Бұрғылау ұңғымаларының классификациясы
6
7
8
9
Аңдатпа
Бұл дипломдық жұмыста ұңғымаларды бұрғылау үрдісі қарастырылды,
бұрғылау үрдісінде қолданылатын бұрғылау қондырғысының, асинхронды
қозғалтқыштың және жиіліктік-реттелетін жетектің математикалық моделдері
құрылды. Бұрғылау үрдісінде қолданылатын бұрғылау қондырғысының,
асинхронды қозғалтқыштың және жиіліктік-реттелетін жетектің
математикалық моделдерін тұрғызу ортасы ретінде MATLAB бағдарламалық
пакетінің Simulink ортасы таңдалып алынды. Басқару жүйесін қоданудың
экономикалық тиімділігі есептелді. Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімінде
жұмысшы денсаулығына зардап келтіретін әсерлер және сол зардаптардың
алдын алу қарастырылды.
Аннотация
В этой дипломной работе проанализирован процесс бурения скважин,
разработана математическая модель буровой установки, асинхронного
двигателя и частотно-регулируемого привода используемого в процессе
бурения скважин. В качестве среды для создания математической модели
буровой установки, асинхронного двигателя и частотно-регулируемого
привода используемого в процессе бурения скважин выбрана среда Simulink
программного пакета MATLAB. Рассчитана экономическая эффективность
приминения системы управления. В разделе безопасности жизнедятельности
рассмотрены факторы угрожающие здоровью работника и их предотврщение.
10
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 9
1 БӨЛІМ. ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Бұрғылау үрдісінің сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 10
1.2 Бұрғылау ұңғымасы және оның элементтері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
1.3 Бұрғылау ұңғымаларының классификациясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 12
1.4 Бұрғылау үрдісінің негізгі техникалық-технологиялық түсініктері ... ... ... .. 13
1.5 Ұңғыма бұрғылау үрдісінің мәні және сұлбасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
1.6 Бұрғылау әдістерінің классификациясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19
1.7 Терең айналмалы бұрғылаудың мәні мен түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 20
1.8 Бұрғылау режимдерінің параметрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .22
1.9 Бұрғылау қондырғыларының электр жетегі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 23
1.10 Жиіліктік-реттелетін жетек ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25
1.11 Жиіліктік түрлендіргіштерді басқарудың түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 26
2 БӨЛІМ. АРНАЙЫ БӨЛІМ
2.1 Есептің қойылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27
2.2 Бұрғылау қондырғысының аналитикалық математикалық моделін
құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27
2.3 Бұрғылау қондырғысының математикалық моделін ЖРЖ-мен
MATLAB бағдарламалау пакетінде өңдеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 31
2.4 АБЖ салыстырмалы анализі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 34
2.5 Басқару критериі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 37
2.6 Басқару жүйесінің синтезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 37
3 БӨЛІМ. ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ
3.1 Ұңғыманы бұрғылау үшін технико-экономикалық негіздеме ... ... ... ... ... ... 41
3.2 Басқару жүйесін құруға кететін капиталды шығындар ... ... ... ... ... ... ... ... .. 41
3.2.1 Жұмысшылардың жалақысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 41
3.2.2 Аспаптар мен автоматтандыру құралдарын сатып алуға кететін
шығындар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 42
3.2.4 Эксплуатациондық шығындарын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 44
3.2.5 АБҚ-ны пайдалануға дейінгі эксплуатациялык шығындарды есептеу ... .. 44
3.2.6 АБҚ-ны пайдаланғаннан кейінгі эксплуатациялық шығындар ... ... ... ... ... 45
3.2.7 Жылдық экономия ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 46
3.2.8 Жылдық экономикалық тиімділік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
3.2.9 Өтеу мерзімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
4 БӨЛІМ. ӨМІРТІРШІЛІК ҚАУІПСІЗДІГІ
4.1 Өндірістік жарақаттанудың негізгі себептері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 47
4.2
Ұңғыманы бұрғылау кезінде жұмысшылардың қауіпсіздігін
ұйымдастыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 49
4.2.1 Еңбек шартының сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 49
4.2.1 Жарықпен қамтамасыз ету ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 50
4.2.2 Шу және діріл ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 51
11
4.2.3 Бұрғылаудағы қызметкерлер үшін қауіп көздері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 53
4.2.4 Электрқауіпсіздік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 54
4.2.5 Найзағайдан қорғану ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 55
4.2.6 Өрттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 55
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 59
Қысқартылған сөздер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 60
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 61
12
Кіріспе
Геологиялық барлаудағы бұрғылау үрдісіне көптеген факторлар әсер
етеді: жыныс қопарғыш құрылғының типі, ұңғыма құрылымы, жыныстардың
физика-механикалық қасиеттері. Ең негізгі факторлар болып бұрыштық
жылдамдық
, остік жүктеме , тазалау сұйықтығының көлемдік шығыны
болып табылады. Кірісте берілген
мәндеріне байланысты бұрғылау
үрдісінің сипаттайтын шығыс мәндері өзгереді. Егер ұңғыма құрылымы,
техникалық құралдар, жыныс қопарғыш құрылғының типі дұрыс таңдалды
деп есептесек, онда
өлшемдерінің мәндерін бұрғылау режимі оңтайлы,
яғни оптимальды болатындай орнату қажет. Осы мақсатқа жету жолында
туындайтын мәселелердің бірі - бұрғылау қондырғысының механизмдерінің
жетектерінің жылдамдығын бірқалыпты реттеу. Қазіргі уақытта геологиялық
барлаудағы бұрғылаудағы бұрғылау қондырғыларында реттелмейтін
электржетек (ЭЖ) қолданылады. Осыған орай бұрғылау үрдісін басқарудың
қалаған сапасына жету мүмкін болмай отыр.
Геологиялық барлаудағы ұңғымаларды бұрғылауда энергоүнемділікпен
байланысқан шығындар бөлігі жұмыстарды жалпы қаржыландыруының 50 %-
ына жетеді. Нарықтық қатынастар жағдайында материалды және энергиялық
ресурстарды рационалды қолдану өндіріс өнімділігін өсірудің негізгі бағыты
болып табылады. Электр энергиясының шығынының көп бөлігі реттелмейтін
ЭЖ-ке келіп тиеді. Бұрғылау үрдісінде реттелмейтін ЭЖ-ті қолдану
энергоүнемдеу мәселелерін шешуге мүмкіндік бермейді.
Осы мәселелердің шешімі болып бұрғылау механизмдерінің жетегі
ретінде бірқалыпты реттелетін ЭЖ-ті қолдану табылады. Қазіргі уақытта
перспективті болып айнымалы тоқты жиіліктік-реттелетін жетекті (ЖРЖ)
пайдалану табылады. Тұрақты тоқты жетектермен салыстырғандағы бұл
жетектердің артықшылықтары: эксплуатациялық шығындардың аздығы,
түрлендіргіштің қуат коэффициентінің мәнінің аздығы.
Сондықтан энергия шығынын төмендету мен бұрғылау құбырлары
колоннасындағы (БҚК) өтпелі үрдістердің сапасын көтеру үшін ЖРЖ қолдану
өзекті ғылыми тапсырма болып табылады.
13
1 Технологиялық бөлім
1.1 Бұрғылау үрдісінің сипаттамасы
Бұрғылау - тау жыныстарын бұзу арқылы қимасы дөңгелек болатын кен
қазбасын жасау үрдісі. Жер қыртысын геологиялық зерттеу, кен орындарын
іздеу және барлау, жер астынан қатты, сұйық және газ күйіндегі түрлі кен
байлықтарды алу, батпақты жерлерді құрғату, жер асты коммуникацияларын
жүргізу, т.б. көптеген жұмыстар бұрғылау арқылы іске асырылады. Ұңғыма
бұрғылау кезінде тау жыныстарын бұзып қопарудың қазір қолданылып
жүрген тәсілдері негізінен екі түрге бөлінеді. Оның біріншісі - бұрғылау
аспабының тікелей әсер етуі арқылы тау жыныстарын бұзып қопаратын
механикалық әдіс, ал екінші тәсіл бойынша тау жыныстары әр түрлі
физикалық ( термиялық , ультрадыбыстық, т.б.) әсерлер арқылы бұзылады.
Бұрғылаудың механикалық әдісі айналдыра бұрғылау және соққылап
бұрғылау болып екіге бөлінеді. Бұрғылау аспабының түріне (шнекті,
штангалы, алмасты, тісті доңғалақты, т.б.), бұрғылау машинасының түріне
( перфораторлы , пневмосоққылы , турбиналы, т.б.), сондай -ақ, ұңғыма қазудың
тәсіліне (көлбеу, тармақты, т.б.) қарай бұрғылау бірнеше түрге бөледі. Тау
жыныстарына физикалық әсер арқылы бұрғылау тәсілдерінің ішінде
термиялық бұрғылау кең тараған. Қопарып бұрғылау тәсілін өндіріске енгізу
қолға алына бастады. Бұрғылаудың техникалық жабдықтары негізінен
бұрғылау қондырғылары мен тау жынысын бұзып қопаратын аспаптардан
тұрады. Ал ұңғыма Бұрғылау жұмыстары кенжардағы тау жыныстарын
талқандау, бұзылған жыныстарды сыртқа шығару, орнықсыз (опырылмалы)
ұңғыма қабырғаларын бекіту сияқты үрдістерден құралады. Талқандалған тау
жыныстарын ұңғыма кенжарынан үздіксіз сыртқа шығарып тұрмаса бұрғылау
жылдамдығы бәсеңдеп, тіпті тоқтап қалуы да мүмкін. Сондықтан бұрғылау
кезінде бөлінетін ұнтақтардан тазалау үшін ұңғыманы сумен , балшық
ерітінділерімен үнемі жуып немесе сығылған ауамен үрлеп тұрады. Орнықсыз
жыныстарды бұрғылау кезінде ұңғыма қабырғасын опырылудан сақтау үшін
әр түрлі әдістер (арнаулы ерітінді, жылдам қатаятын қоспа , цемент)
қолданылады.
1.2 Бұрғылау ұңғымасы және оның элементтері
Бұрғылау ұңғымасы дегеніміз тереңдігімен салыстырғанда кіші
диаметрімен сипатталатын жер қыртысындағы цилиндрлік тау қазбасы.
Бұрғылау ұңғымасының негізгі элементтері (1.1-сурет):
Ұңғыма сағасы - бұрғылау ұңғымасымен жер бетінің, акватория түбінің
немесе жерасты бұрғылау кезінде тау қазбасы элементтерінің қиылысқан
жері.
Ұңғыма кенжары - бұрғылау үрдісі кезінде тереңделе беретін бұрғылау
ұңғымасының түбі; ол сақина тәрізді, кернді немесе тұтас бола алады.
14
Ұңғыма қабырғасы - бұрғылау ұңғымасының шеткі беті.
Ұңғыма ұңғысы - ұңғыма қабырғаларымен шектелген кеңістік.
Орнықсыз жыныстар кезінде ұңғыма қабырғалары айналдырыла
колонналармен қатырылады, сол кезі ұңғыма ұңғысы тарылады.
Ұңғыма осі - ұңғыма тереңдеген кезде орын ауыстыратын кенжар
ортысы нүктесінің геометриялық орны, яғни, бұрғылау үңғымасының
көлденең қиылыстарының орталарын қосатын ойдағы сызық.
Ұңғыма тереңдігі - ұңғыма осі арқылы ұңғыма сағасы мен кенжары
арасындағы қашықтық.
Ұңғыма диаметрі - жыныс қопарғыш құрылғының номинальды
диаметріне тең шартты диаметр. Ұңғыманың нақты диаметрі жыныс
қопарғыш құрылғының номинальды диаметрінен үлкен болады.
1 - ұңғыма сағасы; 2 - құбырлармен отырғызылған ұңғыма ұңғысы; 3 -
айналдырылған колонналар; 4 - ұңғыма осі; 5 - құбырлармен отырғызылмаған
ұңғыма ұңғысы; 6 - сақиналы кенжар; 7 - керн; 8 - тұтас кенжар; 9 - ұңғыма
қабырғалары; D1 , D2 , D3 - әр түрлі аралықтардағы ұңғыма ұңғысының
диаметрлері; d1н , d1в , d1н , d 2в - айналдырылған колонналардың диаметрлері,
15
сәйкесінше сыртқы және ішкі; d к - керн диаметрі; L1 , L2 - құбырлармен
қатырылған ұңғыма аралықтарының тереңдігі; L3 - ұңғыма тереңдігі.
1.1 сурет - Бұрғылау ұңғымасының элементтері.
Ұңғыма ұңғысының құбарлармен қатырылған және құбырлармен
қатырылмаған түрлері болады.
Әр қатырған сайын ұңғыманың келесі диаметрі кішірейе береді.
Әр айналдырылған колонна ұңғыма сағасынан шығып тұрады. Қажет
болған жағдайда ұңғыма қабырғалары мен отырғызылған құбырлардың
арасындағы кеңістік цементті ерітіндімен толтырылады.
1.3 Бұрғылау ұңғымаларының классификациясы
Аймақтық зерттеу, іздеу, барлау және кен орындарын жасау мақсатында
бұрғыланатын барлық ұңғымалар келесі санаттар мен топтарға жіктеледі.
Геологиялық барлау ұңғымаларын тіректі, параметрлік, құрылымдық-
карталайтын, іздеу және барлау деп бөледі.
Тіректі ұңғымаларды ірі геоқұрылымдық элементтердің (аймақтардың)
геологиялық түзілуін және гидрогеологиялық шарттарын танып-білу үшін,
геологиялық барлау жұмыстардың перспективалық бағытын анықтау үшін
бұрғылайды.
Параметрлік ұңғымаларды жыныстардың табиғи орындарының
геофизикалық қасиеттерінің параметрлерін және температурасын өлшеу үшін,
геологиялық іздеу жұмыстарын танып-білуге және оның перспективалық
аудандарын табу үшін бұрғылайды.
Құрылымдық-карталайтын ұңғымаларды бурят для выявления и
изучения геологических структур, элементов залегания пластов пород, для
контроля и уточнения данных геологической и геофизической съемок.
Іздеу ұңғымаларын
пайдалы қазбалардың жаңа кен орындарын ашу
үшін бұрғылайды.
Барлау ұңғымаларын пайдалы қазбалардың қорын анықтау және
контурлау үшін, таулы техникалық жағдайларды белгілеу үшін және оны
пайдаланудың әдісін таңдау үшін бұрғылайды.
Пайдалану ұңғымаларын мұнай мен газды, жерасты суларды, бром, йод,
басқа да құрамды тұзы бар тұздықтарды шығару үшін; көмірлерді жерасты
газдандыру үшін, күкірт пен озокерит қорыту үшін, темірді, марганецті,
фосфоритті, мысты және уран тұздарын сілтілендіру үшін, сынапты
айналдыру үшін, күкіртті жерастында жағу үшін, көмірлер мен фосфаттарды
ұңғымалық гидрошығару үшін; жер қойнауында жылуды пайдалану үшін
бұрғылайды.
Шығарылатын пайдалы қазбаға байланысты пайдалану
ұңғымалары мұнай, газ, гидрогеологиялық, геотехнологиялық, гидротермалық
болып жіктеледі.
16
Техникалық ұңғымаларды әр түрлі инженерлік тапсармаларды орындау
үшін бұрғылайды.
1.4
Бұрғылау
үрдісінің
негізгі
техникалық-технологиялық
түсініктері
Бұрғылау құралы туралы түсінік. Ұңғымаларды бұрғылауға арналған
құрал бұрғы деп аталады. Бұрғылау құралы пайдалануына байланысты
технологиялық, көмекші, апаттық және арнайы болып бөлінеді.
Технологиялық құралды тікелей ұңғымаларды бұрғылау кезінде қолданады:
жыныс қопарғыш құрал (қаптама, қашау, кеңейткіштер), колонкалық
құбырлар және бірігулер, ауырлатылған бұрғылау құбырлары (АБҚ),
желонкалар, соғу штангасы, шнектер, жетекші бұрғылау құбарлары. Белгілі
бір ретпен жалғанған технологиялық құралдардың жиынтығы бұрғылау
снаряды деп аталады. Бұрғылау әдісіне байланысты колонкалы, соғу,
дірілдету және басқа да бұрғылау снарядтары болады. Мысалы, колонкалы
бұрғылау кезінде бұрғылау снарядының құрамына колонкалы жиынтық,
бұрғылау колоннасы, жетекші құбыр кіреді.
Көмекші құрал ұңғыманың қабырғаларын қатыруға және технологиялық
құралдға қызмет көрсетуге арналған. Көмекші құралға отырғызу құбырлары
мен бірігулер, қамыттар, элеватор кілттер, астына салатын шанышқы және т.б.
жатады.
Апаттық құрал ұңғымалардағы апаттарды жою үшін арналған. Апаттық
құралға әр түрлі ұстағыш құралдар (таңбалауыш, қоңыраулар және т.с.с.),
кескіш құралдар (құбыркескіштер, фрезалар және т.с.с.), күштік құралдар
(қағатын балғалар, вибраторлар және т.с.с.) және т.б.
Арнайы құрал ұңғымалардағы майысуларды жөндеумен, берілген
бағытта бұрғылаумен және т.с.с. жұмыстармен байланысты арнайы
жұмыстарды орындауға арналған.
Бұрғалау қондырғысы -
ұңғыманы бұрғылауға арналған құрал -
жабдықтар кешені. Ол бұрғылау тәсіліне қарай: айналмалы бұрғылау
қондырғысы (көп тараған түрі) және соққылы бұрғылау қондырғысы болып
екіге бөлінеді. Айналмалы бұрғылау қондырғысының
құрамына бұрғылау мұнарасы, күштік жетек, түсіріп -көтеру операцияларын
механикаландыруға арналған құрал - жабдықтар, бұрғылау сорғылары,
шайғыш ерітіндіні дайындауға, тазалауға және оны өңдеп қайта қолдануға
арналған құрал- жабдықтар, т.б. енеді. Бұрғылау қондырғысы мұнай, газ және
терең геологиялық барлау ұңғымаларын бұрғылауға арналған тұрақты
бұрғылау қондырғысы, көбіне геологиялық барлау жұмыстарында, су
астындағы бұрғылауда және құрылыс жұмыстарында қолданылатын
жылжымалы бұрғылау қондырғысы, негізінен қопарылыс ұңғымаларын
бұрғылауға арналған (жабдықтары шынжыр табанды не доңғалақты
сүйреткіштерге , автомобильге , тракторға , катерге, т.б. орнатылған), өздігінен
17
жүретін бұрғылау қондырғысы және жетуі қиын жерлерде бұрғылау
жұмыстарын жүргізуге арналған тасымалды бұрғылау қондырғысы болып
ажыратылады. Тау- кең ісінде бұрғылау қондырғысы бұрғылау станоктары деп
аталынады.
1 - бұрғылау ерітіндісін өлшегіш; 2 - вибротор; 3 - сору сызығы
(бұрғылау насостарының); 4 - бұрғылау насосы; 5 - қозғалтқыш; 6 - дірілдеу
шлангы; 7 - жүкарба; 8 - қысым құбыры; 9 - АБҚ шлангы; 10 - гузнек; 11 -
көтеру богы; 12 - бұрғылау сызығы; 13 - кронблок; 14 - мұнара; 15 - мұнара
тақтасы; 16 - тіреуіш (бұрғылау құбырларының); 17 - баған құбырлары
(еден); 18 - айналдырғыш; 19 - АБҚ жетегі; 20 - айналдырғыш үстел; 21 -
бұрғылау аймағы; 22 - шұңғымасы бар келте құбыр; 23 - лақтыруға қарсы
құрылғы сақиналы; 24 - лақтыруға қарсы құрылғы құбырлы; 25 - бұрғылау
колоннасы; 26 - бұрғы; 27 - отырғызу басы; 28 - құбырөткізгіш.
1.2 сурет - Бұрғылау қондырғысының құрылысы
Бұрғылау режимінің параметрі - бұл ұңғыманы тереңдету үрдісі кезінде
бұрғылаушымен немесе автоматпен берілетін, өлшенетін және ұсталып
18
отыратын бұрғылау көрсеткіштеріне әсер ететін фактор. Негізгі параметрлерге
келесілер жатады: а) айналдыра бұрғылау кезінде: жыныс қопарғыш
құрылғыға остік жүктеме; бұрғылау снарядының айналу жиілігі; тазалау
агентінің шығыны; б) соққылап бұрғылау кезінде: соққылау снарядының
салмағы; тастау биіктігі; соққылау жиілігі және т.с.с.
Басқару жүйесі
Жүктеме
датчигі
Бұрғылау мұнарасы
Тальдік блок
Ротор
Бұрғылау колоннасы
Кенжар қозғалтқыш
Қашау
Кенжар
Тиристорлы
түрлендіргіш
Көтеру
механизмінің
электрқозғалтқышы
Жүкарба
Ротор
электрқозғалтқышы
Тазалау сұйықтығы
насосының
электрқозғалтқышы
Тазалау
сұйықтығы
бағанасы
Дизель
Генератор
Тиристорлы
түрлендіргіш
Тиристорлы
түрлендіргіш
Тазалау
сұйықтығын
жіберу насосы
1.3 сурет - Бұрғылау қондырғысының құрылымдық
блок-сұлбасы
Жыныс қопарғыш құрылғының жұмысын сипаттайтын (бұрғылау
жылдамдығы) бұрғылау режимінің параметрлерінің жиынтығы бұрғылаудың
технологиялық режимі деп аталады. Бұрғылаудың технологиялық режимі тау
жыныстарының физика-механикалық қасиеттеріне, ұңғыма тереңдігіне,
жыныс қопарғыш құрылғының түріне және жабдықтың техникалық
мүмкіндіктеріне байланысты таңдалады.
Бұрғылаудың технологиялық режимдерінің келесі түрлері белгілі:
оптимальды, рационалды және арнайы.
Бұрғылаудың оптимальды режимі бұрғылаудың ең жақсы техника-
экономикалық көрсеткіштерін алуды қамтамасыз етеді.
Бұрғылаудың рационалды режимі бұрғылау қондырғысы мен
құралының техникалық мүмкіндіктерін есепке ала отырып орнатылады.
Мысалы, монолитті қатты жыныстарда қаныққан алмас қаптамамен
бұрғылауды жоғары айналу жиілігімен (700 - 1000 айнмин) орындау керек,
бірақ қолданылып отырған бұрғылау станогы мұндай жылдамдыққа ие емес
19
немесе бұрғылау колоннасы үзіліп кетуі мүмкін, соған орай осыны емепке ала
отырып қаптаманың мүмкіндігінен төмен рационалды айналу жиілігін орнату
қажет.
Бұрғылаудың арнайы режимі бұрғылаудың берілген сапалы
көрсеткіштерін алу үшін және арнайы тапсырмаларды орындау үшін
қолданылады. Бұл режим кезіндегі параметрлердің мәндері оптимальды
режим міндерінен айырмашылығы болады. Мысалы, арнайы режим
механикалық ықпалдар мен тазалау сұйықтығының ағыны әсерінен
қопарылған пайдалы қазбада бұрғылау кезінде орнатылады. Бұл ретте
снарядтың айналу жиілігі мен тазалау сұйықтығының шығыны азаяды.
Алмас қаптаманың қосымша жұмысы остік жүктеме мен айналу жиілігі
оптимальды және рационалды режимдерден төмен арнайы режимде
жүргізіледі.
Бұрғылау жылдамдығы. Технологиялық режимдер бұрғылау
көрсеткіштеріне ықпалын тигізеді. Ол көрсеткіштерге ұңғыманың
құрылысының көлемдік және сапалық параметрлері, бұрғыланған ұңғыманың
1 метрінің бағасы, керн шығуының пайызы, ұңғыма бағыты және басқалар
жатады.
Ұңғыма құрылысы кезінде жекелеген үрдістерін орындау белгілі бір
бұрғылау жылдамдығымен (механикалық, рейстік, техникалық,
коммерциялық және циклдік) сипатталады.
Механикалық бұрғылау жылдамдығы - таза бұрғылаудың уақыт
бірлігінде ұңғыманың тереңдетілу көлемі және
м
l
t б
(мсағ),
формуласымен анықталады.
Мұндағы l - таза бұрғылаудың уақыт бірлігінде ұңғыманың тереңдетілу
көлемі, м;
tб - таза бұрғылау уақыты, сағ.
Таза бұрғылау сөзі астарында кенжардағы жыныстардың қопарылу
уақыты түсіндіріледі.
Тәжірибеде анықталу моментіне байланысты бастапқы, шектік, орташа,
ең үлкен механикалық жылдамдыққа жіктейді.
Механикалық бұрғылау жылдамдығы - бұрғылау әдісінің тиімділігін,
қолданылып отырған жыныс қопарғыш құрылғының сапасын, оларды
пайдалану режимдерінің рационалдығын, қолданылып отырған бұрғылау
технологиясының мүлтіксіздігін және т.б. көрсететін негізгі көрсеткіш.
Рейстік бұрғылау жылдамдығы - рейс ұзақтығының уақыт бірлігіне
ұңғыманың тереңдетілу көлемі және
р
lр
tб tсп
(мсағ)
20
формуласымен анықталады.
Мұндағы,
lр - рейс кезінде ұңғыманың тереңдетілу көлемі;
tсп - түсіріп-көтеру
орындалуға кететін уақыт, сағ.
және
көмекші
үрдістер
Рейс деп бұрғылау снарядын түсіру мен көтеру, таза бұрғылау, кернді
шығару, жыныс қопарғыш құрылғыны ауыстыру және т.б. жұмыстар кешенін
айтады.
Рейстік жылдамдық механикалық жылдамдық пен ұңғыма тереңдігінен
тәуелді және жыныс қопарғыш құрылғылардың тозуға тұрақтылығын,
бұрғылау снарядының мүлтіксіздігін, оған қоса рейс кезінде түсіру-көтеру
және көмекші үрдістерді орындауды механикаландыру мен автоматтандыру
дәрежесін қосымша сипаттайды.
Техникалық бұрғылау жылдамдығы
таза бұрғылауға, көмекші
үрдістерге, қатыруға және цементтеуге, зерттеудің барлық түрлеріне,
жоспарлы-ескерту жөндеулерге және т.б. кеткен уақыт бірлігінде бір
бригадамен бұрғыланған бұрғылау көлемімен анықталады.
т
L
(Tсп Tб Tд ) : M
(мст.-ай),
мұндағы
L - 1 айдағы бұрғылау көлемі, м;
Tб , Tсп и Tд - сәйкесінше 1 айда таза бұрғылау, көмекші
үрдістер, қатыру және цементтеу, зерттеудің барлық түрлері,
жоспарлы-ескерту жөндеулер және т.б. қосымша шығындар, сағ;
М - ай ұзақтығы, сағ (М = 720 или 744 сағ қолданылады).
Техникалық жылдамдық механикалық жылдамдық пен рейстік
жылдамдықтан тәуелді және ұңғымалардың құрылысымен байланысты
(қатыру, цементтеу, гидрогеологиялық және геофизикалық зерттеулер және
т.с.с.) барлық қосымша өндірістік жұмыстардың тиімділігін қосымша
көрсетеді.
Коммерциялық бұрғылау жылдамдығы өндірістік емес шығындармен
(тұрып қалу, қиындықтар, апаттар) қоса бұрғылау көлемімен анықталады.
к
L
(Tб Tсп Tд Tн ) : M
(мст.-ай.),
мұндағы Tн - 1 айдағы өндірістік емес шығындар уақыты, сағ.
21
Циклдік бұрғылау жылдамдығы ұңғыманы жоюға дейінгі бұрғылау
жабдығын тасымалдауға 1 айда кеткен уақыттың ұңғыма тереңдігіне
қатынасынан анықталады.
ц
H
Tобщ
(мст.-ай.),
мұндағы Н - ұңғыма тереңдігі, м;
Tобщ
-
ұңғыма құрылысына
кеткен
жалпы
уақыт
(тасымалдаудан жоюға дейін), ст.-ай.
Циклдік бұрғылау жылдамдығы қолданылып отырған техникалық
құралдардың, бұрғылау технологиясының, ұңғыманың құрылысы кезінде
жұмыстың ұйымдастырылуының, оны жоюдың және оны пайдалануға берудің
деңгейін сипаттайды.
1.5 Ұңғыма бұрғылау үрдісінің мәні және сұлбасы
"Бұрғылау" және "ұңғыманың құрылымы" ұғымдары ажыратылады.
Бұрғылау нәтижесiнде бұрғылау ұңғымасы құрылатын келесi операциялардың
кешенi орындалады:
1.
2.
3.
Кенжардағы тау жынысының бұзуы.
Бетке кенжардан (шлам) қираған жынысты алып тастау.
Тұрақсыз (құлайтын) жыныстарда ұңғыманың қабырғаларды
бекiтуі .
Жынысты механикалық, электрлік, жару арқылы, химиялық және тағы
басқа тәсiлдермен бұзуға болады. Әдетте механикалық тәсiлi бар әр түрлi кен
бұзатын аспаптармен бұрғылайды. Кен бұзатын аспап бұл әсермен статикалық
және динамикалық жүктеме жынысты қопарып, жаншып тастап, сойып,
жарып, ұсақтап, үккiштен өткізiп, сығылысады. Жыныстың қиратуы барлық
кенжар бойымен бола алады немесе керн жыныстың бұзылмаған бағанасының
бөлігі бар сақинасы бойымен, 1 суретте көрсетiлгендей.
Қираған жыныстың бөлшектерiн алып тастауының келесi тәсiлдерi бар:
гидравликалық, қирату өнiмдерiнде жуу сұйықтығының ағысымен
шығарады (мұнайдың негiзi, полимерлерге су, саз ерiтiндi, арнаулы жуу
сұйықтықтары тағы басқалар);
пневматикалық, сығымдалған ауаның ағыны немесе газдарды қирату
өнiмдерiнде шығарады;
механикалық, бұрғылау тәсiлiмен анықталатын (бұрғылау стақан,
жалпағынан немесе спираль бұрғысы, шнек, желон) бұрғылау немесе арнаулы
аспаппен жүзеге асырылады;
комбинациялы, екi немесе үш аталған жоғары тәсiлдермен бiр
мезгiлде немесе дәйектi түрде пайдаланады.
22
Ұңғыманың қабырғалары тұрақсыз жыныстарда тереңдету процесiнде
тұтастырғыш жуу сұйықтықтарымен өте жиi бекiтедi (сазды және
полимерлiк), сонымен бiрге цементпен, синтетикалық шайырлармен,
қатырумен және басқа. Ұңғыманы бекiту үшiн ұзақ уақыттан астам негiзгiге
болат қаптама құбырлар қолданады, бiрақ түтiгi тот баспайтын болат, шойын,
пластмассалар және басқа материалдар пайдалана алады.
Ұңғыманың құрылымымен кешендерi оның жұмыс бойымен әзiрленуi
орындалады, бұрғылау және тұрақты күйде сүйемелдеуге, оның пайдалануына
зерттеулер қажеттi, жою немесе оны пайдалануға өткiзуге.
Ұңғыманың құрылымы бұрғылаудан басқа жұмыстардың келесi өңдерiн
орындауды ескередi: бұрғылау қондырғысын монтаждау; сынақ және
ұңғымада зерттеу - шеген; қисаюдың өлшемi және сұйық деңгейi, судан
сынама алу, тартып шығару көмегімен дебитті анықтауы және т.б .;
бытыратудың мақсатымен ұңғыманың тығындауы және оқшаулау сулы және
сорып алатын қатпарлар; сүзгiнiң қондыруы және гидрогеологиялық
ұңғымалықта сутартқыш; ескерту және ұңғымалардағы апаттарды жою
(таратушы тығындау); бұрғылау қондырғыны сұрыптауы және топырақты
қайта өңдеуге арналған жұмыстар. Атап өтiлген жұмыс түрлер ін шегендік,
монтаждық, гидрогеологиялық бұрғылаулармен және басқа бригадалармен
орындайды.
1.6 Бұрғылау әдістерінің классификациясы
Ұңғыманы бұрғылау әдістері тау жыныстарын қопарудың физикалық
табиғатына қарай ажыратылады: механикалық, физикалық және химиялық.
Негізінен механикалық бұрғылау қолданылады. Ол өзінің әсер етуіне
байланысты айналмалы, соққылы және соққылы-айналмалы болып бөлінеді.
Ең көп тарағаны айналмалы бұрғылау. Бұл кезде жыныс қопарғыш
құрылғы бұрғылау құбырларының колоннасы арқылы немесе кенжар
қозғалтқышы (гидравликалық немесе электрлік) арқылы айналымды арнайы
механизмнен - айналдыру шпинделінен немесе ротордан алады. Осыған
байланысты шпинделдік, роторлы және кенжар қозғалтқышымен бұрғылау
ажыратылады.
Көрсетілген әдістермен бұғылау кезінде кез-келген қаттылықты
жыныстарды кенжардың бүкіл ауданымен немесе ұңғыманың ортасында
сақина арқылы бұзылмаған жыныстарды (керн) түзіп қопаруға болады.
Кернсіз деп аталатын бірінші әдісті пайдалану ұңғымалары мен техникалық
ұңғымаларда кеңінен қолданады. Екінші әдіс колонкалы деп аталады және
пайдалы қазбалардың кен орындарын іздегенде және тапқанда қолданылады.
Жұмсақ жынысты терең емес ұңғымаларды бұрғылағанда шнекті
айналмалы және ақырын айналмалы бұрғылау қолданылады. Бұл кезде
бұрғылау қасықтары мен спиральды бұрғылар пайдаланылады.
23
Соққылап бұрғылауды шашыранды кен орындарын, гидрогеологиялық
және диаметрі үлкен басқа да түрлі мақсаттарға бағытталған техникалық
ұңғымаларды бұрғылағанда қолданады (қатты жыныстарда оның өнімділігі
төмен). Бұл әдіс кезінде ауыр соққылау снаряды білгілі бір биіктікке
көтеріліп, жерге қайта тасталынады. Сондай жыныстарды соғып қопарады. Әр
соққыдан кейін арқанның бұрылуы себебінен снаряд белгілі бір бұрышқа
бұрылады. Қопарылған жер қыртыстары арнайы тазалағыш желонмен
тазаланады.
1.7 Терең айналмалы бұрғылаудың мәні мен түрлері
Кернді теріп алуы жоқ айналмалы бұрғылау мұнай жіне газ кен
орындарын барлай мен пайдаланудың негізгі құралы болып табылады. Бұдан
басқа ол су тоғындары, жарылыс, гидротермалық және басқа да ұңғымаларды
бұрғылағанда, шахталардың ұңғысын бұрғылағанда қолданылады. Жоғарыда
айтылғандарды есепке ала отырып терең айналмалы бұрғылау туралы
баяндаймыз.
Терең ұңғымаларды тек айналмалы әдіспен бұрғылайды және ол
роторлы, турбиналы, электрбұрғылы болып бөлінеді.
Роторлы бұрғылау кезінде бұрғылау снарядын жер бетінде ұңғыма
сағаснда орнатылған ротормен айналдырады.
Турбиналы бұрғылау кезінде жыныс қопарғыш құрылғы турбобұрғымен
айналады. Турбобұрғыны бұрғылау құбырларының колоннасындағы
қашаумен бірге ұңғыма кенжарына түсіреді. Турбобұрғы дегеніміз тазалағыш
сұйықтықтың ағынынан жұмыс істейтін көпсатылы гидравликалық турбина.
Бұл кезі бұрғылау құбырларының колоннасы айналмайды, қозғалмайтын
ротор реактивті моментке ие болады.
24
1.4 сурет
-
Ұңғымаларды
механикалық
бұрғылау
әдістерінің
классификациясы
25
Электрбұрғымен бұрғылау кезінде жыныс қопарғыш құрылғы майға
толтырылған кенжарлы айнмалы ток электрқозғалтқышымен айналады.
Электрқозғалтқыш кіші диаметрге және айтарлықтай ұзындыққа ие. Бұл кезі
бұрғылау құбырларының колоннасы қозғалмайды. Осыған орай колоннадағы
айналу моменті лезде азаяды, құбырлардың майысуы болмайды және түгелдей
дерлік динамикалық жүктемелер алынып тасталады. Бұрғылау колоннасы
қолайлы жүктемелерде жұмыс істегендіктен құбырлардың беріктігі
жоғарылайды. Электрқозғалтқышқа электр энергиясы бұрғылау құбырларына
біріктірілген кабель бөліктерімен жеткізіледі. Бұрғылау құбырын бұрап
алғаннан кейін кабель бөліктері автоматты түрде жалғанады. Тазалау
сұйықтығы кенжарға құбырлардың ішкі қабырғалары мен кабельдер
арасындаға саңылаулармен жеткізіледі.
Роторлы және турбиналы бұрғылау кезінде геологиялық тілікті
нақтылау керек. Бұл кезі колонкалы қашаулармен немесе турбоқашаулармен
кернді алуымен бұрғылау қолданылады.
Роторлы бұрғылау және электрбұрғымен бұрғылау жуылу мен үрлеу
арқылы жүргізілуі мүмкін.
Айналмалы бұрғылау кезінде тереңдік 10 км-ге дейін жетеді. Осы
әдіспен тереңдігі 15 км болатын ұңғымаларды бұрғылау жобалануды.
Ұңғыманың диаметрлері 76 км-ден 590 км-ге дейін бола алады.
Терең айналмалы бұрғылаудың барлық түрлерінде бірдей өте күрделі
бұрғылау қондырғылары қолданылады. Олардың қуаты 4000 кВт-қа, ал
салмағы 1000 т-ға жетеді.
Керн теріп алуы жоқ айналмалы бұрғылау жыныстың қатылығы I
дәрежеден XII дәрежеге дейін болғанды жүзеге асырылады. Бұл кезі
ұңғыманы тереңдетудің салыстырмалы жылдамдығы жоғары болады. Жұмсақ
жыныстарда механикалық бұрғылау жылдамдығы 100 мсағ-қа дейін жетуі
мүмкін, ал коммерциялығы 6 - 9 мың мст.-айға жетеді. Жоғары тереңдіктегі
қатты жыныстарда механикалық бұрғылау жылдамдығы 1мсағ-қа шейін
азаяды, ал коммерциялығы 200 - 300 мст.-айға шейін азаяды.
Қазақстанда ұңғымалардың жалпы көлемінің 76 %-ға
жуығын
турбиналы әдіспен, 22,5 %-ын роторлы әдіспен және 1,5 %-ын
электрбұрғымен бұрғылау әдісімен бұрғылайды.
1.8 Бұрғылау режимдерінің параметрлері
Бұрғылау режимдеріне деген қызуғышылық айналмалы бұрғылау көшкен
кезде, яғни 20 ғасырдың басында пайд болды.
Бұрғылау процесін оңтайландыру долоталарды беріктілерімен тау
жыныстарын бұза алатуына негізделген бұрғылау процесінің модельдерін
жасауға алып келді.
Алғашқы бұрғылау процесінің модельдері елімізде В.С. Федоровпен
енгізілген. Ол бойынша механикалық бұрғылау жылдамдығының V-ның G
26
долотаға жүктемесі және n айналу жиілігіне тәуелділігі
V =a n x G y
Л.И. Штурмана пайымдауы бойынша турбиналық бұрғылаудың
каширлық түрі x = 0,7; y = 1,1; а = 0,0024.
Жоғарда көрсетілген талдаудан жалпыға мойындалған бұрғылау
процесінің моделі жоқ. Механикалық бұрғылау жылдамдығының долотаға
жүктемесі және n айналу жиілігіне тәуелділігінің 16 формуласы көрсетілген.
Оның ішінде В.С. Федоров (Л.И. Штурман және Р.А. Бадалов нұсқасы).
Модельдің нұсқасын В.К. Маурер, Ван-Линген, А. Вудс,
Эккель,
Кэннон и Бингстейндермен бірге, және Вардрук и Кэннон. Өз нұсқаларын
Кэтлин, Мюррей, Каннингхем, Брентли и Я.А. Гельфгат ұсынды. Д.С.
Роули, Р.Дж. Хоу и Ф.Х. Дилли бірігіп модель істесе, Симон и А.А.
Погарский өздері істеді. Р.М. Эйгелес д и с к р е т т і к з а б о й а у ы с у л а р ы н а
15 м о д е л ь і с т е д і.
3 - 18 оборотов долота [19].
Параметрлерін өлшеуге мүмкіндік әрі оны басқару жағынан ең қызықты
модельдері V =a n x G y болып табылады. Олар бұрғылаудығ басында
орнатылып, форс-мажорлық жағдайда қысқа уақыттың ішінде бұрғылауды
тоқтатпай және автоматтық режимде жұмыс істей алады. Әрбір белгілі бір
уақыт бұрғылау мөлшерінде t -- 0 секілді модель долотының моделімен тау
жыныстарынан өтетін физика-механикалық ерекшеліктерінен, шәйатын
сұйықтық пен гидравликалық бағдарламаларға тек қана тәуелді емес. Тағыда
бір тәуелділік ұңғыма өзегі мен бұрғы аспаптарының композициясына
байланысты. Ағымдық модельмен оның өзгерулерін шынайы түрде болып
жатқан процестің жекелеген тетіктерін түсіну қажет. Тау жыныстарын
бұзғаннан бастап ұңғыма қабырғаларының бұрғы аспаптарымен бірігіп жұмыс
істеуін түсінуге жатады.
Бұдан түсінетініміз: модель жекелеген параметрлердің бұрғылау
процесінің эффективтілігіне әсер етеді. Айналу жиілігі долотаға түсетін
жүктеменің уақыт өзгере беріктігін өзгеретінің дәлелдейді.
Шәйатын сұйықтықтың шығыны және қысымы, бұзудың дұрыс жүргізу
дәрежесіне, әсіресе сұйықтық бұрғылау қабырғаларына әрі бұзу қысымының
тұрақтандырады. Солай жасау арқылы тау жыныстарын бұзудың
эффективтілігін жоғарлатумен қатар жыныстарды шығарады. Долотаға
жасалатын жүктеме тау жыныстарын бұзуға тікелей әсер етеді.
1.9 Бұрғылау қондырғыларының электр жетегі
27
Электржетек (ЭЖ) - түрлендіргіш, электрқозғалтқыш, беріліс және
басқару құрылғыларынан тұратын жұмыс үрдістерін автоматтандыруға
арналған электр механикалық құрылғы.
Басты бұрғылау механизмдерінің бөлек жетектері үшін
электрқозғалтқыштарын қолдану ауыр және үлкен трансмиссияларды
пайдаланудан босатады. Оған қоса дизельді жетекке қарағанда ЭЖ төзімді
болып келеді. Осы себептерге байланысты электрлік бұрғылау
қондырғыларының саны өсуде және соңғы жылдары бұрғылау
қондырғыларының 70 %-ын құрайды.
Ұзақ жылдар бойы бұрғылау қондырғыларында асинхронды қозғалтқыш
(АҚ) қолданылатын қарапайым реттелмейтін ЭЖ пайдаланылып келді. Ол
дөрекі механикалық сипаттамаларға ие. Жүктеме моменті өскен сайын
жылдамдық азайып отырады. Бұл электрқозғалтқыштар үлкен жіберу
тоқтарына, шығынды жүктеме моментіне ие.
Реттелмейтін ЭЖ-терінде электрқозғалтқыштың механикалық
сипаттамалар жетектің сипаттамалары болып табылады.
Реттелетін ЭЖ бұрғылау механизмдердің қуатын түгелдей қолдануға
және бұрғылаудың оптималды режимініске асыруды жүзеге асырады. Осы
кезде апаттылық азаяды, бұрғылау көрсеткіштері өседі. Осыған орай жоғары
техника-экономикалық эффект қамтамасыз етіледі.
Реттелетін ЭЖ-і бар электрлік бұрғылау қондырғысының типтік
құрастыру сұлбасы 1.5 суретте көрсетілген.
1 - бұрғылау насосының электрқозғалтқышы; 2 - бұрғылау насосына
жіберу; 3 - бұрғылау насосы; 4 - жүкарба жетегінің жіберуін ауыстыру
қорабы; 5 - жүкарба барабаны; 6 - бұрғылау роторы; 7 - ротордың
электрқозғалтқышы; 7а - жетек білігі; 8 - көмекші тежеуіш; 9 - жүкарба
электрқозғалтқышы; 10 - қашауға жіберу ретеуіші.
1.5 сурет - Реттелетін ЭЖ-і бар электрлік бұрғылау қондырғысының
құрастыру сұлбасы
28
1.10 Жиіліктік-реттелетін жетек
Жиіліктік-реттелетін жетек (ЖРЖ) - асинхронды (немесе синхронды)
электрқозғалтқыштың роторының айналу жиілігін басқару жүйесі. Ол өзінің
электрқозғалтқышынан және жиiлiктік түрлендiргiштен тұрады.
Қозғалтқыштың
фазаларының гармониялық токтерi скалярлық
басқаруда қалыптасады. Басқару әдiсi векторлық басқару iлеспе және
асинхронды қозғалтқыш, фазалардың қалыптастыратын (кернеу) гармониялық
токтары ғана емес, (қозғалтқыштың бiлiгiнде сәтпен) ротордың магниттiк
ағынмен қамтамасыз ететiн басқаруы да.
ЖРЖ келесілерде қолданылады:
үлкен қуатты кеме электрқозғалтқыштарында;
жалға берілетін стандарда;
вакуумды турбомалекуларлы насостардың жоғары айналымды
жетектерінде (100000 айнмин-қа дейін);
конвейерлі жүйелерде;
кескіш автоматтарда;
ЖРЖ бар станоктарда;
автоматты ашылатын есіктерді;
араластырғыштарды, насостарды, желдеткіштерде,
компрессорларды;
кір жуғыш машиналарда;
тұрмыстық инвертор сплит-жүйелерде;
электртранспорттарда: электровоздарда,
электропоездарда,
трамвайларда және троллейбустарда;
тоқыма өнеркәсібінде;
орын анықтау жүйелерінде.
ЖРЖ қолданудың артықшылықтары:
реттеудің жоғары дәлдігі;
анымалы жүктеме кезінде электр энергиясын үнемдеу (яғни,
электқозғалтқыштың толық емес жүктемемен жұмыс істеуі);
максималдығы тең жіберу моменті;
жетектің жойылған диагностикасын өндірістік желі арқылы атқару
мүмкіндігі;
кіріс және шығыс тізбектер үшін фаза түсуін анықтау мүмкіндігі;
мотосағаттарыды есептеу;
жабдықтың үлкен ресурсы;
реттегіш клапанның
болмауы есебінен құбырөткізгіштің
гидравликалық кедергісінің азаюы;
қозғалтқыштың бірқалыпты іске қосылуы;
ЖРЖ-нің өзінде ПИД-реттеуіш орнатылған;
реттелетін шама датчигіне тікелей қосылады;
29
желілік жүктеме болған жағдайда қайта іске қосылу мүмкіндігі;
айналмалы электр қозғалтқышын іліп алу;
жүктеме өзгергенде айналу жылдамдығының қалыпқа келуі;
электрқозғалтқыштың акустикалық шуылының едәуір азаюы;
автоматты қосқышты алмастыра алады.
ЖРЖ қолданудың кемшіліктері:
ЖРЖ-ның көптеген моделдері кедергі көзі болып табылады;
жоғары қуатты ЖРЖ-ның бағасының қымбаттылығы (өтімділік
уақыты 1-2 жыл);
бас тізбектің конденсаторларының ескіруі.
Реттелетiн электр қозғалтқышқа қондырғы көпшiлiгiнде сәттiң байсалды
реттеуi және электр қозғалтқыш айналу жылдамдық қана емес, бәсеңдеудiң
мiндетi және қондырудың элементтерiн тоқтату да мiндеттi артады. Мұндай
мiндеттi классикалық шешiм тежегiш резистормен тежегiш ауыстырып
қосқыш жарақтанған жиiлiктi түрлендiргiшпен асинхронды қозғалтқышпен
жетектiң жүйесiн болып көрiнедi.
Электр қозғалтқыш баяулаутоқтау режимде бұл ретте өндiргiш,
механикалық энергия жинап келгенде тежегiш резисторда бытырайтын электр
түрлендiре сияқты жұмыс iстейдi.
1.11 Жиіліктік түрлендіргіштерді басқарудың түрлері
Жиіліктік түрлендіргіштерді басқарудың үш түрі белгілі. Олар
скалярлық басқару, векторлық басқару және біріктірілген.
Скалярлық басқару кiрушi ток жиiлiктердi өзгерiстiң белгiлi заңын бар
болу түсiнедi және кернеу. Себебi қоректендiру кернеуiнiң өзгерiсi бос тұру да
ауытқуға iске қосқыш алып келедi және қозғалтқыш, қуат коэффициенттi ең
жоғары сәттердi және ПӘК есеп айырысу, кернеумен бергенi жоғарыда
көрсетiлген жұмысшы мiнездемелердiң сүйемелдеуi үшiн өзгертуге талап
етедi де амплитуданы.
Кедергi моментiне сәттiң ең жоғары демалысын қатты тәуелдiлiк әдетте
заң скалярлық басқаруда бередi. Жиiлiктiң өзгерiсi бұл ретте амплитуданың
мағынасын түзетуге асқын жүктелу қабiлет атаған жоғарыда айтылған қарым-
қатынас қорыта келгенде алып келедi, тұрақты шаманы қалады.
Қуат коэффициент бұл қабiлеттiлiктi тұрақтылықта және жиiлiктiң
реттеу ауқымның барлық енiнде қозғалтқыштың ПӘК-i де iс жүзiнде
бұлжымайды.
Қозғалтқышты шығатын белдiктегi ең жоғары сәттi анықтаманың
формуласы төмендегiше көрiнедi:
,
30
мұндағы
- тұрақты.
Формулада бiлiктiң жүктемесiнiң мiнезi көрнiп тұрғаннан жиiлiктен
кернеудiң тәуелдiлiгiн толық анықтайды. Бұл және жиiлiк түрлендiргiшiн
жұмыс негiзгi қағида скалярлық түрiндегi бар.
Uf = const жүктеме ара қатынас тұрақты сәтiнде, iс жүзiнде, ең жоғары
сәттi өзгерiссiздiктi қамтамасыз етедi. Кесте көлбеу бұрышы бұрау
моментiнен, сонымен бiрге кедергi моментiн бағынышты болады.
Дегенмен ток жиiлiгiге тiзiмнiң жанында белгiлi бiр мән, ең жоғары
сәтпен құлайды. Үшiн құлау бұл өте қозғалтқышты қоректендiру кернеуiнiң
жоғарылауын әдетте қолданылады.
Егер жүктеме желдеткiш мiнездi кию болса, онда тәуелдiлiк келесі түрге
келедi: Uf2 = const. Сол сияқты алдыңғы жағдай, ең жоғары сәт аласа
жиiлiктерде төмендетедi, дегенмен бұл осында шешушi мағына ие болмайды.
Мұндай кестелердi құрылыстың қағидаты жүктемелердiң кез-келген
түрлерi үшiн қолданамыз.
Жиiлiк түрлендiргiшiмен скалярлық басқару деп айтуға боладуға
қорытынды шығар жағдайлардың көпшiлiгiнде жеткiлiктi тиiмдiлiгi болады.
Мұндай құрылғылар реттеу ауқымы 1:40 дейiн ие болады: әдетте бас салған.
Реттеу тағы бiр маңызды қадiр-қасиет скалярлық түрiндегi бiрден бiрнеше
электр қозғалтқыштардың басқаруы үшiн бiр түрлендiргiштi пайдаланудың
мүмкiндiгiн болып көрiнедi.
Негiзiнен жиiлiк түрлендiргiштерi жұмыс принцибы скалярлық
түрiндегi оңай белгiлеуге болады, ал өздерiнiң құрылғысы - арзандау.
Векторлық басқару iлеспе басқарудың тәсiл есебiнде болады және
асинхронды қозғалтқыш, (скалярлық басқару) фазалардың қалыптастыратын
(кернеу) гармониялық токтары ғана емес, ротордың магниттiк ағынмен
қамтамасыз ететiн басқаруы да. Векторлық басқаруды қағидаттың алғашқы
өткiзуi және аса дәлдiктiң алгоритмдары ротордың (жылдамдық ) жағдайының
көрсеткiштерi қолдануға зарығады.
"Векторлық басқару" сөзінің астында жағдайы әйтеуiр "кеңiстiктiң
векторымен" қозғалтқыштың даласын жиiлiкпен айналған өзара iс-әрекетi
басқарушы құрылғы деп аталатын түсiнiледi.
31
2 Негізгі бөлім
2.1 Есептің қойылымы
Берілген дипломдық жұмыстың тақырыбы негізінде, бұрғылау үрдісінде
жиіліктік-реттелетін жетекті қолдануды зерттеу үшін келесі тапсырмаларды
орындау мақсат етіліп қойылды: MATLAB программалық пакетінің Simulink
ортасында бұрғылау қондырғысының, бұрғылау қондырғысының асинхронды
қозғалтқышының және жиіліктік-реттелетін жетектің математикалық
моделдерін тұрғызу; түзілген фазалық портрет негізінде автоматты басқару
жүйесінің анализін жасау, яғни нысанды орнықтылыққа зерттеу; басқару
критериін көрсету; басқару жүйесінің синтезін жасау, яғни бұрғылау үрдісін
басқарудың тиімді жүйесін ұсыну.
2.2 Бұрғылау қондырғысының аналитикалық математикалық
моделін құру
Өндірістің жоғары өнімділігі, әсіресе шаруашылықты күшейтіп жүргізу
әдістері халықтың өмір деңгейінің жоғарлатуына алдыңғы жағдай жасаудың
керекті және қажетті шаралары. Өндірістің тиімділігінің жүйелі өсуі халық
шаруашылығының басқару деңгейінде өткізілетін барлық шаралар
комплекстері арқылы жүргізіледі, соның ішінде ғылым және техника
жетістіктерінің жылдам енгізілуі, жүмыс істеп тұрған өндірістерді техникалық
қайта қамтамасыз ету.
Бүгінгі күнде, бұрғылау қондырғысының өнімділігін реттеу тәсілдері
келесі стандартты тәсілдермен көрсетіледі:
- тапсырмаларды қолдану;
- жұмыс iстейтiн бұрғылау қондырғыларының санның өзгерту.
Бұл әдістің негізгі кемшілігі, барлық жағдайда бұрғылау қондырғылары
толық (номиналды) қуатпен жұмыс істейді, сол мезетте электрэнергиясын
бос шығындайды.
Жиіліктік-реттелетін жетекпен (ЖРЖ) бұрғылау қондырғысын реттеу
электрэнергиясын үнемдеуге мүмкіндік береді, сол уақытта кері байланысты
қолданып, керекті жүйе параметрлерін тұрақты сақтап тұрады.
Сонымен қатар, ЖРЖ қолдану жүйелерді апатты жағдайлардан
қорғайды, алайда оның қолданысы гидросоққылардан сақтап, жүктемелерді
төмендетеді.
ЖРЖ-гін пайдалану, бұрғылау қондырғысы өнiмдiлiгін реттеуiн
қамтамасыз етеді:
- электрэнергиясын елеулі үнемдейді;
- стандартты реттеу барысында туатын мәселелерді, апатты
жағдайлардан қорғап, жөндеуге кететін шығындардан сақтайды;
- жабдық қызмет ету мерзiмiн жоғарылатады;
32
- басқарудың локалды ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
7
8
9
Аңдатпа
Бұл дипломдық жұмыста ұңғымаларды бұрғылау үрдісі қарастырылды,
бұрғылау үрдісінде қолданылатын бұрғылау қондырғысының, асинхронды
қозғалтқыштың және жиіліктік-реттелетін жетектің математикалық моделдері
құрылды. Бұрғылау үрдісінде қолданылатын бұрғылау қондырғысының,
асинхронды қозғалтқыштың және жиіліктік-реттелетін жетектің
математикалық моделдерін тұрғызу ортасы ретінде MATLAB бағдарламалық
пакетінің Simulink ортасы таңдалып алынды. Басқару жүйесін қоданудың
экономикалық тиімділігі есептелді. Өміртіршілік қауіпсіздігі бөлімінде
жұмысшы денсаулығына зардап келтіретін әсерлер және сол зардаптардың
алдын алу қарастырылды.
Аннотация
В этой дипломной работе проанализирован процесс бурения скважин,
разработана математическая модель буровой установки, асинхронного
двигателя и частотно-регулируемого привода используемого в процессе
бурения скважин. В качестве среды для создания математической модели
буровой установки, асинхронного двигателя и частотно-регулируемого
привода используемого в процессе бурения скважин выбрана среда Simulink
программного пакета MATLAB. Рассчитана экономическая эффективность
приминения системы управления. В разделе безопасности жизнедятельности
рассмотрены факторы угрожающие здоровью работника и их предотврщение.
10
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 9
1 БӨЛІМ. ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Бұрғылау үрдісінің сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 10
1.2 Бұрғылау ұңғымасы және оның элементтері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 10
1.3 Бұрғылау ұңғымаларының классификациясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 12
1.4 Бұрғылау үрдісінің негізгі техникалық-технологиялық түсініктері ... ... ... .. 13
1.5 Ұңғыма бұрғылау үрдісінің мәні және сұлбасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
1.6 Бұрғылау әдістерінің классификациясы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 19
1.7 Терең айналмалы бұрғылаудың мәні мен түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 20
1.8 Бұрғылау режимдерінің параметрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .22
1.9 Бұрғылау қондырғыларының электр жетегі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 23
1.10 Жиіліктік-реттелетін жетек ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 25
1.11 Жиіліктік түрлендіргіштерді басқарудың түрлері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 26
2 БӨЛІМ. АРНАЙЫ БӨЛІМ
2.1 Есептің қойылымы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27
2.2 Бұрғылау қондырғысының аналитикалық математикалық моделін
құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 27
2.3 Бұрғылау қондырғысының математикалық моделін ЖРЖ-мен
MATLAB бағдарламалау пакетінде өңдеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 31
2.4 АБЖ салыстырмалы анализі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 34
2.5 Басқару критериі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 37
2.6 Басқару жүйесінің синтезі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 37
3 БӨЛІМ. ЭКОНОМИКАЛЫҚ БӨЛІМ
3.1 Ұңғыманы бұрғылау үшін технико-экономикалық негіздеме ... ... ... ... ... ... 41
3.2 Басқару жүйесін құруға кететін капиталды шығындар ... ... ... ... ... ... ... ... .. 41
3.2.1 Жұмысшылардың жалақысы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 41
3.2.2 Аспаптар мен автоматтандыру құралдарын сатып алуға кететін
шығындар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 42
3.2.4 Эксплуатациондық шығындарын есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 44
3.2.5 АБҚ-ны пайдалануға дейінгі эксплуатациялык шығындарды есептеу ... .. 44
3.2.6 АБҚ-ны пайдаланғаннан кейінгі эксплуатациялық шығындар ... ... ... ... ... 45
3.2.7 Жылдық экономия ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 46
3.2.8 Жылдық экономикалық тиімділік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
3.2.9 Өтеу мерзімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 46
4 БӨЛІМ. ӨМІРТІРШІЛІК ҚАУІПСІЗДІГІ
4.1 Өндірістік жарақаттанудың негізгі себептері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 47
4.2
Ұңғыманы бұрғылау кезінде жұмысшылардың қауіпсіздігін
ұйымдастыру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 49
4.2.1 Еңбек шартының сипаттамасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 49
4.2.1 Жарықпен қамтамасыз ету ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 50
4.2.2 Шу және діріл ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 51
11
4.2.3 Бұрғылаудағы қызметкерлер үшін қауіп көздері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 53
4.2.4 Электрқауіпсіздік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 54
4.2.5 Найзағайдан қорғану ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 55
4.2.6 Өрттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 55
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 59
Қысқартылған сөздер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 60
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 61
12
Кіріспе
Геологиялық барлаудағы бұрғылау үрдісіне көптеген факторлар әсер
етеді: жыныс қопарғыш құрылғының типі, ұңғыма құрылымы, жыныстардың
физика-механикалық қасиеттері. Ең негізгі факторлар болып бұрыштық
жылдамдық
, остік жүктеме , тазалау сұйықтығының көлемдік шығыны
болып табылады. Кірісте берілген
мәндеріне байланысты бұрғылау
үрдісінің сипаттайтын шығыс мәндері өзгереді. Егер ұңғыма құрылымы,
техникалық құралдар, жыныс қопарғыш құрылғының типі дұрыс таңдалды
деп есептесек, онда
өлшемдерінің мәндерін бұрғылау режимі оңтайлы,
яғни оптимальды болатындай орнату қажет. Осы мақсатқа жету жолында
туындайтын мәселелердің бірі - бұрғылау қондырғысының механизмдерінің
жетектерінің жылдамдығын бірқалыпты реттеу. Қазіргі уақытта геологиялық
барлаудағы бұрғылаудағы бұрғылау қондырғыларында реттелмейтін
электржетек (ЭЖ) қолданылады. Осыған орай бұрғылау үрдісін басқарудың
қалаған сапасына жету мүмкін болмай отыр.
Геологиялық барлаудағы ұңғымаларды бұрғылауда энергоүнемділікпен
байланысқан шығындар бөлігі жұмыстарды жалпы қаржыландыруының 50 %-
ына жетеді. Нарықтық қатынастар жағдайында материалды және энергиялық
ресурстарды рационалды қолдану өндіріс өнімділігін өсірудің негізгі бағыты
болып табылады. Электр энергиясының шығынының көп бөлігі реттелмейтін
ЭЖ-ке келіп тиеді. Бұрғылау үрдісінде реттелмейтін ЭЖ-ті қолдану
энергоүнемдеу мәселелерін шешуге мүмкіндік бермейді.
Осы мәселелердің шешімі болып бұрғылау механизмдерінің жетегі
ретінде бірқалыпты реттелетін ЭЖ-ті қолдану табылады. Қазіргі уақытта
перспективті болып айнымалы тоқты жиіліктік-реттелетін жетекті (ЖРЖ)
пайдалану табылады. Тұрақты тоқты жетектермен салыстырғандағы бұл
жетектердің артықшылықтары: эксплуатациялық шығындардың аздығы,
түрлендіргіштің қуат коэффициентінің мәнінің аздығы.
Сондықтан энергия шығынын төмендету мен бұрғылау құбырлары
колоннасындағы (БҚК) өтпелі үрдістердің сапасын көтеру үшін ЖРЖ қолдану
өзекті ғылыми тапсырма болып табылады.
13
1 Технологиялық бөлім
1.1 Бұрғылау үрдісінің сипаттамасы
Бұрғылау - тау жыныстарын бұзу арқылы қимасы дөңгелек болатын кен
қазбасын жасау үрдісі. Жер қыртысын геологиялық зерттеу, кен орындарын
іздеу және барлау, жер астынан қатты, сұйық және газ күйіндегі түрлі кен
байлықтарды алу, батпақты жерлерді құрғату, жер асты коммуникацияларын
жүргізу, т.б. көптеген жұмыстар бұрғылау арқылы іске асырылады. Ұңғыма
бұрғылау кезінде тау жыныстарын бұзып қопарудың қазір қолданылып
жүрген тәсілдері негізінен екі түрге бөлінеді. Оның біріншісі - бұрғылау
аспабының тікелей әсер етуі арқылы тау жыныстарын бұзып қопаратын
механикалық әдіс, ал екінші тәсіл бойынша тау жыныстары әр түрлі
физикалық ( термиялық , ультрадыбыстық, т.б.) әсерлер арқылы бұзылады.
Бұрғылаудың механикалық әдісі айналдыра бұрғылау және соққылап
бұрғылау болып екіге бөлінеді. Бұрғылау аспабының түріне (шнекті,
штангалы, алмасты, тісті доңғалақты, т.б.), бұрғылау машинасының түріне
( перфораторлы , пневмосоққылы , турбиналы, т.б.), сондай -ақ, ұңғыма қазудың
тәсіліне (көлбеу, тармақты, т.б.) қарай бұрғылау бірнеше түрге бөледі. Тау
жыныстарына физикалық әсер арқылы бұрғылау тәсілдерінің ішінде
термиялық бұрғылау кең тараған. Қопарып бұрғылау тәсілін өндіріске енгізу
қолға алына бастады. Бұрғылаудың техникалық жабдықтары негізінен
бұрғылау қондырғылары мен тау жынысын бұзып қопаратын аспаптардан
тұрады. Ал ұңғыма Бұрғылау жұмыстары кенжардағы тау жыныстарын
талқандау, бұзылған жыныстарды сыртқа шығару, орнықсыз (опырылмалы)
ұңғыма қабырғаларын бекіту сияқты үрдістерден құралады. Талқандалған тау
жыныстарын ұңғыма кенжарынан үздіксіз сыртқа шығарып тұрмаса бұрғылау
жылдамдығы бәсеңдеп, тіпті тоқтап қалуы да мүмкін. Сондықтан бұрғылау
кезінде бөлінетін ұнтақтардан тазалау үшін ұңғыманы сумен , балшық
ерітінділерімен үнемі жуып немесе сығылған ауамен үрлеп тұрады. Орнықсыз
жыныстарды бұрғылау кезінде ұңғыма қабырғасын опырылудан сақтау үшін
әр түрлі әдістер (арнаулы ерітінді, жылдам қатаятын қоспа , цемент)
қолданылады.
1.2 Бұрғылау ұңғымасы және оның элементтері
Бұрғылау ұңғымасы дегеніміз тереңдігімен салыстырғанда кіші
диаметрімен сипатталатын жер қыртысындағы цилиндрлік тау қазбасы.
Бұрғылау ұңғымасының негізгі элементтері (1.1-сурет):
Ұңғыма сағасы - бұрғылау ұңғымасымен жер бетінің, акватория түбінің
немесе жерасты бұрғылау кезінде тау қазбасы элементтерінің қиылысқан
жері.
Ұңғыма кенжары - бұрғылау үрдісі кезінде тереңделе беретін бұрғылау
ұңғымасының түбі; ол сақина тәрізді, кернді немесе тұтас бола алады.
14
Ұңғыма қабырғасы - бұрғылау ұңғымасының шеткі беті.
Ұңғыма ұңғысы - ұңғыма қабырғаларымен шектелген кеңістік.
Орнықсыз жыныстар кезінде ұңғыма қабырғалары айналдырыла
колонналармен қатырылады, сол кезі ұңғыма ұңғысы тарылады.
Ұңғыма осі - ұңғыма тереңдеген кезде орын ауыстыратын кенжар
ортысы нүктесінің геометриялық орны, яғни, бұрғылау үңғымасының
көлденең қиылыстарының орталарын қосатын ойдағы сызық.
Ұңғыма тереңдігі - ұңғыма осі арқылы ұңғыма сағасы мен кенжары
арасындағы қашықтық.
Ұңғыма диаметрі - жыныс қопарғыш құрылғының номинальды
диаметріне тең шартты диаметр. Ұңғыманың нақты диаметрі жыныс
қопарғыш құрылғының номинальды диаметрінен үлкен болады.
1 - ұңғыма сағасы; 2 - құбырлармен отырғызылған ұңғыма ұңғысы; 3 -
айналдырылған колонналар; 4 - ұңғыма осі; 5 - құбырлармен отырғызылмаған
ұңғыма ұңғысы; 6 - сақиналы кенжар; 7 - керн; 8 - тұтас кенжар; 9 - ұңғыма
қабырғалары; D1 , D2 , D3 - әр түрлі аралықтардағы ұңғыма ұңғысының
диаметрлері; d1н , d1в , d1н , d 2в - айналдырылған колонналардың диаметрлері,
15
сәйкесінше сыртқы және ішкі; d к - керн диаметрі; L1 , L2 - құбырлармен
қатырылған ұңғыма аралықтарының тереңдігі; L3 - ұңғыма тереңдігі.
1.1 сурет - Бұрғылау ұңғымасының элементтері.
Ұңғыма ұңғысының құбарлармен қатырылған және құбырлармен
қатырылмаған түрлері болады.
Әр қатырған сайын ұңғыманың келесі диаметрі кішірейе береді.
Әр айналдырылған колонна ұңғыма сағасынан шығып тұрады. Қажет
болған жағдайда ұңғыма қабырғалары мен отырғызылған құбырлардың
арасындағы кеңістік цементті ерітіндімен толтырылады.
1.3 Бұрғылау ұңғымаларының классификациясы
Аймақтық зерттеу, іздеу, барлау және кен орындарын жасау мақсатында
бұрғыланатын барлық ұңғымалар келесі санаттар мен топтарға жіктеледі.
Геологиялық барлау ұңғымаларын тіректі, параметрлік, құрылымдық-
карталайтын, іздеу және барлау деп бөледі.
Тіректі ұңғымаларды ірі геоқұрылымдық элементтердің (аймақтардың)
геологиялық түзілуін және гидрогеологиялық шарттарын танып-білу үшін,
геологиялық барлау жұмыстардың перспективалық бағытын анықтау үшін
бұрғылайды.
Параметрлік ұңғымаларды жыныстардың табиғи орындарының
геофизикалық қасиеттерінің параметрлерін және температурасын өлшеу үшін,
геологиялық іздеу жұмыстарын танып-білуге және оның перспективалық
аудандарын табу үшін бұрғылайды.
Құрылымдық-карталайтын ұңғымаларды бурят для выявления и
изучения геологических структур, элементов залегания пластов пород, для
контроля и уточнения данных геологической и геофизической съемок.
Іздеу ұңғымаларын
пайдалы қазбалардың жаңа кен орындарын ашу
үшін бұрғылайды.
Барлау ұңғымаларын пайдалы қазбалардың қорын анықтау және
контурлау үшін, таулы техникалық жағдайларды белгілеу үшін және оны
пайдаланудың әдісін таңдау үшін бұрғылайды.
Пайдалану ұңғымаларын мұнай мен газды, жерасты суларды, бром, йод,
басқа да құрамды тұзы бар тұздықтарды шығару үшін; көмірлерді жерасты
газдандыру үшін, күкірт пен озокерит қорыту үшін, темірді, марганецті,
фосфоритті, мысты және уран тұздарын сілтілендіру үшін, сынапты
айналдыру үшін, күкіртті жерастында жағу үшін, көмірлер мен фосфаттарды
ұңғымалық гидрошығару үшін; жер қойнауында жылуды пайдалану үшін
бұрғылайды.
Шығарылатын пайдалы қазбаға байланысты пайдалану
ұңғымалары мұнай, газ, гидрогеологиялық, геотехнологиялық, гидротермалық
болып жіктеледі.
16
Техникалық ұңғымаларды әр түрлі инженерлік тапсармаларды орындау
үшін бұрғылайды.
1.4
Бұрғылау
үрдісінің
негізгі
техникалық-технологиялық
түсініктері
Бұрғылау құралы туралы түсінік. Ұңғымаларды бұрғылауға арналған
құрал бұрғы деп аталады. Бұрғылау құралы пайдалануына байланысты
технологиялық, көмекші, апаттық және арнайы болып бөлінеді.
Технологиялық құралды тікелей ұңғымаларды бұрғылау кезінде қолданады:
жыныс қопарғыш құрал (қаптама, қашау, кеңейткіштер), колонкалық
құбырлар және бірігулер, ауырлатылған бұрғылау құбырлары (АБҚ),
желонкалар, соғу штангасы, шнектер, жетекші бұрғылау құбарлары. Белгілі
бір ретпен жалғанған технологиялық құралдардың жиынтығы бұрғылау
снаряды деп аталады. Бұрғылау әдісіне байланысты колонкалы, соғу,
дірілдету және басқа да бұрғылау снарядтары болады. Мысалы, колонкалы
бұрғылау кезінде бұрғылау снарядының құрамына колонкалы жиынтық,
бұрғылау колоннасы, жетекші құбыр кіреді.
Көмекші құрал ұңғыманың қабырғаларын қатыруға және технологиялық
құралдға қызмет көрсетуге арналған. Көмекші құралға отырғызу құбырлары
мен бірігулер, қамыттар, элеватор кілттер, астына салатын шанышқы және т.б.
жатады.
Апаттық құрал ұңғымалардағы апаттарды жою үшін арналған. Апаттық
құралға әр түрлі ұстағыш құралдар (таңбалауыш, қоңыраулар және т.с.с.),
кескіш құралдар (құбыркескіштер, фрезалар және т.с.с.), күштік құралдар
(қағатын балғалар, вибраторлар және т.с.с.) және т.б.
Арнайы құрал ұңғымалардағы майысуларды жөндеумен, берілген
бағытта бұрғылаумен және т.с.с. жұмыстармен байланысты арнайы
жұмыстарды орындауға арналған.
Бұрғалау қондырғысы -
ұңғыманы бұрғылауға арналған құрал -
жабдықтар кешені. Ол бұрғылау тәсіліне қарай: айналмалы бұрғылау
қондырғысы (көп тараған түрі) және соққылы бұрғылау қондырғысы болып
екіге бөлінеді. Айналмалы бұрғылау қондырғысының
құрамына бұрғылау мұнарасы, күштік жетек, түсіріп -көтеру операцияларын
механикаландыруға арналған құрал - жабдықтар, бұрғылау сорғылары,
шайғыш ерітіндіні дайындауға, тазалауға және оны өңдеп қайта қолдануға
арналған құрал- жабдықтар, т.б. енеді. Бұрғылау қондырғысы мұнай, газ және
терең геологиялық барлау ұңғымаларын бұрғылауға арналған тұрақты
бұрғылау қондырғысы, көбіне геологиялық барлау жұмыстарында, су
астындағы бұрғылауда және құрылыс жұмыстарында қолданылатын
жылжымалы бұрғылау қондырғысы, негізінен қопарылыс ұңғымаларын
бұрғылауға арналған (жабдықтары шынжыр табанды не доңғалақты
сүйреткіштерге , автомобильге , тракторға , катерге, т.б. орнатылған), өздігінен
17
жүретін бұрғылау қондырғысы және жетуі қиын жерлерде бұрғылау
жұмыстарын жүргізуге арналған тасымалды бұрғылау қондырғысы болып
ажыратылады. Тау- кең ісінде бұрғылау қондырғысы бұрғылау станоктары деп
аталынады.
1 - бұрғылау ерітіндісін өлшегіш; 2 - вибротор; 3 - сору сызығы
(бұрғылау насостарының); 4 - бұрғылау насосы; 5 - қозғалтқыш; 6 - дірілдеу
шлангы; 7 - жүкарба; 8 - қысым құбыры; 9 - АБҚ шлангы; 10 - гузнек; 11 -
көтеру богы; 12 - бұрғылау сызығы; 13 - кронблок; 14 - мұнара; 15 - мұнара
тақтасы; 16 - тіреуіш (бұрғылау құбырларының); 17 - баған құбырлары
(еден); 18 - айналдырғыш; 19 - АБҚ жетегі; 20 - айналдырғыш үстел; 21 -
бұрғылау аймағы; 22 - шұңғымасы бар келте құбыр; 23 - лақтыруға қарсы
құрылғы сақиналы; 24 - лақтыруға қарсы құрылғы құбырлы; 25 - бұрғылау
колоннасы; 26 - бұрғы; 27 - отырғызу басы; 28 - құбырөткізгіш.
1.2 сурет - Бұрғылау қондырғысының құрылысы
Бұрғылау режимінің параметрі - бұл ұңғыманы тереңдету үрдісі кезінде
бұрғылаушымен немесе автоматпен берілетін, өлшенетін және ұсталып
18
отыратын бұрғылау көрсеткіштеріне әсер ететін фактор. Негізгі параметрлерге
келесілер жатады: а) айналдыра бұрғылау кезінде: жыныс қопарғыш
құрылғыға остік жүктеме; бұрғылау снарядының айналу жиілігі; тазалау
агентінің шығыны; б) соққылап бұрғылау кезінде: соққылау снарядының
салмағы; тастау биіктігі; соққылау жиілігі және т.с.с.
Басқару жүйесі
Жүктеме
датчигі
Бұрғылау мұнарасы
Тальдік блок
Ротор
Бұрғылау колоннасы
Кенжар қозғалтқыш
Қашау
Кенжар
Тиристорлы
түрлендіргіш
Көтеру
механизмінің
электрқозғалтқышы
Жүкарба
Ротор
электрқозғалтқышы
Тазалау сұйықтығы
насосының
электрқозғалтқышы
Тазалау
сұйықтығы
бағанасы
Дизель
Генератор
Тиристорлы
түрлендіргіш
Тиристорлы
түрлендіргіш
Тазалау
сұйықтығын
жіберу насосы
1.3 сурет - Бұрғылау қондырғысының құрылымдық
блок-сұлбасы
Жыныс қопарғыш құрылғының жұмысын сипаттайтын (бұрғылау
жылдамдығы) бұрғылау режимінің параметрлерінің жиынтығы бұрғылаудың
технологиялық режимі деп аталады. Бұрғылаудың технологиялық режимі тау
жыныстарының физика-механикалық қасиеттеріне, ұңғыма тереңдігіне,
жыныс қопарғыш құрылғының түріне және жабдықтың техникалық
мүмкіндіктеріне байланысты таңдалады.
Бұрғылаудың технологиялық режимдерінің келесі түрлері белгілі:
оптимальды, рационалды және арнайы.
Бұрғылаудың оптимальды режимі бұрғылаудың ең жақсы техника-
экономикалық көрсеткіштерін алуды қамтамасыз етеді.
Бұрғылаудың рационалды режимі бұрғылау қондырғысы мен
құралының техникалық мүмкіндіктерін есепке ала отырып орнатылады.
Мысалы, монолитті қатты жыныстарда қаныққан алмас қаптамамен
бұрғылауды жоғары айналу жиілігімен (700 - 1000 айнмин) орындау керек,
бірақ қолданылып отырған бұрғылау станогы мұндай жылдамдыққа ие емес
19
немесе бұрғылау колоннасы үзіліп кетуі мүмкін, соған орай осыны емепке ала
отырып қаптаманың мүмкіндігінен төмен рационалды айналу жиілігін орнату
қажет.
Бұрғылаудың арнайы режимі бұрғылаудың берілген сапалы
көрсеткіштерін алу үшін және арнайы тапсырмаларды орындау үшін
қолданылады. Бұл режим кезіндегі параметрлердің мәндері оптимальды
режим міндерінен айырмашылығы болады. Мысалы, арнайы режим
механикалық ықпалдар мен тазалау сұйықтығының ағыны әсерінен
қопарылған пайдалы қазбада бұрғылау кезінде орнатылады. Бұл ретте
снарядтың айналу жиілігі мен тазалау сұйықтығының шығыны азаяды.
Алмас қаптаманың қосымша жұмысы остік жүктеме мен айналу жиілігі
оптимальды және рационалды режимдерден төмен арнайы режимде
жүргізіледі.
Бұрғылау жылдамдығы. Технологиялық режимдер бұрғылау
көрсеткіштеріне ықпалын тигізеді. Ол көрсеткіштерге ұңғыманың
құрылысының көлемдік және сапалық параметрлері, бұрғыланған ұңғыманың
1 метрінің бағасы, керн шығуының пайызы, ұңғыма бағыты және басқалар
жатады.
Ұңғыма құрылысы кезінде жекелеген үрдістерін орындау белгілі бір
бұрғылау жылдамдығымен (механикалық, рейстік, техникалық,
коммерциялық және циклдік) сипатталады.
Механикалық бұрғылау жылдамдығы - таза бұрғылаудың уақыт
бірлігінде ұңғыманың тереңдетілу көлемі және
м
l
t б
(мсағ),
формуласымен анықталады.
Мұндағы l - таза бұрғылаудың уақыт бірлігінде ұңғыманың тереңдетілу
көлемі, м;
tб - таза бұрғылау уақыты, сағ.
Таза бұрғылау сөзі астарында кенжардағы жыныстардың қопарылу
уақыты түсіндіріледі.
Тәжірибеде анықталу моментіне байланысты бастапқы, шектік, орташа,
ең үлкен механикалық жылдамдыққа жіктейді.
Механикалық бұрғылау жылдамдығы - бұрғылау әдісінің тиімділігін,
қолданылып отырған жыныс қопарғыш құрылғының сапасын, оларды
пайдалану режимдерінің рационалдығын, қолданылып отырған бұрғылау
технологиясының мүлтіксіздігін және т.б. көрсететін негізгі көрсеткіш.
Рейстік бұрғылау жылдамдығы - рейс ұзақтығының уақыт бірлігіне
ұңғыманың тереңдетілу көлемі және
р
lр
tб tсп
(мсағ)
20
формуласымен анықталады.
Мұндағы,
lр - рейс кезінде ұңғыманың тереңдетілу көлемі;
tсп - түсіріп-көтеру
орындалуға кететін уақыт, сағ.
және
көмекші
үрдістер
Рейс деп бұрғылау снарядын түсіру мен көтеру, таза бұрғылау, кернді
шығару, жыныс қопарғыш құрылғыны ауыстыру және т.б. жұмыстар кешенін
айтады.
Рейстік жылдамдық механикалық жылдамдық пен ұңғыма тереңдігінен
тәуелді және жыныс қопарғыш құрылғылардың тозуға тұрақтылығын,
бұрғылау снарядының мүлтіксіздігін, оған қоса рейс кезінде түсіру-көтеру
және көмекші үрдістерді орындауды механикаландыру мен автоматтандыру
дәрежесін қосымша сипаттайды.
Техникалық бұрғылау жылдамдығы
таза бұрғылауға, көмекші
үрдістерге, қатыруға және цементтеуге, зерттеудің барлық түрлеріне,
жоспарлы-ескерту жөндеулерге және т.б. кеткен уақыт бірлігінде бір
бригадамен бұрғыланған бұрғылау көлемімен анықталады.
т
L
(Tсп Tб Tд ) : M
(мст.-ай),
мұндағы
L - 1 айдағы бұрғылау көлемі, м;
Tб , Tсп и Tд - сәйкесінше 1 айда таза бұрғылау, көмекші
үрдістер, қатыру және цементтеу, зерттеудің барлық түрлері,
жоспарлы-ескерту жөндеулер және т.б. қосымша шығындар, сағ;
М - ай ұзақтығы, сағ (М = 720 или 744 сағ қолданылады).
Техникалық жылдамдық механикалық жылдамдық пен рейстік
жылдамдықтан тәуелді және ұңғымалардың құрылысымен байланысты
(қатыру, цементтеу, гидрогеологиялық және геофизикалық зерттеулер және
т.с.с.) барлық қосымша өндірістік жұмыстардың тиімділігін қосымша
көрсетеді.
Коммерциялық бұрғылау жылдамдығы өндірістік емес шығындармен
(тұрып қалу, қиындықтар, апаттар) қоса бұрғылау көлемімен анықталады.
к
L
(Tб Tсп Tд Tн ) : M
(мст.-ай.),
мұндағы Tн - 1 айдағы өндірістік емес шығындар уақыты, сағ.
21
Циклдік бұрғылау жылдамдығы ұңғыманы жоюға дейінгі бұрғылау
жабдығын тасымалдауға 1 айда кеткен уақыттың ұңғыма тереңдігіне
қатынасынан анықталады.
ц
H
Tобщ
(мст.-ай.),
мұндағы Н - ұңғыма тереңдігі, м;
Tобщ
-
ұңғыма құрылысына
кеткен
жалпы
уақыт
(тасымалдаудан жоюға дейін), ст.-ай.
Циклдік бұрғылау жылдамдығы қолданылып отырған техникалық
құралдардың, бұрғылау технологиясының, ұңғыманың құрылысы кезінде
жұмыстың ұйымдастырылуының, оны жоюдың және оны пайдалануға берудің
деңгейін сипаттайды.
1.5 Ұңғыма бұрғылау үрдісінің мәні және сұлбасы
"Бұрғылау" және "ұңғыманың құрылымы" ұғымдары ажыратылады.
Бұрғылау нәтижесiнде бұрғылау ұңғымасы құрылатын келесi операциялардың
кешенi орындалады:
1.
2.
3.
Кенжардағы тау жынысының бұзуы.
Бетке кенжардан (шлам) қираған жынысты алып тастау.
Тұрақсыз (құлайтын) жыныстарда ұңғыманың қабырғаларды
бекiтуі .
Жынысты механикалық, электрлік, жару арқылы, химиялық және тағы
басқа тәсiлдермен бұзуға болады. Әдетте механикалық тәсiлi бар әр түрлi кен
бұзатын аспаптармен бұрғылайды. Кен бұзатын аспап бұл әсермен статикалық
және динамикалық жүктеме жынысты қопарып, жаншып тастап, сойып,
жарып, ұсақтап, үккiштен өткізiп, сығылысады. Жыныстың қиратуы барлық
кенжар бойымен бола алады немесе керн жыныстың бұзылмаған бағанасының
бөлігі бар сақинасы бойымен, 1 суретте көрсетiлгендей.
Қираған жыныстың бөлшектерiн алып тастауының келесi тәсiлдерi бар:
гидравликалық, қирату өнiмдерiнде жуу сұйықтығының ағысымен
шығарады (мұнайдың негiзi, полимерлерге су, саз ерiтiндi, арнаулы жуу
сұйықтықтары тағы басқалар);
пневматикалық, сығымдалған ауаның ағыны немесе газдарды қирату
өнiмдерiнде шығарады;
механикалық, бұрғылау тәсiлiмен анықталатын (бұрғылау стақан,
жалпағынан немесе спираль бұрғысы, шнек, желон) бұрғылау немесе арнаулы
аспаппен жүзеге асырылады;
комбинациялы, екi немесе үш аталған жоғары тәсiлдермен бiр
мезгiлде немесе дәйектi түрде пайдаланады.
22
Ұңғыманың қабырғалары тұрақсыз жыныстарда тереңдету процесiнде
тұтастырғыш жуу сұйықтықтарымен өте жиi бекiтедi (сазды және
полимерлiк), сонымен бiрге цементпен, синтетикалық шайырлармен,
қатырумен және басқа. Ұңғыманы бекiту үшiн ұзақ уақыттан астам негiзгiге
болат қаптама құбырлар қолданады, бiрақ түтiгi тот баспайтын болат, шойын,
пластмассалар және басқа материалдар пайдалана алады.
Ұңғыманың құрылымымен кешендерi оның жұмыс бойымен әзiрленуi
орындалады, бұрғылау және тұрақты күйде сүйемелдеуге, оның пайдалануына
зерттеулер қажеттi, жою немесе оны пайдалануға өткiзуге.
Ұңғыманың құрылымы бұрғылаудан басқа жұмыстардың келесi өңдерiн
орындауды ескередi: бұрғылау қондырғысын монтаждау; сынақ және
ұңғымада зерттеу - шеген; қисаюдың өлшемi және сұйық деңгейi, судан
сынама алу, тартып шығару көмегімен дебитті анықтауы және т.б .;
бытыратудың мақсатымен ұңғыманың тығындауы және оқшаулау сулы және
сорып алатын қатпарлар; сүзгiнiң қондыруы және гидрогеологиялық
ұңғымалықта сутартқыш; ескерту және ұңғымалардағы апаттарды жою
(таратушы тығындау); бұрғылау қондырғыны сұрыптауы және топырақты
қайта өңдеуге арналған жұмыстар. Атап өтiлген жұмыс түрлер ін шегендік,
монтаждық, гидрогеологиялық бұрғылаулармен және басқа бригадалармен
орындайды.
1.6 Бұрғылау әдістерінің классификациясы
Ұңғыманы бұрғылау әдістері тау жыныстарын қопарудың физикалық
табиғатына қарай ажыратылады: механикалық, физикалық және химиялық.
Негізінен механикалық бұрғылау қолданылады. Ол өзінің әсер етуіне
байланысты айналмалы, соққылы және соққылы-айналмалы болып бөлінеді.
Ең көп тарағаны айналмалы бұрғылау. Бұл кезде жыныс қопарғыш
құрылғы бұрғылау құбырларының колоннасы арқылы немесе кенжар
қозғалтқышы (гидравликалық немесе электрлік) арқылы айналымды арнайы
механизмнен - айналдыру шпинделінен немесе ротордан алады. Осыған
байланысты шпинделдік, роторлы және кенжар қозғалтқышымен бұрғылау
ажыратылады.
Көрсетілген әдістермен бұғылау кезінде кез-келген қаттылықты
жыныстарды кенжардың бүкіл ауданымен немесе ұңғыманың ортасында
сақина арқылы бұзылмаған жыныстарды (керн) түзіп қопаруға болады.
Кернсіз деп аталатын бірінші әдісті пайдалану ұңғымалары мен техникалық
ұңғымаларда кеңінен қолданады. Екінші әдіс колонкалы деп аталады және
пайдалы қазбалардың кен орындарын іздегенде және тапқанда қолданылады.
Жұмсақ жынысты терең емес ұңғымаларды бұрғылағанда шнекті
айналмалы және ақырын айналмалы бұрғылау қолданылады. Бұл кезде
бұрғылау қасықтары мен спиральды бұрғылар пайдаланылады.
23
Соққылап бұрғылауды шашыранды кен орындарын, гидрогеологиялық
және диаметрі үлкен басқа да түрлі мақсаттарға бағытталған техникалық
ұңғымаларды бұрғылағанда қолданады (қатты жыныстарда оның өнімділігі
төмен). Бұл әдіс кезінде ауыр соққылау снаряды білгілі бір биіктікке
көтеріліп, жерге қайта тасталынады. Сондай жыныстарды соғып қопарады. Әр
соққыдан кейін арқанның бұрылуы себебінен снаряд белгілі бір бұрышқа
бұрылады. Қопарылған жер қыртыстары арнайы тазалағыш желонмен
тазаланады.
1.7 Терең айналмалы бұрғылаудың мәні мен түрлері
Кернді теріп алуы жоқ айналмалы бұрғылау мұнай жіне газ кен
орындарын барлай мен пайдаланудың негізгі құралы болып табылады. Бұдан
басқа ол су тоғындары, жарылыс, гидротермалық және басқа да ұңғымаларды
бұрғылағанда, шахталардың ұңғысын бұрғылағанда қолданылады. Жоғарыда
айтылғандарды есепке ала отырып терең айналмалы бұрғылау туралы
баяндаймыз.
Терең ұңғымаларды тек айналмалы әдіспен бұрғылайды және ол
роторлы, турбиналы, электрбұрғылы болып бөлінеді.
Роторлы бұрғылау кезінде бұрғылау снарядын жер бетінде ұңғыма
сағаснда орнатылған ротормен айналдырады.
Турбиналы бұрғылау кезінде жыныс қопарғыш құрылғы турбобұрғымен
айналады. Турбобұрғыны бұрғылау құбырларының колоннасындағы
қашаумен бірге ұңғыма кенжарына түсіреді. Турбобұрғы дегеніміз тазалағыш
сұйықтықтың ағынынан жұмыс істейтін көпсатылы гидравликалық турбина.
Бұл кезі бұрғылау құбырларының колоннасы айналмайды, қозғалмайтын
ротор реактивті моментке ие болады.
24
1.4 сурет
-
Ұңғымаларды
механикалық
бұрғылау
әдістерінің
классификациясы
25
Электрбұрғымен бұрғылау кезінде жыныс қопарғыш құрылғы майға
толтырылған кенжарлы айнмалы ток электрқозғалтқышымен айналады.
Электрқозғалтқыш кіші диаметрге және айтарлықтай ұзындыққа ие. Бұл кезі
бұрғылау құбырларының колоннасы қозғалмайды. Осыған орай колоннадағы
айналу моменті лезде азаяды, құбырлардың майысуы болмайды және түгелдей
дерлік динамикалық жүктемелер алынып тасталады. Бұрғылау колоннасы
қолайлы жүктемелерде жұмыс істегендіктен құбырлардың беріктігі
жоғарылайды. Электрқозғалтқышқа электр энергиясы бұрғылау құбырларына
біріктірілген кабель бөліктерімен жеткізіледі. Бұрғылау құбырын бұрап
алғаннан кейін кабель бөліктері автоматты түрде жалғанады. Тазалау
сұйықтығы кенжарға құбырлардың ішкі қабырғалары мен кабельдер
арасындаға саңылаулармен жеткізіледі.
Роторлы және турбиналы бұрғылау кезінде геологиялық тілікті
нақтылау керек. Бұл кезі колонкалы қашаулармен немесе турбоқашаулармен
кернді алуымен бұрғылау қолданылады.
Роторлы бұрғылау және электрбұрғымен бұрғылау жуылу мен үрлеу
арқылы жүргізілуі мүмкін.
Айналмалы бұрғылау кезінде тереңдік 10 км-ге дейін жетеді. Осы
әдіспен тереңдігі 15 км болатын ұңғымаларды бұрғылау жобалануды.
Ұңғыманың диаметрлері 76 км-ден 590 км-ге дейін бола алады.
Терең айналмалы бұрғылаудың барлық түрлерінде бірдей өте күрделі
бұрғылау қондырғылары қолданылады. Олардың қуаты 4000 кВт-қа, ал
салмағы 1000 т-ға жетеді.
Керн теріп алуы жоқ айналмалы бұрғылау жыныстың қатылығы I
дәрежеден XII дәрежеге дейін болғанды жүзеге асырылады. Бұл кезі
ұңғыманы тереңдетудің салыстырмалы жылдамдығы жоғары болады. Жұмсақ
жыныстарда механикалық бұрғылау жылдамдығы 100 мсағ-қа дейін жетуі
мүмкін, ал коммерциялығы 6 - 9 мың мст.-айға жетеді. Жоғары тереңдіктегі
қатты жыныстарда механикалық бұрғылау жылдамдығы 1мсағ-қа шейін
азаяды, ал коммерциялығы 200 - 300 мст.-айға шейін азаяды.
Қазақстанда ұңғымалардың жалпы көлемінің 76 %-ға
жуығын
турбиналы әдіспен, 22,5 %-ын роторлы әдіспен және 1,5 %-ын
электрбұрғымен бұрғылау әдісімен бұрғылайды.
1.8 Бұрғылау режимдерінің параметрлері
Бұрғылау режимдеріне деген қызуғышылық айналмалы бұрғылау көшкен
кезде, яғни 20 ғасырдың басында пайд болды.
Бұрғылау процесін оңтайландыру долоталарды беріктілерімен тау
жыныстарын бұза алатуына негізделген бұрғылау процесінің модельдерін
жасауға алып келді.
Алғашқы бұрғылау процесінің модельдері елімізде В.С. Федоровпен
енгізілген. Ол бойынша механикалық бұрғылау жылдамдығының V-ның G
26
долотаға жүктемесі және n айналу жиілігіне тәуелділігі
V =a n x G y
Л.И. Штурмана пайымдауы бойынша турбиналық бұрғылаудың
каширлық түрі x = 0,7; y = 1,1; а = 0,0024.
Жоғарда көрсетілген талдаудан жалпыға мойындалған бұрғылау
процесінің моделі жоқ. Механикалық бұрғылау жылдамдығының долотаға
жүктемесі және n айналу жиілігіне тәуелділігінің 16 формуласы көрсетілген.
Оның ішінде В.С. Федоров (Л.И. Штурман және Р.А. Бадалов нұсқасы).
Модельдің нұсқасын В.К. Маурер, Ван-Линген, А. Вудс,
Эккель,
Кэннон и Бингстейндермен бірге, және Вардрук и Кэннон. Өз нұсқаларын
Кэтлин, Мюррей, Каннингхем, Брентли и Я.А. Гельфгат ұсынды. Д.С.
Роули, Р.Дж. Хоу и Ф.Х. Дилли бірігіп модель істесе, Симон и А.А.
Погарский өздері істеді. Р.М. Эйгелес д и с к р е т т і к з а б о й а у ы с у л а р ы н а
15 м о д е л ь і с т е д і.
3 - 18 оборотов долота [19].
Параметрлерін өлшеуге мүмкіндік әрі оны басқару жағынан ең қызықты
модельдері V =a n x G y болып табылады. Олар бұрғылаудығ басында
орнатылып, форс-мажорлық жағдайда қысқа уақыттың ішінде бұрғылауды
тоқтатпай және автоматтық режимде жұмыс істей алады. Әрбір белгілі бір
уақыт бұрғылау мөлшерінде t -- 0 секілді модель долотының моделімен тау
жыныстарынан өтетін физика-механикалық ерекшеліктерінен, шәйатын
сұйықтық пен гидравликалық бағдарламаларға тек қана тәуелді емес. Тағыда
бір тәуелділік ұңғыма өзегі мен бұрғы аспаптарының композициясына
байланысты. Ағымдық модельмен оның өзгерулерін шынайы түрде болып
жатқан процестің жекелеген тетіктерін түсіну қажет. Тау жыныстарын
бұзғаннан бастап ұңғыма қабырғаларының бұрғы аспаптарымен бірігіп жұмыс
істеуін түсінуге жатады.
Бұдан түсінетініміз: модель жекелеген параметрлердің бұрғылау
процесінің эффективтілігіне әсер етеді. Айналу жиілігі долотаға түсетін
жүктеменің уақыт өзгере беріктігін өзгеретінің дәлелдейді.
Шәйатын сұйықтықтың шығыны және қысымы, бұзудың дұрыс жүргізу
дәрежесіне, әсіресе сұйықтық бұрғылау қабырғаларына әрі бұзу қысымының
тұрақтандырады. Солай жасау арқылы тау жыныстарын бұзудың
эффективтілігін жоғарлатумен қатар жыныстарды шығарады. Долотаға
жасалатын жүктеме тау жыныстарын бұзуға тікелей әсер етеді.
1.9 Бұрғылау қондырғыларының электр жетегі
27
Электржетек (ЭЖ) - түрлендіргіш, электрқозғалтқыш, беріліс және
басқару құрылғыларынан тұратын жұмыс үрдістерін автоматтандыруға
арналған электр механикалық құрылғы.
Басты бұрғылау механизмдерінің бөлек жетектері үшін
электрқозғалтқыштарын қолдану ауыр және үлкен трансмиссияларды
пайдаланудан босатады. Оған қоса дизельді жетекке қарағанда ЭЖ төзімді
болып келеді. Осы себептерге байланысты электрлік бұрғылау
қондырғыларының саны өсуде және соңғы жылдары бұрғылау
қондырғыларының 70 %-ын құрайды.
Ұзақ жылдар бойы бұрғылау қондырғыларында асинхронды қозғалтқыш
(АҚ) қолданылатын қарапайым реттелмейтін ЭЖ пайдаланылып келді. Ол
дөрекі механикалық сипаттамаларға ие. Жүктеме моменті өскен сайын
жылдамдық азайып отырады. Бұл электрқозғалтқыштар үлкен жіберу
тоқтарына, шығынды жүктеме моментіне ие.
Реттелмейтін ЭЖ-терінде электрқозғалтқыштың механикалық
сипаттамалар жетектің сипаттамалары болып табылады.
Реттелетін ЭЖ бұрғылау механизмдердің қуатын түгелдей қолдануға
және бұрғылаудың оптималды режимініске асыруды жүзеге асырады. Осы
кезде апаттылық азаяды, бұрғылау көрсеткіштері өседі. Осыған орай жоғары
техника-экономикалық эффект қамтамасыз етіледі.
Реттелетін ЭЖ-і бар электрлік бұрғылау қондырғысының типтік
құрастыру сұлбасы 1.5 суретте көрсетілген.
1 - бұрғылау насосының электрқозғалтқышы; 2 - бұрғылау насосына
жіберу; 3 - бұрғылау насосы; 4 - жүкарба жетегінің жіберуін ауыстыру
қорабы; 5 - жүкарба барабаны; 6 - бұрғылау роторы; 7 - ротордың
электрқозғалтқышы; 7а - жетек білігі; 8 - көмекші тежеуіш; 9 - жүкарба
электрқозғалтқышы; 10 - қашауға жіберу ретеуіші.
1.5 сурет - Реттелетін ЭЖ-і бар электрлік бұрғылау қондырғысының
құрастыру сұлбасы
28
1.10 Жиіліктік-реттелетін жетек
Жиіліктік-реттелетін жетек (ЖРЖ) - асинхронды (немесе синхронды)
электрқозғалтқыштың роторының айналу жиілігін басқару жүйесі. Ол өзінің
электрқозғалтқышынан және жиiлiктік түрлендiргiштен тұрады.
Қозғалтқыштың
фазаларының гармониялық токтерi скалярлық
басқаруда қалыптасады. Басқару әдiсi векторлық басқару iлеспе және
асинхронды қозғалтқыш, фазалардың қалыптастыратын (кернеу) гармониялық
токтары ғана емес, (қозғалтқыштың бiлiгiнде сәтпен) ротордың магниттiк
ағынмен қамтамасыз ететiн басқаруы да.
ЖРЖ келесілерде қолданылады:
үлкен қуатты кеме электрқозғалтқыштарында;
жалға берілетін стандарда;
вакуумды турбомалекуларлы насостардың жоғары айналымды
жетектерінде (100000 айнмин-қа дейін);
конвейерлі жүйелерде;
кескіш автоматтарда;
ЖРЖ бар станоктарда;
автоматты ашылатын есіктерді;
араластырғыштарды, насостарды, желдеткіштерде,
компрессорларды;
кір жуғыш машиналарда;
тұрмыстық инвертор сплит-жүйелерде;
электртранспорттарда: электровоздарда,
электропоездарда,
трамвайларда және троллейбустарда;
тоқыма өнеркәсібінде;
орын анықтау жүйелерінде.
ЖРЖ қолданудың артықшылықтары:
реттеудің жоғары дәлдігі;
анымалы жүктеме кезінде электр энергиясын үнемдеу (яғни,
электқозғалтқыштың толық емес жүктемемен жұмыс істеуі);
максималдығы тең жіберу моменті;
жетектің жойылған диагностикасын өндірістік желі арқылы атқару
мүмкіндігі;
кіріс және шығыс тізбектер үшін фаза түсуін анықтау мүмкіндігі;
мотосағаттарыды есептеу;
жабдықтың үлкен ресурсы;
реттегіш клапанның
болмауы есебінен құбырөткізгіштің
гидравликалық кедергісінің азаюы;
қозғалтқыштың бірқалыпты іске қосылуы;
ЖРЖ-нің өзінде ПИД-реттеуіш орнатылған;
реттелетін шама датчигіне тікелей қосылады;
29
желілік жүктеме болған жағдайда қайта іске қосылу мүмкіндігі;
айналмалы электр қозғалтқышын іліп алу;
жүктеме өзгергенде айналу жылдамдығының қалыпқа келуі;
электрқозғалтқыштың акустикалық шуылының едәуір азаюы;
автоматты қосқышты алмастыра алады.
ЖРЖ қолданудың кемшіліктері:
ЖРЖ-ның көптеген моделдері кедергі көзі болып табылады;
жоғары қуатты ЖРЖ-ның бағасының қымбаттылығы (өтімділік
уақыты 1-2 жыл);
бас тізбектің конденсаторларының ескіруі.
Реттелетiн электр қозғалтқышқа қондырғы көпшiлiгiнде сәттiң байсалды
реттеуi және электр қозғалтқыш айналу жылдамдық қана емес, бәсеңдеудiң
мiндетi және қондырудың элементтерiн тоқтату да мiндеттi артады. Мұндай
мiндеттi классикалық шешiм тежегiш резистормен тежегiш ауыстырып
қосқыш жарақтанған жиiлiктi түрлендiргiшпен асинхронды қозғалтқышпен
жетектiң жүйесiн болып көрiнедi.
Электр қозғалтқыш баяулаутоқтау режимде бұл ретте өндiргiш,
механикалық энергия жинап келгенде тежегiш резисторда бытырайтын электр
түрлендiре сияқты жұмыс iстейдi.
1.11 Жиіліктік түрлендіргіштерді басқарудың түрлері
Жиіліктік түрлендіргіштерді басқарудың үш түрі белгілі. Олар
скалярлық басқару, векторлық басқару және біріктірілген.
Скалярлық басқару кiрушi ток жиiлiктердi өзгерiстiң белгiлi заңын бар
болу түсiнедi және кернеу. Себебi қоректендiру кернеуiнiң өзгерiсi бос тұру да
ауытқуға iске қосқыш алып келедi және қозғалтқыш, қуат коэффициенттi ең
жоғары сәттердi және ПӘК есеп айырысу, кернеумен бергенi жоғарыда
көрсетiлген жұмысшы мiнездемелердiң сүйемелдеуi үшiн өзгертуге талап
етедi де амплитуданы.
Кедергi моментiне сәттiң ең жоғары демалысын қатты тәуелдiлiк әдетте
заң скалярлық басқаруда бередi. Жиiлiктiң өзгерiсi бұл ретте амплитуданың
мағынасын түзетуге асқын жүктелу қабiлет атаған жоғарыда айтылған қарым-
қатынас қорыта келгенде алып келедi, тұрақты шаманы қалады.
Қуат коэффициент бұл қабiлеттiлiктi тұрақтылықта және жиiлiктiң
реттеу ауқымның барлық енiнде қозғалтқыштың ПӘК-i де iс жүзiнде
бұлжымайды.
Қозғалтқышты шығатын белдiктегi ең жоғары сәттi анықтаманың
формуласы төмендегiше көрiнедi:
,
30
мұндағы
- тұрақты.
Формулада бiлiктiң жүктемесiнiң мiнезi көрнiп тұрғаннан жиiлiктен
кернеудiң тәуелдiлiгiн толық анықтайды. Бұл және жиiлiк түрлендiргiшiн
жұмыс негiзгi қағида скалярлық түрiндегi бар.
Uf = const жүктеме ара қатынас тұрақты сәтiнде, iс жүзiнде, ең жоғары
сәттi өзгерiссiздiктi қамтамасыз етедi. Кесте көлбеу бұрышы бұрау
моментiнен, сонымен бiрге кедергi моментiн бағынышты болады.
Дегенмен ток жиiлiгiге тiзiмнiң жанында белгiлi бiр мән, ең жоғары
сәтпен құлайды. Үшiн құлау бұл өте қозғалтқышты қоректендiру кернеуiнiң
жоғарылауын әдетте қолданылады.
Егер жүктеме желдеткiш мiнездi кию болса, онда тәуелдiлiк келесі түрге
келедi: Uf2 = const. Сол сияқты алдыңғы жағдай, ең жоғары сәт аласа
жиiлiктерде төмендетедi, дегенмен бұл осында шешушi мағына ие болмайды.
Мұндай кестелердi құрылыстың қағидаты жүктемелердiң кез-келген
түрлерi үшiн қолданамыз.
Жиiлiк түрлендiргiшiмен скалярлық басқару деп айтуға боладуға
қорытынды шығар жағдайлардың көпшiлiгiнде жеткiлiктi тиiмдiлiгi болады.
Мұндай құрылғылар реттеу ауқымы 1:40 дейiн ие болады: әдетте бас салған.
Реттеу тағы бiр маңызды қадiр-қасиет скалярлық түрiндегi бiрден бiрнеше
электр қозғалтқыштардың басқаруы үшiн бiр түрлендiргiштi пайдаланудың
мүмкiндiгiн болып көрiнедi.
Негiзiнен жиiлiк түрлендiргiштерi жұмыс принцибы скалярлық
түрiндегi оңай белгiлеуге болады, ал өздерiнiң құрылғысы - арзандау.
Векторлық басқару iлеспе басқарудың тәсiл есебiнде болады және
асинхронды қозғалтқыш, (скалярлық басқару) фазалардың қалыптастыратын
(кернеу) гармониялық токтары ғана емес, ротордың магниттiк ағынмен
қамтамасыз ететiн басқаруы да. Векторлық басқаруды қағидаттың алғашқы
өткiзуi және аса дәлдiктiң алгоритмдары ротордың (жылдамдық ) жағдайының
көрсеткiштерi қолдануға зарығады.
"Векторлық басқару" сөзінің астында жағдайы әйтеуiр "кеңiстiктiң
векторымен" қозғалтқыштың даласын жиiлiкпен айналған өзара iс-әрекетi
басқарушы құрылғы деп аталатын түсiнiледi.
31
2 Негізгі бөлім
2.1 Есептің қойылымы
Берілген дипломдық жұмыстың тақырыбы негізінде, бұрғылау үрдісінде
жиіліктік-реттелетін жетекті қолдануды зерттеу үшін келесі тапсырмаларды
орындау мақсат етіліп қойылды: MATLAB программалық пакетінің Simulink
ортасында бұрғылау қондырғысының, бұрғылау қондырғысының асинхронды
қозғалтқышының және жиіліктік-реттелетін жетектің математикалық
моделдерін тұрғызу; түзілген фазалық портрет негізінде автоматты басқару
жүйесінің анализін жасау, яғни нысанды орнықтылыққа зерттеу; басқару
критериін көрсету; басқару жүйесінің синтезін жасау, яғни бұрғылау үрдісін
басқарудың тиімді жүйесін ұсыну.
2.2 Бұрғылау қондырғысының аналитикалық математикалық
моделін құру
Өндірістің жоғары өнімділігі, әсіресе шаруашылықты күшейтіп жүргізу
әдістері халықтың өмір деңгейінің жоғарлатуына алдыңғы жағдай жасаудың
керекті және қажетті шаралары. Өндірістің тиімділігінің жүйелі өсуі халық
шаруашылығының басқару деңгейінде өткізілетін барлық шаралар
комплекстері арқылы жүргізіледі, соның ішінде ғылым және техника
жетістіктерінің жылдам енгізілуі, жүмыс істеп тұрған өндірістерді техникалық
қайта қамтамасыз ету.
Бүгінгі күнде, бұрғылау қондырғысының өнімділігін реттеу тәсілдері
келесі стандартты тәсілдермен көрсетіледі:
- тапсырмаларды қолдану;
- жұмыс iстейтiн бұрғылау қондырғыларының санның өзгерту.
Бұл әдістің негізгі кемшілігі, барлық жағдайда бұрғылау қондырғылары
толық (номиналды) қуатпен жұмыс істейді, сол мезетте электрэнергиясын
бос шығындайды.
Жиіліктік-реттелетін жетекпен (ЖРЖ) бұрғылау қондырғысын реттеу
электрэнергиясын үнемдеуге мүмкіндік береді, сол уақытта кері байланысты
қолданып, керекті жүйе параметрлерін тұрақты сақтап тұрады.
Сонымен қатар, ЖРЖ қолдану жүйелерді апатты жағдайлардан
қорғайды, алайда оның қолданысы гидросоққылардан сақтап, жүктемелерді
төмендетеді.
ЖРЖ-гін пайдалану, бұрғылау қондырғысы өнiмдiлiгін реттеуiн
қамтамасыз етеді:
- электрэнергиясын елеулі үнемдейді;
- стандартты реттеу барысында туатын мәселелерді, апатты
жағдайлардан қорғап, жөндеуге кететін шығындардан сақтайды;
- жабдық қызмет ету мерзiмiн жоғарылатады;
32
- басқарудың локалды ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz