7.5. Динамика привода

Динамические свойства любой машины, в том числе и привода буровых установок, характеризуются инерционными параметрами, к которым относятся: m - масса узлов и элементов, кг; I - маховой момент; G - жесткость или упругость отдельных элементов привода и проводимой машины, Н/м (линейная жесткость) или Н·м/рад (угловая жесткость).

Момент, действующий на рассматриваемое звено

при разгоне (1); при торможении

где М_СТ - статический момент, приведенный к валу двигателя (при разгоне) или к валу тормоза (при торможении); ε – угловая ускорение вала двигателя или тормоза; I_i - приведенный к валу двигателя или тормоза момент инерции всех вращающихся и поступательно движущихся масс от рассматриваемого звена до наиболее удаленного от двигателя; i_i; η_i - передаточное число и к.п.д. передачи от двигателя до рассматриваемого звена.

С учетом характеристик двигателя выражение (1) записывается в следующем виде

,

где М_И - избыточный момент на валу двигателя; I - приведенный к валу двигателя момент инерции всех движущих масс.

Приведенный к валу двигателя момент инерции всех масс механизма

, где I_i - момент инерции i-й вращающейся детали; i_i - передаточное число от электродвигателя до i-й детали; m - масса поступательно движущихся деталей и колонны труб; υ - скорость поступательно движущихся масс, n_д - частота вращения двигателя.

В практических расчетах на прочность динамические перегрузки учитываются в расчетной нагрузке, определяемой по одному из следующих условий

М=М_maxК_Д; M=M_mК_П ,

где М - расчетная нагрузки (момент, усилие, давление); М_max - длительно действующая максимальная нагрузка; M_m - паспортная нагрузка; К_Д - коэффициент динамичности; К_П - коэффициент перегрузки.

Расчетную нагрузку удобнее определять по паспортной на грузке и коэффициенту перегрузки. Детали привода подъемного механизма рассчитываются по наибольшей нагрузке из числа предельных на каждой из скоростей подъема. Коэффициенты перегрузки и динамичности принимаются равными единице. Из этого следует, что для привода подъемного механизма паспортная и длительно действующая максимальная нагрузки равны.

Детали привода насоса рассчитывают на прочность по паспортной нагрузке, определяемой по мощности насоса и номинальной частоте вращения трансмиссионного вала насоса с учетом коэффициентов перегрузки. Аналогично по паспортной нагрузке вычисляют детали привода ротора. Расчетную нагрузку при этом определяют по крутящему моменту на столе либо быстроходном валу ротора при заданной мощности ротора и наименьшей частоте вращения стола ротора.

7.6. Продолжительность спускоподъемных операции и распределение нагрузок. Объем спускоподъемных операций

Продолжительность и число циклов нагружения подъемного механизма буровой установки зависят от объема спускоподъемных операций, который определяется суммарной длиной труб, спускаемых в скважину и поднимаемых из нее за все рейсы, выполняемые в процессе бурения до конечной глубины:

S_cno = S_cn + S_n,

где S_cno - объем спускоподъемных операций, м; S_cn и S_n - длина труб, спускаемых и поднимаемых за все рейсы.

График рейсов и кривая проходки

Рис. 20

В каждом рейсе, связанном со сменой долота, из скважины поднимают и спускают в нее одинаковое количество труб длиной, равной текущей глубине забоя скважины. Длина труб, спускаемых или поднимаемых за все рейсы

где L, L₂,…, L_z - текущие глубины забоя скважины по порядковым номерам рейсов; L_к - конечная глубина скважины; z_к - номер конечного рейса.

Текущие глубины скважины зависят от проходки на долото h_z=L_z - L_z-1,

где h_z - проходка на долото в z-м рейсе; L_z-1, L_z - глубины скважины при (z-1)-м и z-м рейсах.

На рис.20 приведен график, на оси абсцисс которого откладываются порядковые номера рейсов, а на оси ординат - глубина забоя скважины. Линия, соединяющая координаты полученных точек, называется кривой проходки.

Кривые проходки с достаточной точностью описываются формулой

L_z=Az^m,

где А и m - опытные коэффициенты.

Сумма глубина забоя скважина

.

Полученная величина равна площади на графике проходки, ограниченной кривой 2 проходки, осью абсцисс и ординатой конечного рейса.

Подставляя в формулу значения, получаем

S=L_кz_к/(m+1).

Исходя из принятого условия, составляем равенство

из которого находим коэффициент

Коэффициенты А и m имеют значения А>1; 0<m≤1.

В табл.8 приведены опытные значения коэффициентов А и m, полученные по результатам бурения скважин в отдельных нефтяных районах.

Пользуясь формулой L_z=Az^m и опытными значениями коэффициентов А и m, можно определить:

ожидаемый объем спускоподъемных скважины заданной глубины

S_cno=2S_cn=2L_Kz_K/(m+1);

проходку на долото за z-й рейс

h_Z=L_Z-L_z-L=Аz^m-А(z-1)^m=А[z^m(z-l)^m]

число рейсов за период бурения скважины до конечной глубины

z_к=(L_к/A)^1/m

среднюю проходку на долото

Опыт бурения в Среднем Повольже и Азербайджане свидетельствует о значительных объемах спускоподъемных операций, достигающих 800-1800 тыс.м при бурении скважины глубиной 3000-4800 м.

Таблица 8

Район бурения	Глубина скважины, м	Коэффициенты
		А	m
Апшеронский полуостров	3000-3700	1000	0,30
	3800-4350	870-925	0,30
	4675-5835	1250-1450	0,27
Прикуринская низменность	3500	418	0,42
Северный Кавказ	3000-3200	400-710	0,30-0,40
	2200-2900	1070-1275	0,20-0,23