9. Область применения и особенности гидравлических расчетов при бурении с аэрированными буровыми растворами

Аэрированные промывочные жидкости представляют собой смеси пузырьков воздуха с промывочными жидко­стями – водой, глинистыми, нефтеэмульсионными и другими растворами. Плотность аэрированной жидкости намного больше плотности воздуха и меньше плотности промывочной жидкости, из которой она получается, и находится в пределах 0,6–1,1 г/см³ а чаще 0,85–1,05 г/см³. Практически отношение объема воздуха к объему жидкой фазы в аэрированной жидкости достигает 30:1. Для повышения стабильности аэрированных жидкостей в их состав вводят реагенты – ПАВ и пенообразователи.

ρ_АЖ=(0,8-0,95)ρ_Ж Р_{С АЖ}=(0,8-0,95) Р_{С Ж} ,

«+»: высокая мех.скорость

уменьшается интенсивность поглощения

можно плавно регулировать ρ_аж

«–» дополнительное устьевое оборудование

удорожание оборудования и его эксплуатации

увеличение коррозионной активности

все растворы кроме воды трудно диаэрируются

Область применения:

– в поглощающих горизонтах

– пласты которые возможно бурить водой

Особенности гидравлического расчёта

1. Q_Ж рассч-ся как обычно, Q_Г – из условия Р_С≈Р_ПЛ

2. ΔР=?

3. Uжид. ф. ≠ U газ. ф. В трубах Uжид. ф. > U газ. ф.

в КП Uжид. ф. < U газ. ф.

4) В ПР-ССЕ долбления Рнасоса = var

t₁ – вкл компрессор

t₂ – пузырьки на забое

t₃ – вся СКВ заполнена АБПЖ

t₄ – выкл компрессор

t₅ – БПЖ без газа на забое.

t < t₀ Q_г=0 ;

t₂ > t > t₁ Q_г>0 плотность в трубе < плотности в кп

t > t₃ плотность в трубе > плотности в кп

t > t₄ Q_г =0

Выбор насоса произв-ся не по Рраб, а по Рmax при t₂

Хар-ка аэрированных ж.: объемное газосодержание

расходное газосодержание

степень аэрации

структура гж потоков (эмульсионная, стержневая, пробковая и туман)

10. 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.

Д ругая 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

Э ЛЕКТРОБУР

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.