2.2 Разгон колонны бурильных труб
Разгон колонны при подъеме обусловлен превышением величины момента двигателя, приведенного к крюку (движущая сила) над величиной нагрузки от веса бурильной колонны и подвижных частей талевой системы и приведенной массы системы.
Дифференциальное уравнение движения системы при разгоне талевого
где Шпр.р - суммарная масса системы при разгоне, приведенная к талевому блоку, кг;
Ро — движущая сила, развиваемая приводом в период разгона, приведенная к талевому блоку, Н;
Ос — сила веса (сила сопротивления) талевого блока и бурильной колонны (с учетом выталкивающей силы бурового раствора и сил трения), кН.
Тогда время разгона колонны бурильных труб /р определяется как интеграл изменения скорости от 0 до Уу
(2-6)
Значения величин, входящих в уравнение (2.6), определяются следующим образом.
Нагрузка на струны каната от веса талевого блока и от усилия в верхней части бурильной колонны 0Г (сила сопротивления) равна
а-Я^-^ + /Уотс9 (2.7)
где 0кп, — сила веса бурильной колонны с учетом компоновки низа бурильной колонны (КНБК), Н;
Ргъ рт - плотность бурового раствора и материала бурильных труб соответственно, кг/м3;
/- коэффициент трения колонны бурильных труб о стенку скважины;
Ст с — сила веса поступательно движущихся частей талевой системы, Н.
Вес колонны бурильных труб Окпя можно выразить
ПРИ Ькм <Ьубт
Окоп = Яхбт*1св*П\ (2.8)
при 1кол > Ьубп
Окал = Яу6т*1св*ПуОт +(п - J *дт*1св9 (2.9)
где Ьувпп Яубт Пубт ~ длина, вес погонного метра и число утяжеленных бурильных труб соответственно;
число утяжеленных бурильных труб определяется из выражения
р
(2Л0)
ат - сила веса погонного метра бурильных труб, Н; Ь*п, - длина колонны бурильных труб с УБТ, м; п - число свечей бурильных труб;
Р — превышение веса компоновки низа бурильной колонны над весом бурильных труб (КНБК) такой же длины, И.
Суммарная масса подвижных элементов системы при разгоне, приведенная к бурильной колонне ттоу находится по следующим зависимостям
™то — ГПкая + ттс + пгтк^0 + ТПтпа + ГПтш + 9 + ТПюб (2.11)
где т*пш — масса колонны бурильных труб
= °-; (12)
я
g - ускорение свободного падения, м/с ;
гПтг — масса поступательно движущихся частей талевой системы
^ = С'-<; (2.13)
я
тптю.к.б.р ~ масса талевого каната навитого на барабан, приведенная к талевому блоку, в начале периода разгона
(2.14)
ак - сила веса погонного метра талевого каната, Н; (/«.с - кратность оснастки талевой системы;
Я„ - расчетный радиус навивки каната на барабан, м;
Шпр.па — приведенная масса вращающихся элементов привода (без подъемного вала) определяется по данным конструктивно-кинематической схемы, моментов инерции элементов и передаточных отношении между ними (см.
ниже);тт.б - приведенная масса подъемного вала (барабана с вращающимися с ним элементами)
Ш^-^Г*-; (2.16)
где Зь — суммарный момент инерции подъемного вала и элементов связанных с ним. кг/м ;
ттш - приведенная масса шкивов талевой системы определяется по окружной скорости каната в желобе шкива. Если принять, что шкивы имеют одинаковые размеры и одинаковые моменты инерции, тогда для талевой системы без дополнительных шкивов на крон блоке, отводящих тяговую струну от элементов вышки, имеем
?Чр- =-^*М^с + 0*(2*^,+1), (2Л7)
где г - радиус талевого шкива по оси каната в желобе, м;
гшВш±Ё» (2.18)
Ош - диаметр шкива по дну желоба, м;
« - диаметр каната, м;
Зш — момент инерции шкива талевого блока;
тпщ,^ р — масса талевого каната, находящегося в оснастке (без учета каната навитого на барабан) в начале периода разгона, определяется следующим образом
(2.19)
Нг - длина струн талевого каната в начале периода разгона, м; Нтг- длина тяговой струны, м;
АЛ
Движущая сила от действия момента двигателя (оперативной муфты или силового агрегата), приведенная к талевому блоку, определяется по формуле
Р„ = (?.?0)
где М„ - пусковой момент на ведомом валу оперативной муфты (силового агрегата или двигателя) в период разгона (Н*м) определяется в зависимости от типа привода (см. ниже);
и паї — передаточное отношение от двигателя (силового агрегата или оперативной муфты), до подъемного вала (находится ниже);
Лтх<и) — к.п.д. талевой системы при подъеме бурильной колонны из п свечей, который определяется по формуле
Ъ^±+°М\*П»* +Р)+°-* -ОМ (2.21)
где>70=^Ь^ (2.22)
Уїж - максимальное число свечей в бурильной колонне; Цпа — к.п.д.
подъемного агрегата с приводом; Є г* — сила веса свечи бурильных труб, Н; 7}ш - к.п.д. шкива.Яо- расчетный радиус навивки каната на барабан, равный
*я%.Ч., ш' ч (2.23)
2*к\г*к -а)
і де 2 =—— число витков каната в одном слое барабана;
а„ + А
Ь6 — длина бочки барабана;
Л = 0.0015...0.002 м - расстояние (зазор) между двумя рядом лежащими витками каната на барабане;
а - число витков первого слоя навивки каната на барабан, не свиваемых при СПО (для БУ-2500, а - 15 витков);
ктпг = 3 — максимальное число слоев каната, навиваемого на барабан.
Установившаяся скорость подъема бурильной колонны (7^,,Д состоящей из п свечей, определяется из выражения
(2.24)
где N*t — мощность двигателей (силовых агрегатов) привода лебедки,
кВт;
(Р„ — коэффициент перегрузочной способности двигателя при установившейся скорости подъема талевого блока;
0сМ - сила сопротивления бурильной колонны из п свечей, определяется из (2.7).
Для нахождения времени и пути разгона бурильной колонны применим предложенный в работах Г13, 391 численный метод расчета (интегрирования), который состоит в следующем. Разобьем найденную установившуюся скорость подъема уу наЗу — /'интервалов, где \в— 1, 2, 3..., то есть
Д.=-^ (2-25)
и будем рассматривать параметры движения системы на каждом из полученных интервалов нарастания скорости. К концу первого участка (при / = 1) скорость движения будет равна У„а = Д,, а крутящий момент двигателя (оперативной муфты, силового агрегата и т.д.) в начале первого интервала нарастания скорости - Л//. Скорость разгона талевого блока к концу второго и каждого последующего интервала будет определяться по формуле
Ги-Км + Я, (2.26)
Развиваемый момент на выходном валу двигателя (силового агрегата, муфты) при известной скорости вращения его вала пр\ находится из характеристики двигателя (см. ниже).
В свою очередь частота вращения выходного вала двигателя (муфты и т.д.) лЛ/ в рассматриваемом интервале находится
"р.1-~ (2-27)
ДА
где Су - кинематический коэффициент, равный
С.= . (2.28)
По принятому значению момента на начало первого интервала М) = Мти и найденному значению момента па конец этого интервала Мі находим среднее значение момента, действующего в рассматриваемом интервале
Ми = 0.5(М? + М,) (2.29)
После чего находим движущую силу в системе, развиваемую двигателем (силовым агрегатом или оперативной муфтой)
JV.-A4.47o, (2.30)
где г = и-< и~> Ъ. (2.31)
4 Я,
Далее, находим время разгона системы в этом интервале
Д*,- = 'У^Ц' (2.32)
л.-а
Прирастив скорость подъема по (2.26), повторяем расчет времени разгона в следующем интервале скорости по формулам (2.27) — (2.32) и так далее, а общее время разгона находим
гр 2 А*/. (2.33)
/-і
Суммарный путь талевого блока при разгоне Бр будет найден, как
(2.34)
/-• 2
Если разность между гр при Уу = 2/е+/ и ^ при Л = У5 больше 0.01, то принимают Уу = 2 и т.д., а расчеты г0 повторяют до тех пор, пока разность между двумя последовательными расчетами /р не будет меньше 0.01, а окончательному времени и пути разгона присваивается результат последнего расчета.
Для нахождения энергетических затрат при разгоне, воспользуемся алгоритмом расчета затрат машинного времени при разгоне (см.
выражения (2.27), (2.28), и (2.32)).
В каждом рассматриваемом интервале скорости крюка у9/ (итерации) с частотой вращения выходного вала двигателя (силового агрегата, оперативной муфты и т.д.) и при среднем значении момента ММ9 требуемая мощность Л^./ определяется
а затраты энергии в интервале одной итерации будут равны Цгп1=Ып1*Оп1. (2.36)
Суммарные затраты энергии \У0<п) при разгоне за цикл одного подъема (бурильной колонны из п свечей) равны
»',«». = IX; (2-37)
Суммарные затраты энергии при разгоне за цикл всех подъемов
при бурении скважины равны
Еще по теме 2.2 Разгон колонны бурильных труб:
- // Расчет скоростей подъема колонны бурильных труб
- 2.5.2. Оценка затрат машинного времени и энергозатрат при подъеме бурильной колонны за цикл проводки скважины буровой установкой БУ 2500-ДГУ
- 2.6. Анализ затрат машинного времени и энергозатрат при подъеме бурильной колонны в процессе проводки скважины буровыми установками с различными типами привода подъемного комплекса
- Окопы у колонии Пустомыты, у деревни Ощев и у колонии Переходы.
- Влияние обрастаний на качество воды и материал труб
- ИСПАНСКИЕ И ПОРТУГАЛЬСКИЕ КОЛОНИИ
- ПОЛОЖЕНИЕ В КОЛОНИЯХ
- Грузовые танки (трюмы), топливные цистерны, коффердамы, коридоры грузовых труб
- 41. ВОЙНА СЕВЕРОАМЕРИКАНСКИХ КОЛОНИЙ ЗА НЕЗАВИСИМОСТЬ
- ИСПАНСКИЕ КОЛОНИИ И ТИРСКАЯ ДЕРЖАВА
- АНГЛИЙСКИЕ КОЛОНИИ ВЫБИРАЮТ СВОБОДУ
- ГЛАВА 8. КРАХ ГРЕНЛАНДСКОЙ КОЛОНИИ
- ГЛАВА 7 ТАК ВСЕ ЖЕ — КОЛОМБО ИЛИ КОЛОННО?