Оптимизация процессов бурения

 Оптимизация процессов бурения

Автор- Цибизова Екатерина студент 3 курса университета КазНТУ им. К.И Сатпаева

Научный руководитель- Федоров борис Владимирович, профессор, к.т.н. кафедры ТБНиГС университета КазНТУ им. К.И Сатпаева

В работе рассматривается вопрос об использовании данных геолого-технологического контроля целенаправленного регулирования технологического режима, позволяющего при каждом рейсе  углублять скважину с наименьшими удельными затратами.

Поскольку, константы идентификации позволяют  рассчитать по модели все основные показатели работы породоразрушающего инструмента, для решения оптимизационной задачи необходимо установить зависимости констант идентификации 0 , и m от параметров режима.определяем начальную механическую скорость бурения  0 = к * , (1)

где  -  осевая нагрузка, кН;

        - частота вращения,

       d и - показатели степени, определяемые соответственно по таблице 1 и 2

       к- коэффициент, зависящий от  физико-механических свойств пород  и типа породоразрушающего инструмента.

Таблица 1 зависимость d от  твердости горной породы и от удельного расхода бурового раствора

____________________________________________________________________

*В  л/с на 1 площади забоя за 1 оборот.

Таблица 2 зависимость  от геологического строения породы и  категории твердости

Если  известна начальная механическая скорость проходки 0 при некоторых значениях осевой нагрузки и частоты вращения, по формуле (1) вычисляют коэффициент К, а затем, полагая что К=const, по ней же рассчитывают начальную механическую скорость проходки при различных сочетаниях указанных параметров. Рассмотрим расчет механической скорости проходки на конкретном примере. Для начала определим коэффициент К, зависящий от физико – механических свойств пород и типа породоразрушающего инструмента. Рассмотрим типовую модель.

Исходные  данные: = 160 кН, n= 80 , 0 = 12 м/ч. Примем по таблице 1 d = 0,7, а по таблице 2 = 0,7.

Таблица 3 результаты расчетов механической скорости проходки

n,

   200 

   150

                                                                                   30                               

                                                                                   25

  100                                                                           20

                                                                                   15 

     50

             

                                                                    10

                                                                                      0=5м/ч          Pд, кН

          0      50        100        150      200     250        300        350

Рисунок 1. Зависимость механической скорости проходки от осевой нагрузки и частоты  вращения долота. Константа отражает интенсивность падения механической скорости проходки и при любом значении показателя m численно равна снижению механической скорости проходки в начале рейса за принятый единичный временной промежуток (1 час, 10 часов и т.д.) при стабильном технологическом режиме падение механической скорости проходки, как известно, обусловлена износом вооружения инструмента, который зависит от интенсивности взаимодействия породоразрушающего инструмента с забоем. После приведения входящих величин к размерности по системе СИ она имеет вид

Nд = с*

* * *n, (3)

где  с – коэффициент зависящий от твердости и буримости горных пород ( для   мягких равен 6,2, для пород средней твердости – 5,5, для твердых – 4,4), причем значение его может быть уточнено по фактическим данным;

      Dд – диаметр долота,м;

      Рд  – осевая нагрузка на долото,кН;

         n – частота вращения, .

В качестве примера рассчитаем значение Nд по данным, приведенным выше, при с =6,2, т.е. при модели буримости в мягких породах. Расчеты выполнены по формуле (3). Тогда Nд = 6,2* *0,1905* *n,применяя разные сочетания параметров бурения, а именно меняя осевую нагрузку и частоту вращения долота. Результаты сведены в таблицу 4 и представлены на рисунке 2.

Таблица 4 зависимость мощности от осевой нагрузки и частоты вращения долота

 
 
 

n,

 

   200 

  150  

                                                                                                                

                                                                                   

  100                                                                          

                                                                                                           

    50                                                                      

                                                                        Nд=5кВт                   Pд, кН

        

           0      50        100        150      200     250        300        350

Рисунок 2 Зависимость Nд= Pд,n)  (по данным таблицы 4)

Так как характер и интенсивность износа породоразрушающего инструмента, как показывают исследования, зависят от технологического режима, в общем случае для одной и той же пары, «долото - горная порода» значение показателя m  может быть меньше и больше 1. Можно сделать вывод, что: Если не допускается перегрев рабочих элементов долота на характер износа вооружения, превалирующее влияние оказывает осевая нагрузка. С ростом её сверх некоторого предела поверхностный износ переходит в объемный, что существенным образом сказывается на интенсивности износа. Следовательно, вторым существенным фактором при определении значения m, является тип вооружения долота.

m

 

   2,0 

   1,5                                                                                 1

                                                                                                                

                                                                                 

   1,0                                                                       2

                                                                                                                   

       0                                                                                             

Рисунок 3 Зависимость m= для долот с твердосплавным (1) и фрезерным (2) вооружением.

По мере накопления промысловых данных, полученных в различных условиях, решение  оптимизационных задач станет более  обоснованным. Одновременно будет повышаться точность прогнозирования оптимального режима бурения. Рассмотрим решение оптимизационной задачи на конкретном примере. Исходные данные следующие. В однородном разрезе были опробованы три режима и на каждом режиме индентифицированы модели буримости: