Разработка улавливающе-подпитывающего устройства для замены изношенных шаров новыми в процессе рейса при шароструйном бурении скважины
|
ВВЕДЕНИЕ 10
1 Литературный обзор 13
1.3 Тенденции развития шароструйного бурения скважин 13
1.2 Имеющийся задел по разработке улавливающе-подпитывающего
устройства 23
1.2.2. Разработка забойного шаропитателя 27
1.3 Анализ способов управления элементами забойного оборудования. 29
1.3.1 Скважинные расширители 29
1.3.2 Пакеры и якори 31
1.3.3. Подвески хвостовик 32
2 Разработка схем забойных шароуловителей 34
2.1 Исследование процесса улавливания шаров 34
2.2 Стадии движения шаров в процессе шароструйного бурения 39
2.3 Выявление путей модернизации ШУ 41
Поиск решения проблемы направления движения шаров 45
2.4 Описание цикла работы модернизированного ШУ 47
3 Разработка схем забойных шаропитателей 48
3.1 Исследование процесса подпитки шарами 48
3.2 Выявление причин заклинивания шаров 50
3.3 Выявление путей модернизации ШП 53
3.4 Поиск решения проблемы подпитки изношенных шаров новыми ... 56
3.5 Описание цикла работы модернизированного ШУ 59
4 Синхронизация работы забойных шаропитателей и шароуловителей 62
4.1 Сборка блоков ШП и ШУ 62
4.2 Описание цикла работы модернизированного шароструйного снаряда 65
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение... 66
5.1 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 67
5.2 Проведение анализа безубыточности инженерного проекта 68
5.3 Составление бюджета разработки и внедрения инженерных решений 71
5.3.1 Снижение фонда оплаты труда 71
5.3.2 Снижение амортизационных отчислений 71
5.3.3 Снижение затрат на спецодежду и спецтранспорт 72
6 социальная ответственность 76
6.1 Производственная безопасность 76
6.2 Анализ опасных производственных факторов и обоснование
мероприятий по их устранению 81
6.3 Экологическая безопасность 83
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 85
6.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности. 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
Список использованных источников 93
Приложение (А) 97
1 Литературный обзор 13
1.3 Тенденции развития шароструйного бурения скважин 13
1.2 Имеющийся задел по разработке улавливающе-подпитывающего
устройства 23
1.2.2. Разработка забойного шаропитателя 27
1.3 Анализ способов управления элементами забойного оборудования. 29
1.3.1 Скважинные расширители 29
1.3.2 Пакеры и якори 31
1.3.3. Подвески хвостовик 32
2 Разработка схем забойных шароуловителей 34
2.1 Исследование процесса улавливания шаров 34
2.2 Стадии движения шаров в процессе шароструйного бурения 39
2.3 Выявление путей модернизации ШУ 41
Поиск решения проблемы направления движения шаров 45
2.4 Описание цикла работы модернизированного ШУ 47
3 Разработка схем забойных шаропитателей 48
3.1 Исследование процесса подпитки шарами 48
3.2 Выявление причин заклинивания шаров 50
3.3 Выявление путей модернизации ШП 53
3.4 Поиск решения проблемы подпитки изношенных шаров новыми ... 56
3.5 Описание цикла работы модернизированного ШУ 59
4 Синхронизация работы забойных шаропитателей и шароуловителей 62
4.1 Сборка блоков ШП и ШУ 62
4.2 Описание цикла работы модернизированного шароструйного снаряда 65
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение... 66
5.1 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 67
5.2 Проведение анализа безубыточности инженерного проекта 68
5.3 Составление бюджета разработки и внедрения инженерных решений 71
5.3.1 Снижение фонда оплаты труда 71
5.3.2 Снижение амортизационных отчислений 71
5.3.3 Снижение затрат на спецодежду и спецтранспорт 72
6 социальная ответственность 76
6.1 Производственная безопасность 76
6.2 Анализ опасных производственных факторов и обоснование
мероприятий по их устранению 81
6.3 Экологическая безопасность 83
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 85
6.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности. 89
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
Список использованных источников 93
Приложение (А) 97
Объектом исследования является шароструйный методом бурения.
Цель работы - повышение эффективности шароструйного бурения в твердых и крепких горных породах за счет модернизация разработанного на кафедре бурения шароструйного снаряда, конструкция которого позволит осуществлять улавливание изношенных шаров без подъема инструмента.
