5. Расчет и выбор основных параметров ротора.

Рис. 5. Схема ротора.

На рис.5 показана схема ротора: стол 5 имеет отверстие диаметром 250- 1260мм в зависимости от типоразмера ротора. В отверстие стола устанавливают вкладыши 7 и зажимы ведущей трубы 6, через которые передается крутящий момент. Большое коническое колесо 4 передает вращение столу ротора укрепленному на основной 3 и вспомогательной 2 опорах, смонтированных в корпусе 1, образующем одновременно масляную ванну для смазки передачи и подшипников.

Сверху стол защищен оградой 8. Быстроходный ведущий вал 10 расположен горизонтально на подшипниках 11, воспринимающих радиальные и горизонтальные нагрузки. Вал 10 приводится во вращение от цепной звездочки 12 или с помощью вилки карданного вала, расположенной на конце вала. Ротор снабжен стопором 9, при включении которого вращение стола становится невозможным. Фиксация стола ротора необходима при СПО и бурении забойными двигателями для восприятия реактивного момента

К основным параметрам ротора относятся: диаметр проходного отверстия в столе ротора (D_no) допускаемая статическая нагрузка на стол (Р_ст), частота вращения стола ротора (п_р); мощность ротора (N_p); максимальный вращающий момент (М_кр(max)).

- должен быть достаточным для спуска долот и обсадных труб, используемых при бурении и креплении скважин.

(42)

где - диаметр долота при бурении под направление скважины, зависящей от конструкции скважины (в глубоких скважинах диаметр направления возрастает из-за увеличения числа промежуточных колонн); - диаметральный зазор, необходимый для свободного прохода долота ( =30+50мм). Роторы, применяемые для бурения скважин на море, имеют более широкое проходное отверстие, поскольку в этом случае D_no выбирается по диаметру водоотделяющей колонны, связывающей подводное устьевое оборудование с буровым судном. Проходное отверстие вкладышей стола ротора должно быть достаточным для прохода бурильной колонны при СПО. Поскольку наибольший диаметр бурильных замков равен 203мм, отверстие вкладышей стола ротора всех типоразмеров принято равным 225 мм.

[Р_ст] на стол ротора должна быть достаточной для удержания в неподвижном состоянии наиболее тяжелой обсадной или бурильной колонны, но одновременно не превышать статическую грузоподъемность подшипников

(43)

где - масса наиболее тяжелой обсадной колонны (в большинстве случаев наиболее тяжелымиоказываются промежуточные колонны), - статическая грузоподъемность подшипника основной опоры стола ротора, которая выбирается по величине .

Техническая характеристика роторов отечественных конструкций приводится в табл. 5.

Основные размеры и ориентировочные расчетные параметры упорно-радиальных шарикоподшипников, применяемых в основной опоре стола роторов, приведены в табл. 6.

Выбор n_p осуществляется в соответствии с требованиями, предъявляемыми технологией бурения. Наибольшая n_p ограничивается критической частотой вращения буровых долот . Опыт показывает, что при дальнейшем увеличении n ухудшаются показатели работы долот. Кроме того, с ростом n увеличиваются центробежные силы, вызывающие продольный изгиб бурильной колонны, приводящей к усталостному разрушению в резьбовых соединениях. Наименьшая об/миниспользуется при бурении глубокозалегающих абразивных и весьма твердых пород, забуривании и калибровке ствола скважины, периодическом проворачивании бурильной колонны с целью устранения прихватов при бурении с забойными двигателями, ликвидации аварий. В предварительных расчетах n_p в зависимости от текущей (L) и конечной глубины бурения (L_k) можно вычислить по эмпирической зависимости Уралмашзавода.

N_p - должна быть достаточной для вращения бурильной колонны долота и разрушения горной породы забоя скважины

где =0,90 - 0,95 к.п.д. ротора, который учитывает потери в трущихся деталях ротора для определения можно воспользоваться формулой:

(46)

где L - длина бурильной колонны, м; d -диаметр бурильных труб, м; D - диаметр скважины, м;п – частота вращения, об/мин; - удельный вес промывочной жидкости, Н/м³.

Мощность расходуемую на разрушение породы шарошечным долотам можно определить, используя нижеследующую зависимость, полученную фирмой «Юз» на основании испытаний шарошечных долот диаметром 120 – 450мм при бурении в песчанике, известняке и сером граните:

(47)

где с - коэффициент крепости пород; D в мм; n- в об/мин; P_d - осевая нагрузка на долото, кН. Для мягких пород принимают с=2,6 для пород средней твердости с=2,3 для крепких пород с=1,85. Для изношенных долот величина коэффициента с увеличивается в 1,5 раза.

Мощность потребляется колонковым долотом (в кВт)

(48)

где - удельная мощность, отнесенная к 1 см² забоя, кВт/см² (в зависимости от п, P_dи скорости бурения N₀колеблется в пределах 0,06 - 0,18 кВт/см² ); S - площадь забоя, см² .

В табл. 7 Приложения приводятся варианты контрольного задания "Расчет и выбор параметров ротора".

Пример 6.Определить потребляемую мощность для привода ротора при глубине скважины 3500 м, если известно, что нагрузка на долото D_d=0,394м при бурении в породах средней твердости, P_d =150 кН; при бурении используется изношенное долото, p_пж=l,5·10⁴ кг/ м³; d_бт=0,127 м; n=150 мин^-1.

Решение.Для расчета ,воспользуемся формулой (46)

Мощность на вращение долота по формуле (47)

Где с=2,6·1,5 для пород средней твердости и изношенных долот.

Тогда по формуле (45):

Расчет показывает, что без учета диаметра проходного отверстия в столе ротора может быть использован ротор Р-460 ВЗБТ.

Приложение

Таблица 1

Данные для расчета мощности, расходуемой на бурение скважины

Исходные данные	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1 .Глубина скважины,м	1100	750	800	580	450	370	800	640	970	690
2.Типоразмер бурильных труб	КССК- 76	СБТН- 50	СБТН- 54	ССК- 59	СБТН- 50	ЛБТН- 54	ССК- 59	СБТН- 50	КССК- 76	ЛБТН- 54
3. Диаметр коронки,мм	76/40	59/42	59/42	59/35	59/42	59/42	59/35	59/42	76/40	59/42
4. Осевая нагрузка, кН	18	10	10	14	8	8	15	12	20	10
5.Мощность двигателя станка, кВт.	55	55	45	45	30	30	45	30	55	30
6.Угол наклона скважины, град	90	90	90	90	85	80	90	90	90	90
7.Плотность промывочной жидости кг/м3	1050	1000	1000	1050	1100	1150	1050	1160	1050	1120
8.Частота вращения бурового инструмента, с-1	8,6	12,0	9,0	9,6	4,27	18,3	12,0	13,3	10,0	25,0
9.Скорость навивки каната на барабан лебедки при подъеме, м/с	0,7	0,8	0,8	0,7	0,9	0,9	0,9	0,7	0,7	0,8

Таблица 2

Данные для расчёта габаритных размеров барабана лебедки

Исходные данные	Варианты
	1	2	3	4	5	б	7	8	9	10
1. Глубина скважины, м	1000	800	1500	500	1500	500	500	1200	800	2000
2. Типоразмер бурильных труб	ССК-59	СБТН-54	КССК- 76	СБТН- 50	КССК-76	СБТН- 50	ЛБТН-54	ССК- 59	СБТН-50	КССК-76
3. Грузоподъемность лебедки, кН	40	30	45	25	50	30	25	45	30	55
4. Высота мачты (вышки), м	19	19	24	15	24	19	15	24	19	26

Указания:

1. Число струн талевой системы определить по максимальной рабочей нагрузки на крюке при бурильных трубах заданного типоразмера. Схема талевой оснастки должна обеспечивать симметричное нагружение мачты (вышки).

2. При выборе талевого каната следует рассмотреть два варианта определения его разрывного усилия: R_K≥ ЗР_тах

(Р_а– усилиев лебедочной ветви при максимальной рабочей нагрузке на крюке) Р_тах– усилие, развиваемое лебедкой на низшей скорости с учетом перегрузки двигателя. При расчете Р_тах достаточно определить статическую составляющую натяжения каната.

Таблица 3