1.3.3 Бурение электробуром

Отечественная промышленность выпускает электробуры различных типов размеров, конструкции которых аналогичны. Электробур состоит из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и шпинделя. Шпиндель служит для восприятия реакции забоя при создании нагрузки на долото. Для получения необходимого вращающего момента при небольшом диаметре двигателя (последний ограничен диаметром скважины) увеличивают его длину. Чтобы длинный ротор не искривлялся при вращении, он разделен на ряд секций, центрируемых в статоре радиальными шариковыми подшипниками. Статор также состоит из отдельных пакетов, разделенных магнитопроводным материалом. Вращающий момент с вала двигателя передается валу шпинделя зубчатой муфтой.

Буровой раствор проходит через электробур к долоту по центральному каналу в валах двигателя и шпинделя. Для предупреждения попадания его в рабочие полости электродвигатель заполняется изоляционным маслом, а шпиндель – смазочным маслом. С помощью лубрикатора поддерживается давление масла на 0,1 – 0,3 МПа больше давления раствора в скважине. На рис. 7.7 приведена схема размещения оборудования для бурения скважин электробуром. Электроэнергия, подаваемая на буровую по линии электропередачи, поступает на распределительное устройство 13 высокого напряжения. Отсюда она через понижающий трансформатор 15 и станцию управления 16 пор наружному кабелю 9 подается на токоприемник 8. Последний передает электроэнергию на кабель 3, расположенный внутри бурильных труб 4. По кабелю электроэнергия поступает к электробуру 2, расположенному вблизи забоя скважины, и преобразуется в механическую энергию для вращения долота 1.

бурение скважина роторный двигатель

Кнопки и приборы станции управления выводятся на пульт управления 6, с которого бурильщик управляет работой электробура. Для опускания бурильной колонны в процессе бурения служит автоматический регулятор подачи 14.

Электроэнергия подается электробуру по двух- или трехжильному шланговому кабелю с резиновой изоляцией, расположенному внутри бурильных труб типа ЭБШ. При применении двухжильного кабеля третьим проводом является колонна бурильных труб.

Особенности бурения электробуром

Вследствие ограниченности диаметра скважины и соответственно диаметра электробура в нем удается разместить лишь 4 – 6 пар полюсов Р. При частоте переменного тока f = 50 Гц частота вращения вала электробура n изменяется от 660 – 750 об/мин, если Р = 4, до 440 – 500 об/мин, если Р = 6, при изменении скольжения ротора S относительно поля статора , так как частота вращения асинхронного двигателя

.

Для разбуривания большой группы мягких и средней твердости пластичных абразивных пород, особенно залегающих на большой глубине, эти частоты вращения велики. Поэтому их снижают путем уменьшения частоты тока питания электробура до Гц и применением редукторов.

Коэффициент передачи мощности на забой

,

где - мощность на долоте;Nп – мощность, забираемая электробуром из сети, включая потери при токоподводе.

Мощность, реализуемая на долоте, может быть выражена через осевую нагрузку G и удельный момент Муд:

,

где NO - мощность на вращение долота при отсутствии осевой нагрузки.

Момент на долоте

МД=М1+МУДGi,

М1 – момент на долоте при отсутствии нагрузки.

При выборе режима бурения добиваются более полного использования мощности электробура. При этом , и их отношение должно быть близко к единице:

.

Поскольку потребляемый из сети ток и мощность изменяются по мере увеличения или уменьшения нагрузки и момента на долоте, при бурении электробуром удобно контролировать отработку долот, проводить различные исследования новых буровых долот и режимов бурения, оперативно устанавливать оптимальный режим, руководствуясь показаниями амперметра на пульте бурильщика.

При бурении электробуром в принципе возможно применение любого бурового раствора и воздуха. Однако при промывке аэрированными растворами наблюдаются частые пробои токоподвода. При продувке воздухом электродвигатель и долото охлаждаются очень плохо. Поэтому рекомендуется бурить при небольших нагрузках на долото.

Как и при роторном бурении, имеются два канала передачи энергии на забой. На забой можно подать большую гидравлическую энергию и можно использовать гидромониторные долота. Однако гидравлические сопротивления в трубах ЭБШ существенно выше, чем в обычных трубах, из–за наличия кабеля и устройств для его подвески. При одинаковых условиях в насадках долота может быть реализован меньший перепад давления.

В заключение необходимо отметить, что двигатель электробура имеет ряд преимуществ перед турбобуром: более высокий КПД, может обеспечить передачу на долото достаточно больших мощностей и крутящего момента пр приемлемых отношениях M/n.

Электробур легче управляется с поверхности, обеспечивает применение систем телеконтроля при направленном бурении, бурении горизонтальных и многозабойных скважин, упрощаются автоматизация и оптимизация процесса бурения.

Однако бурение скважин электробуром в последние годы прекратилось. Это обусловлено тем, что достигнутый уровень механической скорости и проходки на долото при бурении электробуром не выше, чем при бурении гидравлическими забойными двигателями, а забойное и наземное оборудование гораздо сложнее и дороже, очень низка надежность токоподвода, требуется более сложная ремонтная служба и более высокая квалификация работников.