В процессе исследования проводился анализ способов управления элементами забойного оборудования. Разработка схем забойных шароуловителей. Приведены мероприятия по охране труда, охране окружающей среды, приведен технико-экономический расчет.
В результате исследования был выбран наиболее оптимальный способ воздействия на шароструйно-эжекторно буровой снаряд. В ходе разработки схем забойных шароуловителей, была выявлена более эффективная модель позволяющая решить проблему затрат времени на операции по замене изношенных шаров новыми.
Основные конструктивные, технологические и технико
эксплуатационные характеристики: расчет геометрических параметров шароструйного снаряда, разработка конструкции ЗУ, расчет технологических параметров пружины толкателя, профилирование кулачка, профилирование внутренней части кулачка.
Степень внедрения: неоднократно проводились разработки в конце девяностых годов, которые так и не позволили решить проблему
экономической целесообразности. Широкое применение в бурении не получил.
Область применения: шароструйное бурение скважин применимо, как в нефтяной промышленности ,так и в гражданской.
Экономическая эффективность/значимость работы: модернизация шароструйно-эжекторного бурового снаряда позволила сократить общее время бурения. Как следствие сократились: фонд оплаты труда, расходы материалов, амортизационные отчисления.
В будущем планируется реализация концепта и повсеместное применение шароструйного бурения скважин.
В мировой практике бурения скважин наблюдается тенденция к увеличению объема буровых скважин различного назначения в твердых и крепких породах.
Применение механического способа бурения в крепких и твердых горных породах оказалось недостаточно эффективным, несмотря на то, что постоянно совершенствуются долота.
В данный момент известно множество других способов разрушения горных пород помимо классического механического: гидравлические, термические, взрывоударные, электрические и комбинированные способы разрушения. На данном этапе развития техники не представляется возможным увеличение эффективности разрушения горных пород на забое при механическом способе бурения ввиду достаточно низкой износоустойчивости породоразрушающего инструмента и относительно малой мощности, подводимой к забою.
По результатам исследования профессора Спивака А.И. коэффициент передачи мощности на забой при механическом бурении составляет от 0,03 до 0,2. Анализ альтернативных способов бурения горных пород показал, что в ближайшие годы вряд ли осуществимо широкое применение лазера, плазмы, электронного луча, термоструй и взрыва. Тем не менее, многие исследователи считают, что возможно применение гидравлических и гидромеханических способов разрушения горных пород.
В настоящий момент гидравлический способ применяется в мягких и рыхлых породах. Использование этого способа для разрушения твердых и средней крепости горных пород потребует значительного увеличения гидравлической мощности на забое. Бурение твердых и прочных пород осуществляется гидромеханическим способом, при котором разрушение пород на забое происходит за счет энергии потока промывочной жидкости с содержанием абразивных частиц либо шаров с высокой кинетической энергией. В первые предложили способ шароструйного бурения американцы
Ф.Г Дэйли и Эскел И.Э., который оказался наиболее перспективным с практической точки значимости.
Ряд некоторых технологических и технических проблем, возникающих при реализации гидродинамического способа разрушения горных пород, может быть решен за счёт шароструйного способа бурения скважин, который заключается в разрушении горных пород ударами высокоскоростных шаров, непрерывно циркулирующих в призабойной зоне скважины.
Шароструйный способ бурения исследовали А.Н. Давиденко, О.Л. Дербенева, А.В. Дугарцыренов, Т.Н. Зубкова, А.А. Игнатов, В.П. Коротков, М.Н. Нурлыбаев, М.М. Майлибаев, А.Б. Уваков , Н.Т. Туякбаев, А.В. Штрассер, F.H. Бейу, 1.Е. Eckel, A.B. Hildebrandt, L.W. Ledgerwood, A.W. McCray, E.M. McNatt, J.E. Ortloff, G.H. Ramsey, M. Roth, P.S. Williams, У.Леджервуд и др. В ходе исследований Уваков А. Б. обнаружил возможность достижения высокой механической скорости бурения (до 20 м/час в крепких горных породах), а работа казахского ученого С.А. Заурбекова показала превышение механической скорости на 20% и проходки на долото на 43% относительно серийных долот при бурении пород средней твердости.
В Национальном исследовательском Томском политехническом университете на кафедре бурения разработали установку для абразивного бурения с применением долота гидромониторно-эжекционного типа, которую в дальнейшем преобразовали в установку для шароструйного бурения. В ее основу лег принцип разрушения горной породы посредством непрерывной циркуляции породоразрушающих частиц на забое, который осуществляется за счет струйного аппарата, приводимого в действие потоком промывочной жидкости.
В ходе лабораторных исследований были выявлены существующие проблемы шароструйного бурения и определены основные направления их решения. В частности, была поставлена задача по значительному сокращению времени на спускоподъемные операции при проведении полевых работ.
Резюмируя, в данный момент наиболее актуальна разработка новых технических средств и оптимальных геометрических параметров буровых снарядов.
Цель работы.
Основной целью работы является повышение эффективности шароструйного бурения в твердых и крепких горных породах за счет модернизации разработанного на кафедре бурения шароструйного снаряда, конструкция которого позволит осуществлять подпитку и замену изношенных шаров без подъема инструмента или разработку нового улавливающе- подпитывающего устройства.
Предметом данного исследования является эффективное улавливающе-подпитывающее устройство, способное снизить затраты времени на операции по замене изношенных шаров новыми в процессе шароструйного бурения скважин.
Задачи исследования.
Необходимые задачи для достижения цели:
• анализ тенденции развития шароструйного бурения скважин с целью выявления перспективности данного способа бурения;
• обзор и анализ имеющегося задела по разработке улавливающе- подпитывающего устройства;
• Анализ способов управления элементами забойного оборудования и последующей классификации данных способов;
• Разработка схем забойных щаропитателей и шароуловителей с дальнейшей их синхронизацией;
Методика исследований. Методы исследования, которые позволят решить поставленные задачи:
• Анализ существующих исследований с последующей систематизацией;
• творческое осмысление существующих схем улавливающе- подпитывающего устройства;
Основное содержание работы изложено в MS Word.
В данной работе произведен сбор и анализ литературных источников по тематике шароструйного бурения, а также разработана классификация способов воздействия на элементы забойного оборудования и конструкций забойных шароуловителей.
Цель работы - повышение эффективности шароструйного бурения в твердых и крепких горных породах за счет модернизация разработанного на кафедре бурения шароструйного снаряда, конструкция которого позволит осуществлять улавливание изношенных шаров без подъема инструмента.
В процессе исследования проводился анализ способов управления элементами забойного оборудования. Разработка схем забойных шароуловителей. Приведены мероприятия по охране труда, охране окружающей среды, приведен технико-экономический расчет.
В результате исследования был выбран наиболее оптимальный способ воздействия на шароструйно-эжекторно буровой снаряд. В ходе разработки схем забойных шароуловителей, была выявлена более эффективная модель позволяющая решить проблему затрат времени на операции по замене изношенных шаров новыми.
Основные конструктивные, технологические и технико
эксплуатационные характеристики: расчет геометрических параметров шароструйного снаряда, разработка конструкции ЗУ, расчет технологических параметров пружины толкателя, профилирование кулачка, профилирование внутренней части кулачка.
Степень внедрения: неоднократно проводились разработки в конце девяностых годов, которые так и не позволили решить проблему
экономической целесообразности. Широкое применение в бурении не получил.
Область применения: шароструйное бурение скважин применимо, как в нефтяной промышленности ,так и в гражданской.
Экономическая эффективность/значимость работы: модернизация шароструйно-эжекторного бурового снаряда позволила сократить общее время бурения. Как следствие сократились: фонд оплаты труда, расходы материалов, амортизационные отчисления.
В будущем планируется реализация концепта и повсеместное применение шароструйного бурения скважин.
В мировой практике бурения скважин наблюдается тенденция к увеличению объема буровых скважин различного назначения в твердых и крепких породах.
Применение механического способа бурения в крепких и твердых горных породах оказалось недостаточно эффективным, несмотря на то, что постоянно совершенствуются долота.
В данный момент известно множество других способов разрушения горных пород помимо классического механического: гидравлические, термические, взрывоударные, электрические и комбинированные способы разрушения. На данном этапе развития техники не представляется возможным увеличение эффективности разрушения горных пород на забое при механическом способе бурения ввиду достаточно низкой износоустойчивости породоразрушающего инструмента и относительно малой мощности, подводимой к забою.
По результатам исследования профессора Спивака А.И. коэффициент передачи мощности на забой при механическом бурении составляет от 0,03 до 0,2. Анализ альтернативных способов бурения горных пород показал, что в ближайшие годы вряд ли осуществимо широкое применение лазера, плазмы, электронного луча, термоструй и взрыва. Тем не менее, многие исследователи считают, что возможно применение гидравлических и гидромеханических способов разрушения горных пород.
В настоящий момент гидравлический способ применяется в мягких и рыхлых породах. Использование этого способа для разрушения твердых и средней крепости горных пород потребует значительного увеличения гидравлической мощности на забое. Бурение твердых и прочных пород осуществляется гидромеханическим способом, при котором разрушение пород на забое происходит за счет энергии потока промывочной жидкости с содержанием абразивных частиц либо шаров с высокой кинетической энергией. В первые предложили способ шароструйного бурения американцы
Ф.Г Дэйли и Эскел И.Э., который оказался наиболее перспективным с практической точки значимости.
Ряд некоторых технологических и технических проблем, возникающих при реализации гидродинамического способа разрушения горных пород, может быть решен за счёт шароструйного способа бурения скважин, который заключается в разрушении горных пород ударами высокоскоростных шаров, непрерывно циркулирующих в призабойной зоне скважины.
Шароструйный способ бурения исследовали А.Н. Давиденко, О.Л. Дербенева, А.В. Дугарцыренов, Т.Н. Зубкова, А.А. Игнатов, В.П. Коротков, М.Н. Нурлыбаев, М.М. Майлибаев, А.Б. Уваков , Н.Т. Туякбаев, А.В. Штрассер, F.H. Бейу, 1.Е. Eckel, A.B. Hildebrandt, L.W. Ledgerwood, A.W. McCray, E.M. McNatt, J.E. Ortloff, G.H. Ramsey, M. Roth, P.S. Williams, У.Леджервуд и др. В ходе исследований Уваков А. Б. обнаружил возможность достижения высокой механической скорости бурения (до 20 м/час в крепких горных породах), а работа казахского ученого С.А. Заурбекова показала превышение механической скорости на 20% и проходки на долото на 43% относительно серийных долот при бурении пород средней твердости.
В Национальном исследовательском Томском политехническом университете на кафедре бурения разработали установку для абразивного бурения с применением долота гидромониторно-эжекционного типа, которую в дальнейшем преобразовали в установку для шароструйного бурения. В ее основу лег принцип разрушения горной породы посредством непрерывной циркуляции породоразрушающих частиц на забое, который осуществляется за счет струйного аппарата, приводимого в действие потоком промывочной жидкости.
В ходе лабораторных исследований были выявлены существующие проблемы шароструйного бурения и определены основные направления их решения. В частности, была поставлена задача по значительному сокращению времени на спускоподъемные операции при проведении полевых работ.
Резюмируя, в данный момент наиболее актуальна разработка новых технических средств и оптимальных геометрических параметров буровых снарядов.
Цель работы.
Основной целью работы является повышение эффективности шароструйного бурения в твердых и крепких горных породах за счет модернизации разработанного на кафедре бурения шароструйного снаряда, конструкция которого позволит осуществлять подпитку и замену изношенных шаров без подъема инструмента или разработку нового улавливающе- подпитывающего устройства.
Предметом данного исследования является эффективное улавливающе-подпитывающее устройство, способное снизить затраты времени на операции по замене изношенных шаров новыми в процессе шароструйного бурения скважин.
Задачи исследования.
Необходимые задачи для достижения цели:
• анализ тенденции развития шароструйного бурения скважин с целью выявления перспективности данного способа бурения;
• обзор и анализ имеющегося задела по разработке улавливающе- подпитывающего устройства;
• Анализ способов управления элементами забойного оборудования и последующей классификации данных способов;
• Разработка схем забойных щаропитателей и шароуловителей с дальнейшей их синхронизацией;
Методика исследований. Методы исследования, которые позволят решить поставленные задачи:
• Анализ существующих исследований с последующей систематизацией;
• творческое осмысление существующих схем улавливающе- подпитывающего устройства;
Основное содержание работы изложено в MS Word.
В данной работе произведен сбор и анализ литературных источников по тематике шароструйного бурения, а также разработана классификация способов воздействия на элементы забойного оборудования и конструкций забойных шароуловителей.