Мощность на долоте
Мд
975
Выражения мощности на долоте через отклоняющую силу и число оборотов вала турбобура
^ й==~&7Е~X
Х ( М 0+ М у д Р о т ) |
( ,1 р — К |
Р от); |
(13 1 ) |
|
|
|
|
||
^ д = _ 975~ (^ о + у^УД |
^ — ] • |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
(132) |
|
|
|
|
На рис. 51 представлены зави |
|
|
|
|
|||||
симости энергетических |
парамет |
|
|
|
|
||||
ров турбобура |
Т ^ М ЗБ -б5^ 7 от |
|
Отклоняющая сила |
кгс |
|||||
отклоняющей |
силы на долоте |
|
|||||||
|
|
|
|
||||||
ОМ-190С. Они построены для сле |
Рис. 51. |
Зависимости |
энергетических |
пара |
|||||
дующих условий: |
|
|
метров |
турбобура от |
отклоняющей |
силы |
|||
|
|
|
на долоте |
|
|||||
их, |
об/мин . . . |
|
|
|
1440 |
|
|||
М Т, |
кгс • см . . . |
|
|
|
17 000 |
|
|||
Пр, |
об/мин . . . |
|
|
|
1080 |
|
|||
Q. л/с |
............. |
|
|
|
|
30 |
|
||
р, |
г/см 3 ................ |
|
|
|
|
1.2 |
|
||
гс, |
|
с м |
................... |
|
|
|
|
5,35 |
|
Г], |
|
с м |
................... см . . . . |
|
|
|
4,75 |
|
|
г2, |
г 3 , |
|
|
|
6,5 |
|
|||
Р °, |
к г с ................ |
|
|
|
|
7 900 |
|
||
Ор, |
к г ................... |
|
|
|
|
|
550 |
|
|
Р г, |
к г ................с |
|
|
|
|
8 476 |
|
||
М 0, кгс • см . . . |
|
|
|
1 166 |
|
||||
уИуд, кгс • см/кгс |
|
|
|
4 |
|
||||
при скольжении: |
|
|
|
0,06 |
|
||||
Но........................... |
к г с |
|
|
|
|
|
|||
F 0, |
|
|
|
|
40 |
|
|||
М-г....................... |
кгс . |
, |
|
|
|
0,02 |
|
||
F i , |
|
|
|
10 |
|
||||
при покое: |
|
|
|
|
0,14 |
|
|||
Но........................... |
к г с |
|
|
|
|
|
|||
F 0. |
|
|
|
|
80 |
|
|||
H i ................................. |
кгс . . . . |
|
|
|
0,11 |
|
|||
F i , |
|
|
|
20 |
|
||||
Из рис. 51 следует, |
что |
энергетические параметры турбобура |
|||||||
в зависимости от отклоняющей силы имеют аналогичный характер, что и в зависимости от осевой нагрузки на долото. Разница за ключается в том, что работа турбобура от холостого режима до тормозного протекает при кратно меньшем диапазоне отклоняю щей силы, оптимальные знаяения вращающего момента и мощно-
151
стн значительно меньше возможных величин. Это объясняется тем, что турбобур в рассматриваемых условиях (Я0с = 0) работает по стоянно под действием осевой нагрузки на пяту сверху вниз, т. е. не разгружается.
Полученные зависимости выражают комплексную характери стику процесса зарезки нового ствола ОТДС (отклонитель—тур- ■ бобур—долото—стенка ствола) при отсутствии осевой нагрузки на долото.
Характеристика турбобура при бурении наклонных скважин
При работе турбобура, вследствие потерн мощности и момента на трение в упорном резнноподшипнике (пяте) и радиальных опо рах, зависимости N(n) и М(п) отличаются от таковых для тур бины. На эти зависимости оказывают влияние модель п состоя ние турбобура и долота, механические свойства проходимых по род. Поэтому их называют комплексными характеристиками про цесса турбинного бурения ТДЗ (турбобур—долото—забой).
Установлению этих зависимостей посвящен ряд работ [66, 71, 76 н др.]. Однако все они рассматривают случаи бурения верти кального ствола, когда на долото действует только осевая на грузка. Поэтому установленные в этих работах зависимости не
могут характеризовать случаи турбинного бурения |
наклонных |
скважин, когда на долото, помимо осевой нагрузки, |
действует |
также отклоняющая сила. В этих случаях одновременно разруша ется забой п фрезеруются стенки ствола.
Наличие отклоняющей силы на долоте вызывает дополнитель ные потери мощности п момента на преодоление сопротивлений, связанных с процессом фрезерования стенки ствола боковой по верхностью долота, а также увеличением трения в радиальных опорах турбобура.
Практика проходки наклонных скважин показывает, что при работе с отклонителем по сравнению с обычным бурением облицо
вочная резина |
ниппеля турбобура преждевременно |
выходит |
из |
||||
•строя. |
Такое |
явление |
тем |
заметнее, |
чем |
больше |
от |
клоняющая сила на долоте |
(меньше длина турбобура, больше угол |
||||||
перекоса |
осей |
резьб кривого |
переводника). |
Например, при |
ра |
||
боте 65/s" укороченными турбобурами для зарезки и интенсивного искривления ствола после 3—5 рейсов с отклонителем облицовоч ная резина ниппеля выходит из строя.
Указанные явления, возникающие вследствие наличия откло няющей силы на долоте, будут существенно влиять на рабочие ха рактеристики турбобура. Поэтому комплексная характеристика процесса турбинного бурения наклонных скважин, т. е. с наличием отклоняющей силы па долоте, ОТДЗС (отклонитель—турбобур— долото—забой—стенка ствола) будет отличаться от комплексной характеристики турбинного бурения вертикальных скважин ТДЗ.
152
Определим характеристику турбобура в случае бурения на клонных скважин с наличием отклоняющей силы на долоте.
При бурении наклонных скважин развиваемый турбиной тур бобура вращающий момент М также характеризуется зависимо стью (111). Вращающий момент на долоте Ма при совместном действии осевой нагрузки и отклоняющей силы определяют по формуле (99).
Потери вращающего момента в |
упорном |
подшипнике |
(пяте) |
|
с учетом действия осевой нагрузки |
|
|
|
|
^ |
пп= [ / г0 ± Но (Л— Лк)] гс. |
(133)' |
||
В формуле (133) |
и в дальнейшем верхний |
знак при Р 0с<Рг,. |
||
а нижний — при Р0С>Рт- |
|
|
|
|
Общие потерн в радиальных опорах турбобура |
|
|||
|
/ = 4 |
|
|
|
Л /пР= 2 ri ( ^ i + |
H A ^o T )- |
|
(134> |
|
|
/ = 1 |
|
|
|
Подставив в уравнение (111) значения М, Мк, Мпп и Мпр из выражений (119), (99), (133) и (134), принимая во внимание обо значения А, В 1 и В>, окончательно получаем
MT(l — ^-^— М0-\-А ± 5 ,Р г + (Жуд ± 5]) Р 0<.-\-{МУь-\-В^) Рот.
(135>
Уравнение (135) позволяет получить основные параметры хо лостого, тормозного и рабочего режимов работы турбобура при наличии пли отсутствии на долоте отклоняющей силы и осевой на грузки.
В процессе поддержания долота над забоем |
Рос= 0 и РотфО |
вал турбобура развивает число оборотов п'р < п р, |
т. е. меньше раз |
гонного числа оборотов над устьем скважины и над забоем при Рот = 0 вследствие трения и фрезерования стенки скважины. В этом случае (п = п')
М0 (Р0Т)= Л 4 Д=Л 4Т ( l - |
—A —B xPv — { /Иуд j52) Рот- |
(136> |
||
Решая |
уравнение (135) |
относительно |
Р0т и Рос при |
усло |
вии /г = 0, |
можно получить |
формулы для |
определения значений |
|
153-
отклоняющей силы и осевой нагрузки, при которых наступает ос тановка турбобура (тормозной режим)
Мт - М0 - А + Д ,РГ - (м 'ул + В ,) р 0с
(137)
Жуд + СВ2
Мт - М0 - А ± Д ,рг - (М"УЛ+ в 2) р 0т
(138)
М уд ± В 1
Формулы (137) и (138) могут характеризовать тормозной ре жим работы турбобура для условий бурения в крепких породах, когда по мере увеличения Рот и Р ос будет иметь место плавное снижение числа оборотов вала турбобура вплоть до полной оста новки. Однако в практических условиях, в особенности при буре нии мягких пород, после достижения некоторого минимального числа оборотов пт1п в случае дальнейшего незначительного уве личения нагрузки на долото наступает остановка турбобура. Та кая картина более наглядно проявляется в процессе работы с от клонителем и при разбуривании глинистых пород. Поэтому тор мозной режим работы турбобура в таких условиях должен быть определен при условии n = nmin
пт |
t1 _ П йг) - М ° ~ А ± В ' Р г - (М У* ± |
Яос |
(139) |
от— |
М у д + СВ2 |
|
|
|
|
пТ |
^ (! - - ^г) - м0- л + в , Р г - |
(м;а+ св2) Рот |
Р ос— |
------------ ------------ т~> ;—г----------------------- |
(140) |
В выражениях (137) — (140) коэффициенты трения ц0 и |л„ должны соответствовать состоянию покоя.
Вращающий момент на долоте при турбинном бурении с на личием отклоняющей силы определяют из совместного решения уравнений (99) и (135)
Жд= |
Муд[мт(1 - 7 ^ ) ± В ХР Г - а ] + В 2М 0 + (В 2М'уя ± М " В ,) Р ос |
; (141) |
||
---- 1 i |
^ |
„----------------------------- |
||
|
|
|
Муд + В 2 |
|
, |
м ; д[ м т ( 1 - ^ ) ± 5 1р г - л ] + д , м 0- ( Б 2/и;д ± а , м ; д) Р 0Т |
|
||
М ' у д ± В \
Скорость вращения вала турбобура в зависимости от отклоняю щей силы и осевой нагрузки определяют из уравнения (135)
п = 'Ь — щ ( М 0+ А |
± |
в <р г ) ~ ж ; ( м ул ± |
в ,) Рос- |
— ^ |
( м |
; л+ В 2) Р от. |
(143) |
154
Примем следующие обозначения:
п0= п , - ~ ^ ( М о-'г А ± а д .) ; |
|
|
Ъ = - М ;( М у * ± в & |
|
|
^2 = ^ - ( Ч д+ 5 2). |
|
|
Тогда |
|
|
я = |
/го — К2Рт — К 1 Р0с • |
(144) |
Поскольку значение |
Кл зависит от коэффициента |
трения цо, |
а значение К2— от коэффициента трения ц;, то при точных расче тах изменение скорости вращения вала турбобура от осевой на грузки и отклоняющей силы будет отличаться от линейной зави симости.
Ввиду того что в процессе бурения наиболее переменным ре
жимным параметром является осевая нагрузка, то |
рассмотрим, |
|||
как ее изменение будет влиять на величину п. |
|
|||
I- |
Р о с < Р г |
|
|
|
|
П о — п 'о — |
п р = —п |
х (M0+ A + 5 , P r); |
|
|
К , = К [ = ^ ( м ' ул- В {)- |
(145) |
||
|
п = |
пр— К2Рбт— К 1Рос• |
|
|
II. |
Р о с > Р г |
|
|
|
|
|
П0=По = |
Пр-\-!1о, , |
|
где |
|
|
|
|
Wo' ==2^ 7 j5ljDr;
(146>
п = t i p + П о , — К 2 Р 0 т — К 1P U L .
III. Р о с = Р г
по
п 0 = П о = П р - \ — ? р - ;
(147)
п = п г= п р-|— ^ — К2Рот — К \Р Т.
155