке: в открытом стволе — диаметр долота (или фактический, по кавернограмме), в обсаженном — внутренний диаметр обсадной колонны, мКак бурят скважину: процесс и персонал
d, dшd,\ d_{\text{ш}}
EвE_{\text{в}}
E[ΔC]\mathrm{E}[\Delta C]
FвF_{\text{в}}
FнF_{\text{н}}
FхF_{\text{х}}
FшF_{\text{ш}}
FэквF_{\text{экв}}
Gт, gт, tG_{\text{т}},\ g_{\text{т}},\ t
HH
ΔCk\Delta C_k
Δtk\Delta t_k
KK
kзk_{\text{з}}
LL
LсвL_{\text{св}}
Lт, wокL_{\text{т}},\ w_{\text{ок}}
LiL_i
LjL_j
MM
M, ωM,\ \omega
nn
NбN_{\text{б}}
NврN_{\text{вр}}
NвспN_{\text{всп}}
Nвх, ηлN_{\text{вх}},\ \eta_{\text{л}}
NгN_{\text{г}}
NэлN_{\text{эл}}
pkp_k
pmax⁡p_{\max}
p, Qp,\ Q
QQ
rr
RR
TT
tбt_\text{б}
TбT_{\text{б}}
TкT_\text{к}
TкрT_{\text{кр}}
TокT_{\text{ок}}
TпрT_\text{пр}
TрT_{\text{р}}
tlagt_{lag}
tnt_n
t, V, Qt,\ V,\ Q
VзV_{\text{з}}
vмv_\text{м}
VсквV_\text{скв}
  • ценность добычи скважины: NPV её будущих потоков без уже потраченных затрат и без затрат на заканчивание, тыс. долл.Сроки и стоимость бурения
VтV_{\text{т}}
vт, vкv_\text{т},\ v_\text{к}
VхV_{\text{х}}
VaV_a
v, vхv,\ v_{\text{х}}
ww
WW
WпW_{\text{п}}
W, n, ηW,\ n,\ \eta
W, n, η, FвW,\ n,\ \eta,\ F_{\text{в}}
W, Fх, FнW,\ F_{\text{х}},\ F_{\text{н}}
W, Fх, η, nW,\ F_{\text{х}},\ \eta,\ n
Zд, ZзZ_{\text{д}},\ Z_{\text{з}}
η\eta
η, n\eta,\ n
ηм\eta_{\text{м}}
ηм, Nпр\eta_{\text{м}},\ N_{\text{пр}}
ηпр\eta_{\text{пр}}
ηv\eta_v
ω, nвр\omega,\ n_{\text{вр}}