4. Выбор гидравлического забойного двигателя.

Гидравлический забойный двигатель выбирают исходя из диаметра скважины, её профиля, момента для привода долота, расхода промывочной жидкости и забойной температуры.

Нормальная проходимость забойного двигателя в стволе скважины и вынос шлама обеспечиваются в том случае, если диаметр забойного двигателя меньше диаметра скважины на 10…15 мм. Кроме того, при бурении наклонно-направленных скважин длина забойного двигателя L_д при заданом радиусе искривления R_i профиля на i-ом участке ствола скважины не должна превышать величины, вычисленной по формуле:

L_д= , (10)

где Δ – зазор между забойным двигателем и стенкой скважины.

Момент на валу ГЗД M (в рабочей области его характеристики) должен превышать расчётный момент привода долота M_д на 20%. Следовательно, между моментом на валу двигателя M и моментом на долоте M_д существует зависимость:

M=1,2M_д (11)

Виличину момента на долоте M_д вычисляют через удельный момент M_у и силу осевого давления G_o, приложенную к долоту:

M_д=G_o·M_у (12)

Удельный момент долота зависит от его типа, размера, качества изготовления, диапазона нагрузок и частоты вращения, плотности и пластичности разбуриваемой породы. Существенное влияние на величину удельного момента оказывает состояние вооружения долота. На это указывает тот факт, что в конце рейса момент на долоте может возрастать в 2-3 раза по сравнению с первоначальным его значением. С достаточной для практических расчётов точностью, удельный момент шарошечных долот (в Н·м/кН) можно вычислить по формуле:

M_у=bD_д² , (13)

где b - коэффициент, зависящий от диаметра долота (см. таблицу);

D_д - диаметр долота, см; k - коэффициент, зависящий от прочности породы (для мягких пород k = 3,3, для средних - k = 3,0, для твёрдых - k = 2,5); n - частота вращения долота, об./мин.; A - коэффициент, зависящий от частоты вращения долота (A = 200 при n 420 об./мин. и A = 150 при n < 420 об./мин.

Значения коэффициента b в зависимости от даметра долота

Диаметр долота, мм	190,5	215,9	269,9	295,3	393,7
Коэффициент b	0,33	0,28	0,19	0,16	0,10

При рсчете M_у по формуле (13) силу осевого давления G_o в выражении (12) необходимо подставлять в кН.

Для долот фрезерного типа удельный момент в 1,5-2 раза больше, чем для шарошечных долот того же диаметра. Для алмазных долот удельный момент составляет 6 - 8 и 7 - 12 Н·м/кН при диаметрах до 165,1 и 190,5 - 215,9 мм соответственно.

Силу осевого давления на долото G_o обычно принимают на основе опытно-производственных данных, полученных при бурении скважин в аналогичных горно-геологических условиях.

После выполнения соответствующих расчётов по формулам (10) - (13) производят выбор ГЗД, параметры которых приведены, например, в справочных пособиях [1, 2, 4, 5].

Если расчётные значения плотности и расхода промывочной жидкости не совпадают со справочными данными, то производят пересчёт момента и перепада давления на ГЗД по формулам подобия:

M=M_гдп , (14)

∆P_гд=∆P_гдп . (15)

В формулах (14) и (15) индексом «п» отмечены справочные параметры ГЗД, приведенные в [1,2,4,5].

Параметры ГЗД, приведённые в справочных пособиях, получены при испытании двигателей на воде без создания осевой нагрузки на вал ГЗД, образующейся в результате влаимодействия долота с забоем. Вместе с тем известно, что величина этой нагрузки оказывает существенное влияние на энергетические параметры гидродвигателя и, в особенности, при использовании осевой опоры с резино-металлическими опорными элементами. Поэтому значения параметров ГЗД с резино-металлической осевой опорой следует рассматривать как приближённые и отражающие не столько машину в целом, сколько её двигательную часть. Кроме того, пересчёт параметров ГЗД по формулам подобия (14) и (15) даёт удовлетворительные результаты если относительная (по воде) плотность жидкости ρ_о≤1,2, динамическая вязкость μ≤14 мПа∙с и динамическое напряжение сдвига τ_о≤31 Па. При дальнейшем увеличении плотности и вязкопластичных параметров жидкости характеристика ГЗД существенно изменяется в сторону ухудшения её рабочих параметров.

Часто бывает так, что ни один из ГЗД, приведнных в справочниках, по требуемому моменту и расходу не удовлетворяет величине расчётных параметров. В таких случаях приходится либо принимать компромисное решение, либо отказываться вообще от использования ГЗД для бурения скважины в каком-то интервале. Компромисное решение, как правило, направлено по пути изменения режимно-технологических параметров в направлении, повышающем или, по крайней мере, существенно не ухудшающем технико-экономических показателей проводки скважины.

Выбирая ту или иную типо-модель ГЗД необходимо иметь в виду, что двигатели с проточной резино-металлической осевой опорой не могут эффективно работать совместно с гидромониторными долотами, так как уплотнение их шпинделя не рассчитано на большие перепады давления, возникающие на насадках этих долот. Например, при минимально необходимой скорости истечения жидкости из насадок гидромониторных долот 80 м/с перепад на шпинделе составит не менее 3,5 МПа из-за чего часть жидкости, подаваемой насосами, будет вытекать через уплотнение шпинделя, не достигая забоя. В силу этого условия очистки забоя и вынос шлама станут менее благоприятными.