1.3.5 Вертлюг

Параметры вертлюга (допускаемая статическая нагрузка на вертлюг; динамическая грузоподъемность основной опоры вертлюга, максимальное давление прокачиваемой жидкости, диаметр проходного отверстия ствола; диаметр отверстия ствола вертлюга) должны отвечать требованиям бурения и промывки скважины и одновременно соответствовать аналогичным параметрам подъемного механизма и буровых насосов.

Вертлюг выбирается по допускаемой статической нагрузке (нагрузке на не вращающийся ствол вертлюга при отрыве долота от забоя) на крюк:

Q_ст.в = Q_кр.доп.

Динамическая грузоподъемность основной опоры вертлюга при 100 об/мин:

Qв = К1К2Qб.к max

(24)

где K₁ – коэффициент, учитывающий снижение нагрузки на вертлюг при погружении колонны в раствор K₁ = 0,85;

К₂ – коэффициент, учитывающий снижение нагрузки на вертлюг за счет создания нагрузки на долото, К₂ = 0,85;

Q_{б.к max} - нагрузка от веса бурильной колонны (максимальная), кН.

Максимальное давление прокачиваемой жидкости определяется исходя из режима промывки скважины и должно быть не менее наибольшего давление буровых насосов, которые будут входить в комплект буровой установки.

Максимальное давление прокачиваемой жидкости можно определить по формуле В. А. Авакова:

Рmax = 80

(25)

где L_k – конечная глубина скважины, км.

Диметр проходного отверстия ствола для всех вертлюгов 75 мм исходя из требований обеспечения равномерности потока жидкости.

Частота вращения ствола вертлюга совпадает с частотой вращения стола ротора и определяется по зависимости.

n = 200 - 150α;

(26)

где α – коэффициент глубины.

Высота штропа должна быть достаточной для соединения вертлюга с крюком талевой системы при ручной расстановке.

Параметры системы верхнего привода (СВП) включает наряду с параметрами вертлюга параметры насоса (расход и давление жидкости), параметры вращателя (крутящий момент при бурении, свинчивании и развинчивании бурильных труб, частота вращения и мощность привода) и параметры элеватора (максимальная нагрузка, диаметр бурильных труб, угол поворота при укладке труб).

Максимальный крутящий момент при свинчивании:

Мmax = 1,5 Mн.

(27)

Максимальный крутящий момент при ликвидации прихватов:

Мпр mas = 2Mн.

(28)

Крутящий момент при раскреплении труб:

Мрас = 1,9Мн;

(29)

где M_н – номинальный крутящий момент (при бурении).

При Q_кр.доп = 2113 кН, Q_б.к = 1409 кН, L_к = 3015 м, Q_ст.в = Q_кр.доп = 2113 кН < 3200 кН. Выбираем вертлюг УВ-320МА.

Для данного вертлюга:

Q_в = кН;

P_max = = 40,8 МПа;

n = 200 об/мин при α = 0 (начало бурения), n = об/мин при α = 1 (бурение на конечном интервале).

1.3.6 Буровой насос

Основные параметры буровых насосов (подачу, давление и полезную мощность) выбирают на основе требований, предъявляемых технологией промывки скважины. Исходной является объемная подача. Установлено, что для эффективной отчистки скважины и выноса шлема, а также нормальной работы забойных гидравлических двигателей скорость восходящего потока бурового раствора должна соответствовать значениям, приведенным в табл. 4.

Таблица 4. Скорость восходящего потока v, м/с.

Интервал бурения	Способ бурения
	турбинный	роторный
Под кондуктор	0,3…0,4	0,2…0,3
Под промежуточную и эксплуатационную колонны	0,5…0,6	0,4…0,5

Подача насоса определяется по выбранной скорости восхожденящего потока, м³/с:

Q =

(30)

где - скорость восходящего потока жидкости, м/с;

D_д – диаметр долота, м;

d_б.т – диаметр бурильных труб, м.

Давление на выходе из насоса зависит от потерь давления на преодоление гидравлических сопротивлений в манифольде, буровой колонне и за трубном пространстве.

Площадь за трубного пространства, м²:

F = .

(31)

Полная потеря давления в системе циркуляции промывочной жидкости:

р = р_м + р_б.т + р_УБТ + р_з + р_д + р_з.дв + р_к.п;

где р_м, р_б.т, р_УБТ, р_з, р_д, р_з.дв, р_к.п - потери давления соответственно в манифольде, бурильных трубах, УБТ, замковых соединениях, долоте, забойном двигателе, кольцевом пространстве.

Параметры насоса на конечно глубине бурения можно определить по формулам В.А. Авакова:

Гидравлическая мощность, кВт:

Nг = 340 • 0,736.

(32)

Приводная мощность, кВт:

Nпр = 450 • 0,736.

(33)

Максимальное давление на выходе из насоса, МПа:

p = 80 • 0,1.

(34)

Подача на конечной глубине бурения, л/с:

Q = 32 .

(35)

Буровой насос выбирается по приводной мощности N_пр ≤ N _.

Число двойных ходов поршня насоса, мин^-1:

- для двухцилиндрового насоса:

n2 =

(36)

- для трехцилиндрового насоса:

n3 =

(37)

Длина хода поршня, мм:

- для двухцилиндрового насоса:

S2 =

(38)

- для трехцилиндрового насоса:

S3 = 0,75S2.

(40)

Диаметр поршня, дм:

• для двухцилиндрового насоса:

;

(41)

• для трехцилиндрового насоса:

.

(42)

Здесь k₂ =19,1 – для двухцилиндрового насоса;

k₃ = 25,46 – для трехцилиндрового;

Q – подача насоса, л/с;

α₀ – коэффициент подачи,

α₀ = 0,95; d_шт – диаметр штока, дм;

d_шт = (1,09 .

Изменение давления в цилиндре при изменении подачи (изменении диаметра цилиндровых втулок)

В соответствии с вышеприведенными формулами для нашего примера имеем:

N_r = 425,07 кВт;

N_м = 563,04 кВт;

p = 17,33 МПа;

Q = 23,8 л/с.

Выбираем УНТБ-600 из условия:

N_м < N _;

425,07 < 600.

1.3.7 Циркуляционная система.

Для расчета пропускной способности гидроциклонов наиболее приемлема эмпирическая формула М.Ш. Вартанетова:

Qr = K1dпdcDr

(43)

где Q_r – пропускная способность гидроциклона, л/с;

K₁ – опытный коэффициент, К₁ = 0,12;

d_пd_c – диаметры питающего патрубка и сливной насадки, см;

p_в – давление на входе в гидроциклон, МПа, р_в = 0,4…0,5 МПа.

Диаметры шламовой насадки питающего и сливного патрубков определяются из следующих соотношений:

- диаметр питающего патрубка:

d­п = (0,125…0,250)Dr;

(44)

- диаметр сливного патрубка:

dc = (0.25…0.50)Dr;

(45)

- диаметр шламовой насадки:

dш.н. =(0,15…0,45)dc;

(46)

- высота цилиндрической части гидроциклона:

h1 = (1.0…1.2)Dr;

(47)

- высота конической части гидроциклона:

(48)

• число гидроциклонов

(49)

где Q, Q_r – пропускная способность песко- и илоотделителя и гидроциклона, л/с;

где α – угол конуса, α = 15…20º.