Определение индивидуальных норм расхода электроэнергии на буровые работы
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:
|
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: