2Д-394С и Б-269С достигается при отклоняющих силах соответст венно 900 и 1200 кгс и составляет 35 и 37 кВт при вращающих моментах 84 и 82 кгс-м. Нетрудно заметить, что турбобур при работе только под действием отклоняющей силы не развивает возможные мощность и вращающий момент. Расчеты показывают,
что турбобур Т12МЗ-9" |
при расходе промывочной |
жидкости |
35,2 л/с в случае работы |
только под действием осевой |
нагрузки |
10 тс развивает максимальную мощность 65 кВт при вращающем моменте на долоте Б-269С 160 кгс • м.
Проведенные опыты свидетельствуют о значительном влиянии отклоняющей силы и диаметра трехшарошечного долота на энер гетические параметры турбобура. Следовательно, при проходке наклонных скважин выбор параметров режима бурения и основ ных размеров отклоняющих компоновок должен быть осуществ лен с учетом диаметра долота и величины отклоняющей силы.
Характеристика турбобура при зарезке нового ствола
Процессы зар,езки нового ствола, а также бурения наклонных скважин в момент поддержания долота в положении мертвой точки с целью более интенсивного фрезерования стенки ствола и искривления скважины характеризуются тем, что на долото дей ствует только отклоняющая сила. Развиваемые при этом турбо буром энергетические параметры будут зависеть от модели и со стояния турбобура и долота, физико-механических свойств прохо димых пород и величины отклоняющей силы. Последняя будет изменяться в определенных пределах в зависимости от изменения диаметра и приращения искривления скважины на участке системы долото—турбобур, положения отклоняющей компоновки относи тельно азимута искривления ствола.
В рассматриваемом процессе создаваемой турбиной турбобура вращающий момент М затрачивается на преодоление сопротивле ний, встречаемых долотом Л4Д, в упорном подшипнике (пяте)
и в радиальных подшипниках Мпр
/И=Л4д+ М пп+ /И пр. |
(111) |
Вращающий момент на долоте при зарезке нового ствола опре деляется по формуле (94).
При отсутствии осевой нагрузки на долото |
|
yWnn= / rrc= ( / r0-|--!J-o/:,r) гс> |
(112) |
где F — сила трения в пяте турбобура в кгс; F о — сила трения, не зависящая от осевой нагрузки на пяту, в кгс; Рт — осевая нагрузка
на вал турбобура от действия гидравлической нагрузки, |
веса вра |
||
щающихся деталей турбобура, долота и переводника в |
кгс; |
гс — |
|
средний радиус трения |
поверхности контакта подпятника |
в см; |
|
Ро— коэффициент трения |
трущихся поверхностей пяты. |
|
|
1 0* |
147 |
|
Средний радиус трения |
|
|
|
|
|
гс |
1 I |
' |
|
(113) |
|
|
гп+ |
гв |
|
|
где |
гв — наружный и внутренний радиусы диска пяты в см. |
||||
|
Осевая нагрузка на вал турбобура |
|
|
|
|
|
Р г= Р ? + О р+ О д,„ |
|
(114) |
||
где |
Р°г— гидравлическая нагрузка |
на |
вал |
турбобура |
в кгс; Gv — |
вес вращающихся деталей турбобура |
в кг; |
G;i„ — вес долота и пе |
|||
реводника в кг. |
|
|
|
|
|
|
Гидравлическая нагрузка на вал турбобура |
|
|||
|
rut2 |
|
|
|
(П5) |
|
^ ! = - г Ч / Ч - Л , + р .п), |
||||
где dcp— средний расчетный диаметр турбины в см; Р — перепад давления в турбине в кгс/см2; Рп— потери давления в верхнем узле турбобура в кгс/см2; Ряп — потери давления в долоте и пе реводнике в кгс/см2.
Потери момента в радиальных опорах турбобура складыва ются из потерь моментов в нижней МР{, первой МРч и второй МРз
средних опорах и в радиальной части пяти МР/, |
т. е. |
/=■1 |
|
м п р = 2 ^ Р,. |
(иб) |
/= 1 |
|
Значение Мр. определяется из выражения |
|
МР/= '- ,( Л + К-/М,от), |
(117) |
где г,-, Fj — соответственно наружный радиус втулки в см и сила трения в кгс, не зависящие от Рот, в соответствующей радиальной опоре; р,-— коэффициент трения; Ь* — коэффициент, учитывающий распределение Р0т в радиальных опорах турбобура *.
Следовательно
|
/ = |
4 |
|
•/1'1пт= |
Гс (Т^о-Ьро/3r ) r 2 |
ri ( 5 ( “НА/А ^от)• |
(118) |
|
/= 1 |
|
|
Момент, развиваемый турбиной турбобура, |
|
||
|
УИ=;ИТ( 1 - ^ - ) ., |
(119) |
|
где Мт — тормозной |
момент турбины в кгс-см; пх — скорость вра |
||
щения турбины при холостом режиме в об/мин. |
|
||
* А. А. Ахмедов, Э. Б. Мамедзаде. О моменте трения в радиальных опорах турбобура.— «Азербайджанское нефтяное хозяйство», 1973, № 6.
148
Подставив в уравнение |
(111) |
значения |
М, |
/Ид и Мпт и |
при |
|
няв обозначения: |
|
/ = 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A = r CF 0-(- 2 г>Рi> |
|
|
|
|||
В \— 'Wc; |
/= i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
( = 4 |
|
|
|
|
|
в 2= |
/2= 1^ biri ; |
|
|
|
|
|
получим |
|
|
|
|
|
|
— — j = y i /l 0 - |
f |
- |
- |
A |
‘ Р от- |
( 1 2 0 ) |
Уравнение (120) позволяет получить основные параметры, ха рактеризующие холостой, тормозной и рабочий режимы работы турбобура, для условий зарезки нового ствола.
При холостом режиме отклоняющая сила на долоте РОт = 0 и
вал турбобура имеет разгонное число оборотов |
(п = пр). |
Тогда |
|
М0= М Т(l - J ^ - A - B , P T. |
(121) |
Опыты показывают, что у нормально собранных турбобуров разгонное число оборотов составляет примерно 80% холостых обо ротов [71].
Значение отклоняющей силы Ртот, при котором наступит оста
новка турбобура (тормозной режим), определится |
из уравнения |
||
(120) при условии, что п = О |
|
|
|
р т __М т — М 0 — А — B jP ,. |
( 122) |
||
от |
м ;л + в 2 |
||
|
|||
Формулой (122) можно |
пользоваться для тех |
условий, когда |
|
при увеличении отклоняющей силы будет иметь место плавное снижение числа оборотов вала турбобура вплоть до полной оста новки. Однако в практических условиях, в особенности при раз рушении пластичных пород, после достижения некоторых мини мальных значений числа оборотов пт \п, составляющих примерно 150-4-200 об/мин, в случае дальнейшего незначительного увеличе ния отклоняющей силы турбобур останавливается. Чем больше пластичность горных пород, тем больше величина nmln. С учетом изложенного, значение Р *т должно быть определено из уравнения
(120) при условии, что П = |
ПтЧ\ |
0Т |
(123) |
м ; а + в 2 |
Отметим, что из практики проходки наклонных скважин изве стны случаи, когда турбобур с отклонителем, находясь в плоскости наименьшего напряженного состояния, т. е. в плоскости искривле
на
ния ствола, запускался (иногда после некоторого расхаживания), но затем при повороте на некоторый угол для установки компо новки в требуемом направлении с целью исправления азимута скважины останавливался. Это является следствием увеличения от клоняющей силы на долоте при повороте компоновки на некоторый угол относительно направления искривления скважины.
Из совместного решения выражений (94) и (120) относительно
.Мд получим
К * К |
( * “ i t ) ~ |
А ~ В 1р г ] + * 2 * 0 |
(124) |
|
■Муд + |
В2 |
|
|
|
Зависимость между скоростью вращения вала турбобура и от клоняющей силой на долоте выводится из уравнения (120) и имеет
вид |
|
п== и*. ~щ (М а-\-А-\-В\Рг) — -щ • (Л'/уд—(—^ 2 ) Рот- |
(125) |
В этом выражении |
|
ПР = П ' ~ Ж W o + A + B iP r) |
(126) |
представляет собой разгонное число оборотов турбобура при РОт= 0. Обозначив
К = 1 |
* ; ( м у *+ В г). |
(127) |
получим |
|
|
п = |
пр — КРот. |
(128) |
Из формулы (128) следует, что с увеличением |
отклоняющей |
|
силы число оборотов вала турбобура снижается с интенсивностью углового коэффициента К. При точных расчетах следует иметь в виду, что с увеличением Р0т величина коэффициента К повы сится в результате снижения числа оборотов вала турбобура и по
вышения коэффициентов трения цс и р,;. Решив выражение |
(128) |
■ относительно К, получим |
|
К |
(129) |
т. е. К представляет собой сброс числа оборотов вала турбобура при увеличении Р 0т на 1 кгс.
Зависимость вращающего момента на долоте от скорости вра
щения |
при фрезеровании стенки ствола определяют из равенств |
|
(94) и |
(128) |
|
|
м" |
(130) |
|
М&= М 0-\— др- {tip п). |
|
150