Пример расчета характеристики турбобура

Условия задачи

Требуется определить характеристику и вариант сборки тур бобура для следующих условий:

1. Интервал бурения 1500 - 3000 м

2. Типоразмер долота III 215.9СГВ

3. Удельный момент на долоте 0,0125 м

4. Расход бурового раствора 30 л/с (0,030 м³/с)

5. Плотность бурового раствора 1,15 г/см³ (1150 кг/см³)

6. Осевая нагрузка на долото 160 кН (16 тн)

7. Частота вращения долота 400 - 450 об/мин (6,7-7,5 с')

8. Диаметр турбобура 195 мм

9. Количество турбинных секций 3

10. В наличии имеются ступени турбин диаметром 195 мм:

26/16,5-195 (от турбобура ЗТСШ 1-195)

А7Н4С (от турбобура А7Ш)

ТВМ-195 (высокомоментная)

Этапы расчета

Результаты расчета

Тормозной момент

турбобура

M_s = 2mG = 2 х 0,0125 х 160 х 10³ = 4000 Нм

Общее количество

ступеней турбин

Z_s = 3x 110= 330

Требуемый тормозной

момент одной ступени

турбины

М₁ = 4000 /330= 12,12 Н.м

Выбор типа турбины

по табл. 15.1

Пересчитав энергетические параметры турбин диаметром 195 мм, имеющихся в наличии и приведенные в табл. 3, на заданные значения расхода и плотности бурового раствора по формулам табл.15.4, сравнив их с требуемой величиной тормозного момента одной ступени турбобура, выбираем для дальнейших расчетов два типа турбин: Л7Н4С и ТВМ-195. Турбина 26/16,5-195 не подходит из-за недостаточной величины крутящего момента.

Параметры 1 ступени турбин при Q = 30 л/с и ρ = 1,15 г/см³:

-26/16,5-195 М_т= 10,67 Н.м, n_x = 14,87 с^-1 , p = 0,015 МПа

-А7Н4С М_т= 16,65 Н.м n_x = 19,8 с^-1, p = 0,038 МПа

-ТВМ-195 М_т= 14,88 Н.м n_x = 19,26 с^-1 , p = 0,022 МПа

Количество ступеней

турбины

А7Н4С - Z = M_S/M, =4000/16,65= 240

ТВМ -195 - Z = 4000 / 14,88 = 269

Поскольку количество ступеней турбины обеспечивающее

требуемую величину тормозного крутящего момента - 4000

Н.м, оказалось меньше номинального - 330, оставшееся место может быть заполнено ступенями гидродинамического торможения ГТ, тем более, что частота у вращения выбранных типов турбин превышает необходимую величину.

Количество ступеней

гидроторможения ГТ

А7Н4С - Z_ГТ = 330 - 240 = 90

ТВМ-195 – Z_ГТ = 330 - 269 х 0,92 = 83

В случае с турбиной ТВМ-195 количество ступеней ГТ увеличено на 8 %, т.к. осевая высота ступени этой турбины на 8 % меньше, чем у серийных турбин

Частота вращения на

рабочем (экстремальном) режиме

A7H4C-0,5 n_x/(l +Z_ГT/Z) = 0,5x 19,8/(1 + 90/240) - 7,2с¹ =

= 432 об/мин

ТВМ-195- 0,5 х 19,26/(1 + 83/269) = 7,35с^-1 = 441 об/мин

Перепад давления на

рабочем (экстремальном) режиме

А7Н4С - Р_s = Р + Р_ГТ + Р_о = 0,038x240 + 0,0065х 1150х0,03²х90 + 0,4x1,15x2,25 = 10,77 МПа

ТВМ-195 - 0,022x269 + 0,0065х 1150х0,03²х83 + 0,4х 1,15x2,25= = 7,51 МПа

Выводы

Разница в величинах перепада давления 10,77 - 7,51 = 3,26 МПа, позволяет сделать выбор в пользу турбобура собранного с турбиной ТВМ-195 (269 ступеней) и ступенями гидродинамического торможения (83 ступени).