19. Влияние диф. И угнетающего давления на процесс и показатели бурения

Диф.давление- основной фактор определяющий показатели работ долот. Интенсивное снижение мех.скорости проходки происходит в начальный момент роста диф.давления до 1,4-5,6 МПа. Дальнейшее повышение диф.давление сопровождается стабилизацией мех.скорости. С увел-ем отрицательного диф.давления мех.скорость возрастает. С ростом осевой нагрузки на долото повышается чувствительность мех.скорости к изменению диф.давления.

Таким образом считается что при существующих режимах бурения диф.давления, как правило яв-ся основным фактором определяющим ТЭП бурения. При увел-нии диф.давления до 1,4-7 МПа в зависимости от условий бурения мех.скорость может уменьшиться в 2-5 раз.

Влияние диф.давления на мех.скорость заключается в ухудшении буримости гп вследствии роста их прочности на сжатие и возникновения усилий, принимающих частицы породы (шлам) к забою. Прижимающие силы имеют статическую идинамическую природу, и их значение представляет собой сложную функцию почти всех известных показателей, характеризующих процесс бурения.

Статическое давление обуславливает наличие стат-х сил кот-е удерживают шлам на забое, независимо от фильтрационных св-в разрушаемых пород, принимаем равным разности м/у гидростатическим Р на забое скв. и поровым (пластовым) Р.

В процессе развития магистральной трещины нач-ное Р в ее полости практически равен 0. Т.к гидрост-е Р > порового Р то над частицей по длине возникает динамический перепад Р, кот-й прижимает частицу к массиву породы, т.е. угнетает ее- угнетающее Р. В общем случае под угнетающем Р в отличии от представлений о динам-ком перепаде Р понимают разность м/у суммарным Р на забой и Р в трещине. Угнетающее Р в зависимости от условий разрушения проницаемых пород может изменяться в диапозоне значений от диф.давления до Р на забое скв.

При разрушении непроницаемых пород диапозон изменения угнет-го Р несколько меньше.

42,43,54,56,59. Расчет характеристик забойных двигателей

К настоящему времени разработано несколько типов забойных двигателей. Все их можно подразделить но виду используемой энергии на следующие классы:

1 – гидравлические забойные двигатели, которые преобразуют гидравлическую энергию потока промывочной жидкости в механическую мощность вращательного движения;

2 - электрические забойные двигатели (электробуры), работающие на электроэнергии.

Забойные машины 1-го класса по принципу действия подразделяются на турбобуры и объемные двигатели.

ТУРБОБУР

Рабочими характеристиками турбобуров принято называть две группы зависимостей : М_т.б.=f₁(n), N_т.б.=f₂(n), _т.б.=f₃(n), и

n=₁(G_д), М_д=₂(G_д), N_д=₃(G_д), _т.б. =₄(G_д),

где n,G,M,N,-частота вращения, осевая нагрузка, момент, мощность, и к.п.д. соответственно. Индексы «т.б.» и «д» относятся соответственно к турбобуру и долоту.

Целью расчета является определение:

1)нагрузки на долото, соответствующей максимальной мощности на валу турбобура;

2)области устойчивой работы забойного двигателя;

3)зоны повышенных вибраций вала турбобура (“запретной зоны”).

На рисунке : М_т, N_т – момент и мощность турбины;

, - разгонный и тормозной момент;

n_х, n_р, n_у, n_г –n_{о -} частота вращения “холостого”, разгонная , устойчивого, гидравлически разгруженной пяты и максимальной мощности турбины;

n_з- «запретная» область;

n_р,о – рабочая область;

М_в и N_в.- момент и мощность на валу турбобура.

Другая группа характеристик строится в зависимости от G_д. Для этого для различных значений G_дi откладываются значения n_i, М_дi и N_дi. При этом полезно иметь в виду, что поскольку зависимость n и М от G_д линейная, то достаточно нанести на график их значения в характерных точках : n=0, n_г и n_у и соединить полученные точки прямыми линиями. И лишь для построения графика N_дi=₃(G_дi) необходимо вычислить значения N_дi и в промежуточных точках G_дi.

Порядок расчета:

1. на основе исх. данных по ф-лам подобия вычисл. значения n₀, M_T0, ΔP_T, N_T

2. n_x=2n₀, M_ТОРМ=2М₀

3. ΔP_TБ. ΔP_д

4. G_Г- нагрузка при режиме гидр. разгруженной пяты

5. G_{ВРАЩ. ЧАСТЕЙ}=0,5G_ТБ, сред радиус вращения R_СР, коэф трения μ, уд. момент в опоре М_УД.ОП.

6. Δ М_ОП

7. М_ХХ- хол. хода

8. М_Р- разгонный

9. n_P - разгон, n_У- устойч.

10. М_УД

11. [G_Д]

12. последовательно через опр. интервалы задаются G_Дi и находят М_Вi и М_Дi

Затем строят раб. характеристики.

ОБЪЕМНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ

ЭЛЕКТРОБУР

Асинхронные двигатели для электробуров имеют жесткую характеристику, т.е. диапазон изменения их частоты вращения довольно ограничен. Ее изменение зависит от скольжения ротора относительно поля статора:

n = .

г де n – частота вращения ротора двигателя; f- частота тока; р - число пар полюсов (двигатели выпускают 10-, 8- и 6-полюсными); S - скольжение, при нор­мальной нагрузке скольжение S = 8-12 %. Вращающий момент (H·м) асинхронною двигателя электробура может быть подсчитан но формуле

,где m_l - число фаз обмотки статора; U₁ - напряжение на зажимах двигателя, В; R₂ - приведенное омическое со­противление ротора, Ом;

R₁, - омическое сопротивление фазы обмотки статора, Ом;

x_l - индуктивное сопротив­ление обмотки статора, Ом;

х₂' - приведенное индуктивное сопротивление ротора, Ом;

с, - коэффициент, завися­щий от напряжения на клеммах двигателя.

Как следует из формулы, вращающий момент двигателя прямо пропорционален квадрату напряжения на вводе двигателя. Снижение напряжения приводит к заметному падению вращающего момента. В связи с этим необхо­димо учитывать потери напряжения в токоподводе от поверхности к двигателю, а падение напряжения при крат­ковременных перегрузках двигателя рекомендуется компенсировать некоторым повышением напряжения на вво­де двигателя на 5-10% от номинального. Номинальное напряжение на клеммах электробуров составляет 1000-1200 В в зависимости от типа двигателя.

Коэффициент полезного действия двигателя при номинальной нагрузке составляет 66 – 68%. Поскольку механи­ческие потери в шпинделе на опорах качения сравнительно невелики, характеристику электробура можно при­нимать по характеристике двигателя.

Электроэнергия к забойному двигателю подводится по секционированному кабелю, помещенному внутри бу­рильной колонны.

Токоподвод может осуществляться по трех- или двухжильному кабелю. В последнем случае в качестве третьего провода используется бурильная колонна. Эта система питания носит название "два провода — земля" (сокра­щенно ДПЗ).

Система ДПЗ позволяет увеличить площадь сечения проходного канала в бурильной колонне и таким образом способствует снижению потерь напора при циркуляции промывочной жидкости по бурильной колонне. Каждую кабельную секцию помещают в отдельной бурильной трубе, и ее концы закрепляют в трубе на опорах с втулками, обеспечивающими некоторое свободное проворачивание кабеля при соединении труб. Секции соеди­няют в единую цепочку с помощью контактных элементов – контактного стержня на верхнем конце и контактной муфты па нижнем. Контактный стержень защищен от механических повреждений защитным стаканом. Со­единение контактных элементов происходит автоматически при свинчивании бурильных труб, при этом контакт­ный стержень входит в муфту с некоторым натягом, обеспечивающим герметичность соединения от проникнове­ния бурового раствора.