Дослідження енергоозброєності мобільних установок для буріння, ремонту і обслуговування свердловин
Усі названі в розділі 5 виробники (крім російських і одного спільного російсько-канадського підприємства) пропонують на ринок тільки лебідкові блоки мобільних установок - підйомний комплекс зі щоглою і приводом на транспортній базі, залишаючи на розсуд споживача вибір комплектуючих насосних блоків та циркуляційної системи, тому описане нижче дослідження стосується виключно названого комплекту. Метою описаного нижче дослідження ставиться з’ясування сучасного світового технічного рівня комплектних бурових установок за одиничним показником потужності привода підйомного комплексу та віднаходження оптимальних значень Nбл для установок усіх класів.
Енергоозброєність підйомного комплексу можна чисельно оцінити за потужністю на його вхідному валу Nбл, на підйомному гаку Nгабо на барабані бурової лебідки Nб. З перелічених величин перевагу надано першій, оскільки в США вона служить класифікаційним показником для бурових установок, її величини також регламентовані чинними в Україні і в Румунії стандартами [1, 2]. З двох показників: сумарної встановленої потужності двигунів привода підйомного комплексу і паспортної приводної потужності бурових лебідок до розгляду прийнято перший, оскільки він є ближчим до відповідного стандартного показника [2], до того ж число класів бурових лебідок в [10] не відповідає числу класів мобільних установок в [2]. Однотипність привода лебідкових блоків в усіх підданих аналізу моделях і модифікаціях установок (дизельгідравлічний привод з гідромеханічними передачами) створює можливість відмовитись від розгляду коефіцієнтів корисної дії кінематичних ланцюгів від вала двигуна до вхідного вала бурової лебідки.
За інших рівних умов та при відсутності обмежень, що більшою є споживана на підйом бурильної колони потужність, то меншими будуть витрати машинного часу на його реалізацію. Таким чином, потужність Nбл привода підйомного комплексу в непрямий спосіб визначає параметр продуктивності - числа піднятих свічок або метрів бурильної колони в одиницю часу. Наявність такого зв’язку дозволяє розглядати величину Nбл як одиничний показник технічного рівня підйомного комплексу зокрема, і бурової установки в цілому.
Однак такі чинники, як швидкість намотування талевого каната на барабан, інерційні навантаження підйомного комплексу та численні інші не дозволяють необмежено збільшувати споживану потужність. Технологічними, економічними, фізіологічними, міцностними та іншими обмеженнями встановлюється верхня межа чисельного значення параметра Nбл. Крім того, тривалість виконання переважаючої більшості технологічних операцій являє собою суму витрат машинного і машинно-ручного часу. Збільшення потужності Nбл дає корисний ефект у вигляді скорочення лише першого додатку.
Надлишкова потужність привода, при неможливості її використання із відповідним корисним ефектом, збільшує витрату паливо-мастильних матеріалів, масу, габарити і вартість бурової установки, погіршує її мобільність, підвищує експлуатаційні витрати. Дефіцит встановленої потужності знижує продуктивність праці бурових бригад на СПО, погіршує техніко-економічні показники бурових робіт і використання парку бурових установок. З наведених міркувань випливає висновок про існування оптимальної величини Nбл, очевидно, залежної від класу бурової установки. Критерієм оптимуму може слугувати мінімальна вартість кіловат-години виробленої приводом енергії, а також мінімальна частка витрат, пов’язаних із енергопостачанням та енергоспоживанням, в собівартості метра проходки. Збіг потужності Nбл з визначеним оптимумом в реальних установках являє собою випадкову подію з вельми малою імовірністю хоча б з тієї причини, що вона може мати лише такі чисельні значення, які є кратними одиничним потужностям двигунів Nод, що приймаються з дискретного стандартизованого ряду. Тим не менше можна вважати, що метою кожного проектувальника і виробника було створення найефективнішої серійної моделі установки в своєму класі із потужністю привода Nбл, яка максимально можливо наближається до оптимуму. Це дає підстави розглядати паспортні значення Nбл мобільних установок різних моделей одного класу з однотипним приводом, як реалізації випадкової величини, математичне очікування якої являє собою оптимум. Таке трактування проблеми дозволяє застосувати методи математичної статистики для пошуку оптимальних значень встановленої потужності привода підйомного комплексу у кожному класі установок.
Задачу визначення технічного рівня мобільних установок для буріння, ремонту і обслуговування свердловин за одиничним показником енергоозброєності розв’язано за викладеною в підрозділі 6.1 методикою, для чого за паспортними значеннями Ргдоп, Lум і Nбл обчислено питомі показники Nбл / Ргдоп і Nбл / Lум, з яких після попередньої перевірки на однорідність сформовано дві двомірні вибірки: (Nбл/Ргдоп, Ргдоп) і (Nбл /Lум, Lум) потужністю 113 і 75 елементів відповідно. Практично усі американські виробники мобільних установок пропонують варіантну комплектацію привода підйомного комплексу, варіанти різняться встановленою потужністю і моделями комплектуючих двигунів (в основному, дизельмоторами виробництва компаній Caterpillar i Detroit Diesel). Модифікації установок базової моделі з різними двигунами і гідромеханічними передачами розглянуто як окремі установки.
В результаті регресійного аналізу вихідної інформації одержано апроксимуючі рівняння вигляду Nбл / Ргдоп = f(Ргдоп) та Nбл / Lум = f(Lум), графіки яких подано на рис.А.2, А.3 (додаток А). Там же для порівняння наведено графічне представлення вимог стандарту [2]. Рисунки А.2, А.3 наочно свідчать про те, що нормативні вимоги стандарту [2] нижчі за середньостатистичний, тим більш - за сучасний світовий технічний рівень, встановлений з розгляду сукупності мобільних установок. Саме тому вимоги стандарту [2] не забезпечують проектування і виробництва конкурентоспроможних установок, їх не слід застосовувати.
Для зручності практичного застосування апроксимуючі рівняння перетворено до вигляду (6.5 - 6.8), в якому вони допускають безпосереднє обчислення величин Nбл за відомими значеннями параметрів призначення (Ргдоп, Lум (|Ргдоп| = кН; |Lум| = м;; |Nбл| = кВт):
Nбл = 0,41×Ргдоп - 42,6, (6.5)
Nбл = Lум (0,18 + 4,39×10-9×Lум2), (6.6)
Nбл = Ргдоп (0,51 - 1,77×10-12×Ргдоп3), (6.7)
Nбл = Lум (0,24 + 2,68×10-9×Lум2), (6.8)
Рівняння (6.5, 6.6) моделюють середньостатистичний, рівняння (6.7, 6.8) - сучасний світовий технічний рівень [9, 11].