Турбінний спосіб буріння

Особливість даного способу полягає в тому, що потік промивальної рідини є енергоносієм для турбіни турбобура, а швидкість обертання вала (відповідно і долота) залежить від осьового навантаження. Таким чином, при турбінному спо­собі буріння всі режимні параметри взаємопов'язані.

Розрахунок параметрів режиму буріння при турбінному способі ведуть в такій послідовності:

1. Визначають осьове навантаження на долото, швидкість обертання долота, та витрату промивальної рідини аналогічно, як при роторному способі буріння.

2. Вибирають тип турбобура. При виборі типорозміру враховують розраховану швидкість обертання та витрату рідини. Узгоджують витрату промивальної рідини з необхідною і технічною характеристикою бурового насоса даної установки.

Перераховують параметри турбобура за формулами:

(3.21)

, , , , , – відповідно швидкість обертання, крутний момент, перепад тиску, потужність, густина та витрата промивальної рідини за характеристикою турбобура;

, , , –перераховані швидкість обертання, крутний момент, перепад тиску та потужність при заданих густиш та витраті .

Стендову та приведену характеристику вибраного ти­порозміру турбобура подати у вигляді таблиці 3.6.

Таблиця 3.6 – Стендова та приведена зарактеристика турбобура.

Необхідно мати на увазі, що витрата промивальної рідини повинна бути дещо більшою за розраховану з умови очищення вибою та виносу шламу.

3. Перевіряють можливість реалізації вибраного осьового навантаження на долото та швидкості обертання долота.

Для цього визначають момент, необхідний для реалізації вибраних параметрів режи­му буріння.

Момент, який витрачається при турбінному способі, визначають за формулою:

, (3.22)

де – момент, що витрачається в турбобурі, ;

–момент на тертя в осьовій опорі, .

, (3.23)

де –навантаження, яке діє на осьову опору, Н;

– коефіцієнт тертя в осьовій опорі;

=0,075-0,085 – для гумово-металевих опор;

=0,015-0,016 – для опор кочення;

–приведений радіус тертя, м.

,(3.24)

де –гідравлічне навантаження на осьову опору, Н;

–вага обертових деталей турбобура включаючи долото, маховик, Н.

При відсутності маховика і даних про вагу обертових деталей турбобура, нехтуючи вагою долота наближено вагу обертових деталей турбобура визначають за формулою:

, (3.25)

де – вага турбобура, Н.

, (3.26)

де –середній діаметр каналів турбіни, м;

Якщо геометричні розміри турбіни відсутні, то наближено середній діаметр каналів турбіни можна визначити за формулою:

(3.27)

–перепад тиску в турбобурі та долоті, Па.

,

де – перепад тиску в турбобурі.

Перепад тиску в турбобурі визначають за формулами (2.27) і (2.28):

,

, (3.28)

де , –відповідно зовнішній та внутрішній радіуси поверхні тертя, м;

При відсутності даних наближено радіус тертя можна знайти за формулою:

, (3.29)

де –зовнішній діаметр турбобура, м.

Можливі такі варіанти:

а) , (3.30)

В даному випадку розраховані режимні параметри залишаються без змін.

де - – приведений (перерахований) момент турбобура.

б) (3.31)

У даному випадку турбобур недовантажений.

Проте недовантаження турбобура призводить до збільшення його швидкості обертання (у порівнянні з приведеною). Тому необхідно перевірити чи не вийде швидкість обертання за межі допустимої (розрахованої із умови необхідного часу контакту зуба долота з породою). Для цього визначають швидкість обертання за формулою:

, (3.32)

де – гальмівний момент турбобура, Н·м.

При відсутності стендових даних гальмівний момент наближено можна знайти за формулою:

, (3.33)

де – приведений момент турбобура, Н·м.

Якщо розрахована швидкість менша ніж допустима (), то вибране осьове навантаження на долото можна залишити без змін.

Якщо розрахована швидкість більша ніж допустима (), то для її зменшення можна збільшити осьове навантаження на долото.

Навантаження на долото з умови нормальної роботи турбобура знаходять за формулою:

Якщо – беруться верхні знаки (мінус), а якщо – нижні знаки (плюс).

Розрахункову величину осьового навантаження порівнюють з допустимим навантаженням на долото [ ].

Якщо отримане значення осьового навантаження на долото з умови нормальної роботи турбобура менше ніж допустиме , то це значення вважають режимним параметром.

Якщо отримане значення більше ніж допустиме , то це свідчить про те, що повністю зменшити швидкість обертання турбобура збільшенням осьового навантаження неможливо. Для зменшення швидкості обертання необхідно зменшити витрату промивальної рідини.

Значення нової витрати визначаємо за формулою:

, (3.34)

де – ступінь зменшення (або збільшення) витрати промивальної рідини.

– витрата, яка необхідна для умови рівності моментів ()

Ступінь зменшення витрати визначають за формулою:

(3.35)

Отримане значення витрати необхідно перевірити на достатність для видалення шламу.

в) (3.36)

Турбобур перевантажений, тобто можливостей турбобура не вистачає для реалізації розрахованих режимних параметрів. У даному випадку вживають заходи або для зменшення моменту, який витрачається на руйнування гірської породи, або збільшують енергетичні можливості (момент) турбобура. Зменшення моменту здійснюють зменшенням осьового навантаження на долото до рівності моментів. Проте значне зменшення осьового навантаження на долото може призвести до малоефективного (втомного або поверхневого замість об’ємного) руйнування гірської породи, що не бажано.

Збільшити момент вибраного турбобура можна шляхом збільшення витрати промивальної рідини. Проте у цьому випадку необхідно зробити перевірку на допустиму швидкість обертання та гідравлічні втрати тиску.

Інший варіант – збільшення кількості секцій даного турбобура, якщо дозволяє конструкція турбобура.

Якщо перелічені варіанти не задовільняють умову, то вибирають або інший тип турбобура, або інший тип гідравлічного вибійного двигуна(наприклад гвинтовий вибійний двигун), або інший спосіб буріння (наприклад роторний).

4. Перевіряють можливість реалізації витрати промивальної рідини. Для цього визначають гідравлічні втрати тиску в елементах циркуляційної системи аналогічно як при роторному способі буріння. При цьому у формулу загальних втрат необхідно додати втрати тиску в турбобурі.

Якщо сумарні втрати тиску дорівнюють або менші за тиск, що розвиває насос при заданому діаметрі втулок то перевірку закінчують. В іншому випадку визначають допустиму глибину буріння даним турбобуром, а для подальшого буріння або зменшують витрату промивальної рідини, або вибирають інший тип турбобура або інший тип гідравлічного двигуна, або інший спосіб буріння.

Визначають можливість використання гідромоніторного долота. Необхідно враховувати, що при турбінному способі буріння гідромоніторні долота можна використовувати лише при наявності шпинделя з ущільненням.

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 132; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!