Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
1996
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Електрообладнання
Група:
К
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
М І Н І С Т Е Р С Т В О О С В І Т И У К Р А Ї Н И
Державний університет “Львівська політехніка”
ВСТАНОВЛЕННЯ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМУ
ЗАГЛИБЛЕННЯ НАФТОВИХ І ГАЗОВИХ СВЕРДЛОВИН
Методичні вказівки до лабораторної роботи №3
з курсу
“Електрообладнання і автоматизація видобутку нафти”
для студентів спеціальності 21.05
“Електропривід і автоматизація промислових установок та
технологічних комплексів”
Затверджено
на засіданні кафедри
“Електропривід і автоматизація промислових установок
та технологічних комплексів
Протокол № 1 від 29 серпня 1996 р.
ДУ“Львівська політехніка”
1997р.
Встановлення оптимального режиму заглиблення нафтових і газових свердловин. Методичні вказівки до лабораторної роботи №3 з курсу “Електрообладнання і автоматизація видобутку нафти” для студентів спеціальності 21.05 “Електропривід і автоматизація промислових установок та технологічних комплексів”/Укл. Б.Д.Денис, Б.С.Калужний. - Львів: ДУ”ЛП”, 1997.- 9 C.
Укладачі: Б. Д. Денис, професор
Б. С. Калужний, доцент
Відповідальний за випуск: С. С. Мазепа, доцент
1. Загальні відомості
Заглиблення свердловини - основна технологічна операція процесу буріння або спорудження нафтових і газових свердлдовин. Руйнуючи гірську породу бурильний інструмент - долото разом з колоною бурильних труб опускається вниз, поглиблюючи вибій свердловини. Ефективність цієї операції характеризується механічною швидкістю буріння, середнє значення якої за весь період роботи одним долотом визначається за формулою
Vм = Hд/tб ,
де Hд - величина заглиблення, досягнута одним долотом до повного його
зношення;
tб - тривалість роботи долота у вибої.
Механічна швидкість буріння залежить від багатьох факторів, які можна розділити на дві групи. До першої - слід віднести фактори, на які впливати не можна. Це конструкція і якість виготовлення долота, фізико-механічні властивості породи, яка руйнується, характеристика привода, що обертає долото. До другої - належать фактори, на які може оперативно впливати оператор або автомат, що керує процесом заглиблення. Це осьове навантаження на долото та швидкість його обертання, якщо буровий привід допускає її незалежне регулювання. Осьове навантаження на долото та швидкість його обертання разом з кількістю рідини, якою промивається свердловина, визначають режим заглиблення і є його режимними параметрами.
Встановити оптимальний режим заглиблення - означає знайти таку комбінацію режимних параметрів, яка забезпечить екстремальне значення вибраного показника якості цього режиму.
Показником якості режиму заглиблення найчастіше є механічна швидкість буріння - швидкість заглиблення свердловини, яка служить мірою продуктивності процесу буріння.
Найбільш розповсюдженим способом буріння є турбінний. Привідним двигуном долота в цьому способі є гідравлічна турбіна, що спускається до вибою разом з долотом. Турбіна приводиться в рух потоком рідини, що подається буровими помпами через бурильні труби. Ця рідина одночасно виносить на поверхню вибурену породу і кріпить стінки необсадженої свердловини. На рис.1 зображена механічна характеристика турбобура і залежність потужності на його валу від моменту.
Потужність турбобура описується квадратичною формулою і має максимум при половині швидкості неробочого ходу (0/2 і при половині стопорного моменту MCT/2. Момент на валу турбобура залежить тільки від осьового навантаження на долото Р, тому швидкість обертання долота теж однозначно визначається навантаженням і незалежно мінятись не може. Тому єдиним керуючим впливом, що може змінити режим заглиблення при турбінному бурінні, є осьове навантаження на долото. В цих умовах оптимізація режиму зводиться до встановлення такого осьового навантаження, при якому механічна швидкість заглиблення досягає максимального значення.
Наявність екстремуму в залежності механічної швидкості від осьового навантаження на долото V=f(P) можна обгрунтувати такими міркуваннями.
Коли осьове навантаження на долото Р=0 (долото не дійшло до вибою) швидкість заглиблення V= 0. При осьовому навантаженні, що відповідає стопорному моментові на валу турбіни, долото перестає обертатись і швидкість заглиблення стає рівною нулеві. Між двома нулями мусить бути хоча б один екстремум. Дійсно, залежність V = f(P) має один екстремум, а її вигляд ілюструє рис. 2.
В першому наближенні ця залежність може бути апроксимована квадратичною залежністю з рівняння::
(1)
Найбільша швидкість буріння Vmax і навантаження на долото, що стопорить турбіну PCT, які входять в цю залежність, визначаються фізико-механічними властивотями гірської породи, станом долота і турбіни.
2.Процес пошуку оптимального режиму
Для встановлення режиму, що відповідає найбільшій механічній швидкості буріння, потрібно перевірити всі режими, які можна реалізувати в конкретних умовах (отже ті, що відповідають осьовим навантаженням на долото Р<PCT). Це можна зробити, організуючи спеціальний перехідний процес пошуку, під час якого можна пройти залежність V=f(P) по обидві сторони її екстремуму. Характер пошуку витікає із динамічної моделі колони бурильних труб, яка має вигляд:
, (2)
де L - довжина колони бурильних труб (глибина свердловини);
E - модуль пружності матеріалу труб;
F - площа поперечного перерізу труб;
VП - швидкість подачі (швидкість опускання верхнього кінця колони).
Підставляючи (1) в (2) одержимо:
+ =
або
Розділивши рівняння на одержимо рівняння з розділеними змінними:
(3)
Процес пошуку організується в активному експерименті, який може бути сформований за бажанням оператора. Найлегше організувати його, задаючи якусь сталу швидкість подачі.
Тоді (3) доцільно представити у вигляді:
(4)
Ліва частина рівняння зводиться до одного із трьох можливих табличних інтегралів:
а) VП - Vmax > 0
або
і
(5)
Сталу інтегрування В визначимо із початкових умов, які при пошуку, організованому згідно з (а), будуть нульовими (при t=0 Р=0).
Якщо задати VП = сVmax , де с>1, одержимо:
або
Із початкових умов
або
Отже,
(6)
б) Vп - Vmax < 0
Тоді (4) можна записати у вигляді:
Інтегралом цього рівняння є
Отже, звільнившись від знаменника та виконавши множення, визначимо Р.
(7)
H=eD - стала інтегрування.
Такий перехідний процес пошуку найкраще організувати при Vп = 0. Тоді вся підіймальна система бурової установки знаходиться в нерухомому стані і не вносить ніяких завад в процес пошуку. Пройти всі режими, що знаходяться по обидві сторони від екстремуму можна, якщо розпочати пошук, від якого-небудь значення осьового навантаження на долото, що лежить справа від екстремуму кривої рис.2.
В цих умовах рівняння (7) матиме вигляд:
(7а)
Початкові умови:
при t=0 ( P=kPCT.
Процес пошуку повинен починатись з режиму, що знаходиться cправа від точки екстремуму, отже , 0.5 < k < 1.
Звідси стала інтегрування H = k/(1-k).
Отже, процес пошуку описується рівнянням
(8)
або
(8а)
Стала часу
визначається буримістю породи, довжиною і жорсткістю колони бурильних труб.
в) VП =Vmax
Хоча цей випадок не може бути використаний при організації процесу пошуку, приведемо його, тим більше, що він дає найпростіший розв’язок рівняння (4), який зводиться до вигляду:
(9)
Інтегруючи його, матимемо
,
де k - стала інтегрування.
3. Організація процесу пошуку
за критерієм екстремального режиму
В процесі пошуку, організованому згідно з “а)”, необхідно встановити швидкість подачі більшу від сподіваної швидкості буріння. В той момент часу, коли швидкість заглиблення досягне максимального значення, похідна осьового навантаження на долото (як це витікає із (2)) буде мінімальною. Тому в процесі пошуку можна аналізувати похідну dP/dt. В той момент, коли вона досягне мінімального значення, необхідно запам’ятати значення осьового навантаження, яке і буде оптимальним.
Те саме стосується і процесу пошуку, організованого згідно з “б)”, з тією різницею, що в момент, коли швидкість буріння досягає максимального значення, похідна dP/dt теж буде максимальна.
Операція диференціювання небажана в технічних системах внаслідок надзвичайно низької завадостійкості. Але враховуючи, що dP/dt ( (P /(t і при умові, що при обчисленні кожного значення похідної (P /(t можна з високою точністю зберегти незмінною величину (t, її значення буде пропорційним величині приросту осьового навантаження за фіксований інтервал (t.
Похибку результату віднімання двох близьких значень осьового навантаження (P=P(t) - P(t+(t) Можна зменшити, визначаючи приріст (P за рівнянням:
(10)
як різницю середніх значень осьового навантаження в двох сусідніх інтервалах часу (t.
Згідно з (10), період розрахунку похідної або (PCP становить 2(t. Його можна скоротити в два рази, якщо стикувати обчислення двох сусідніх приростів за таким правилом:
(11)
Оптимальним визнається таке значення осьового навантаження на долото
,
для якого виконується умова:
в пошуковому процесі, організованому згідно з “а)”, і умова:
в пошуковому процесі, організованому згідно з “б)”.
Програма роботи
1. Скласти алгоритми встановлення оптимального режиму заглиблення для двох процесів пошуку, організованого згідно з п.п. “а)” і “б)”.
2. Скласти цифрові моделі системи встановлення оптимального режиму при бурінні різних гірських порід, заданих керівником занять, глибин їх залягання, згідно варіанту, вказаного у приведеній нижче таблиці.
3. Провести аналіз роботи системи встановлення оптимального режиму при бурінні різних гірських порід, заданих керівником заняття, глибин їх залягання, і режимів буріння, побудувавши залежності тривалості пошуку від буримості породи та швидкості подачі.
Рекомендована література
1. Е.А.Козловский и др. Кибернетические системы в разведывательном бурении. М., Недра, 1985г., 285с.
2. Б.Д.Денис, Б.С.Калужний, А.Д.Мартинчук. Пристрій для встановлення ефективного навантаження на долото. Патент України №2500.
Таблиця
№ варіанту
Довжина інструменту L,м
Зовн. діам. бур. труби D,м
Товщ. стінки бур. труби d, м
Максим. швидкість буріння Vmax, м/год.
Стопорний тиск турбіни Рст, МН
Початковий тиск на долото kPст
1
1000
0.114
0.008
0.5/1.2/2.5
0,2
0.95Pст
2
1000
0.127
0.01
0.5/1.2/2.5
0,25
0.9Pст
3
1000
0.141
0.012
0.2/1.2/2.4
0,3
0.9Pст
4
2500
0.114
0.008
0.2/1.2/2.4
0,28
0.85Pст
5
2500
0.127
0.01
0.6/1.2/4.0
0,32
0.95Pст
6
2500
0.141
0.012
0.2/1.0/0.3
0,38
0.91Pст
7
3500
0.114
0.008
0.3/1.9/4.2
0,32
0.86Pст
8
3500
0.127
0.01
0.6/2.4/5.2
0,36
0.9Pст
9
3500
0.141
0.012
0.4/2.5/4.5
0,34
0.8Pст
10
5000
0.114
0.008
0.1/1.2/2.2
0,38
0.94Pст
11
5000
0.127
0.01
0.5/2.5/5.0
0,28
0.81Pст
12
5000
0.141
0.012
0.6/2.0/6.0
0,24
0.78Pст
13
6500
0.114
0.008
0.5/1.1/2.2
0,22
0.96 Pст
14
6500
0.127
0.01
0.4/1.5/3.0
0,20
0.88Pст
15
6500
0.141
0.012
0.2/1.2/2.8
0,22
0.76Pст
Навчальне видання
ВСТАНОВЛЕННЯ ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМУ
ЗАГЛИБЛЕННЯ НАФТОВИХ І ГАЗОВИХ СВЕРДЛОВИН
методичні вказівки до лабораторної роботи №3
з курсу
“Електрообладнання і автоматизація видобутку нафти”
для студентів спеціальності 21.05
“Електропривод і автоматизація промислових установок та
технологічних комплексів”
Укладачі: Б. Денис
Б. Калужний
Редактор
Коректор
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора