2.3 Эксплуатация бурильной колонны

Подготовка бурильных труб к эксплуатации. Все трубы и соединительные элементы (замки, соединительные муфты, переводники), предназначенные для работы в скважинах, перед вводом их в эксплуатацию в соответствии с требованиями государственных стандартов, нормалей и технических условий подвергают на трубных базах внешнему визуальному осмотру, инструментальному обмеру основных размеров и проверке качества нарезки резьбы гладкими и резьбовыми калибрами. Особенно тщательно осматриваются и проверяются резьбовые соединения. Резьба должна быть гладкой, без заусениц, задиров и других дефектов, нарушающих ее непрерывность, плотность и прочность.

Трубы и замки, признанные годными после контрольной проверки их качества непосредственно на трубной базе, перед пуском в работу свинчивают и крепят между собой.

3 Роторы

3.1 Назначение и устройство

Р оторы предназначены для вращения вертикально подвешенной бурильной колонны с частотой 30—300 об/мин при роторном бурении или восприятия реактивного крутящего момента при бурении забойными двигателями. Они служат также для поддержания на весу колонн бурильных или обсадных труб, устанавливаемых на его столе, на элеваторе или клиньях. Роторы также используются при отвинчивании и свинчивании труб в процессе СПО, ловильных и аварийных работ. Ротор представляет собой как бы конический зубчатый редуктор, ведомое коническое колесо которого насажено на втулку, соединенную со столом. Вертикальная ось стола расположена по оси скважины.

На рис. V.1 показана схема ротора. Стол 5 имеет отверстие диаметром 250—1260 мм в зависимости от типоразмера ротора. В отверстие стола устанавливают вкладыши 7 и зажимы ведущей.

Стопорное устройство 10 служит для фиксации стола ротора.

Р укоятка управления стопорным устройством расположена в углублении верхней ограды ротора. В углублении она защищена от повреждений и, кроме того, не мешает работать. При переводе рукоятки в рабочее положение выдвигается упор, входящий в одну из специальных прорезей на наружной поверхности стола, и препятствует вращению.

Для облегчения труда рабочих и ускорения СПО роторы комплектуют пневматическими клиновыми захватами, для чего на роторе предусмотрен кронштейн, к которому присоединяется механизм подъема и опускания в отверстие ротора клиньев.

Диаметр отверстия в столе ротора и максимальная статическая нагрузка на стол ротора — основные классификационные параметры. Они определяют максимальный диаметр долота и максимальные диаметр и вес обсадной колонны, которая может быть спущена в скважину.

3.2 Расчет роторов

Мощность, передаваемая на ротор

(V.1)

где N_х и N_д— мощность, затрачиваемая соответственно на холостое вращение труб и разрушение пород, кВт; η_р=0,90,95 — к.п.д. ротора.

(V.2)

Здесь ρ — плотность бурового раствора; d — наружный диаметр бурильных труб, м; L — длина бурильных труб, м; n — частота вращения бурильной колонны, об/мин; с — коэффициент, учитывающий угол искривления скважины:

Угол искривления, градус	6	6—9	10—25	26—35
Коэффициент с	19—29	30—34	35—46	47—52

(V.3)

где k=0,20,3 — для изношенного шарошечного долота, k = 0,10,2 — для нового долота при бурении в твердых породах; Р_д—нагрузка на долото, кН; D_д—диаметр долота, м.

Долговечность ротора зависит в основном от конструкции, качества изготовления, действующих на него нагрузок и ухода за ним. Наиболее уязвимые элементы ротора — его коническая зубчатая передача и опоры стола. Поскольку размеры ведомого колеса определяются конструктивно диаметром проходного отверстия стола ротора, число его зубьев выбирают в зависимости от модуля, получаемого расчетным путем, и передаточного отношения u=2,5  4. Модуль зубчатых конических колес обычно находится в пределах 10—20 мм.

Действующие нагрузки на элементы ротора определяют общепринятыми при расчете деталей машин методами. Размеры опор стола ротора выбирают по конструктивным соображениям в зависимости от диаметра проходного отверстия стола ротора, а число тел качения и их размеры — в зависимости от величин действующих нагрузок. Долговечность опор ротора обычно принимают 3000 ч при эквивалентной динамической нагрузке, создаваемой при вращении бурильной колонны заданной длины при частоте вращения ее 100 об/мин. Если расчет показывает, что ротор удовлетворяет этой долговечности, то его можно применить для выбранной бурильной колонны.

Пример V.1. Определить потребляемую мощность для привода ротора при:

L=3500 м; Р_д=100150 кН; D_д=0,394 м; ρ=1,5 г/см³; d=0,127 м; n = 150220 об/мин; с=25; k=0,3; η_р=0,8.

Решение

Мощность на холостое вращение бурильной колонны находим по формуле (V.2)

N_х = 251,50,127²-3500150^1,7 10^-5) = 105 кВт;

мощность на вращение долота вычисляем по формуле (V.3)

N_д = 3,5 0,31500,39415010^-2 = 93 кВт;

мощность, необходимая для привода ротора, определяется по формуле (V.1).

N_р = (105 + 93)/0,8 = 247 кВт.

Пример V.2. Определить число зубьев звездочки, которую необходимо поставить на вал привода ротора Р-560 при частоте вращения стола 50 об/мин.

Лебедка имеет привод от ДВС (диапазон регулирования R = 1,5) через трехскоростную КПП при частоте вращения на первой скорости от 140 до 210 об/мнн; число зубьев звездочки на трансмиссионном валу лебедки z_л1=27.

Решение.

Вычисляем среднюю расчетную частоту вращения звездочки лебедки

n_л.ср = (140+ 210)/2= 175 об/мин.

Частота вращения ведущего вала ротора n_вр при частоте вращения стола n = 50 об/мин

n_вр = n_вр u_р = 503,61 ≈ 180 об/мин,

где u_р — передаточное число ротора (см. табл. V.1).

Число зубьев звездочки ведущего вала ротора

z_вр = n_л.срz_л1/n_вр = 17527/180 = 26,2.

Принимаем с округлением z_вр = 26 зубьев, тогда средняя частота вращения звездочки лебедки

n_л.ср = n_вр z_вр/z_л1 = 18026/27 = 173 об/мин.

Такая частота вращения может быть обеспечена лебедкой.