технология бурения 2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Для гипоциклоидального профиля (проектирование относительно внутренней части профиля ротора):

S =e2 [−4,648−c0 (7,547−0,346 ce ) +ce (7,963−0,0053 z1 )− z1 (1,334−7,420 c0 )].(8.30)

При расчетах ВГМ с произвольными значениями коэффициентов с0, се можно воспользоваться приближенной формулой

Кинематическое отношение РО выбирают по результатам расчета необходимых для обеспечения заданного контурного диаметра и требуемого рабочего объема эксцентриситета ( еD , еV ): оптимальное кинематиче-

ское отношение должно обеспечивать минимум отклонения | еD – еV |.

по ОСТ 39-164-84 округляют до ближайшего значения, кратного 0,5 мм.

коэффициент формы винтовой поверхности сТ и повторяют расчет.

В частном случае, когда эксцентриситет зацепления задан и является одним из исходных параметров, кинематическое отношение определяют через рабочий объем по формуле

Найденное значение z1 округляют до ближайшего целого числа.

69

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Если (при низкой заданной частоте вращения) требуемое число заходов статора оказывается завышенным (z1 > 10), то целесообразно изменить коэффициент формы винтовой поверхности и повторить расчет.

Число зубьев ротора

Также расчет эксцентриситета зацепления можно произвести по следующим формулам:

– для эпициклоидального зацепления (эпициклоидальное зацепление – про-

ектирование ротора по перекатыванию окружности радиуса r по наружной части профиля):

фактическому зацеплению от исходного контура циклоидальной рейки и рассчитывают коэффициент смещения:

Наибольшее значение ξ исходя из обеспечения плавности профилей должно находиться в пределах: –2 ≤ ξ ≤ 1.

Если данное условие не соблюдается, то изменяют коэффициент формы винтовой поверхности и повторяют расчет.

Смещение контуров рейки статора и ротора соответственно:

70

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

r − угловой параметр, изменяется от 0 до 2π . z1

Радиус окружности (высота зуба) при e = r − обыкновенные эпи- и гипоциклоидальные кривые; e ≤ r − укороченные (обычно укороченные для наименьшего трения); e ≥ r − удлинение.

Рассчитывают радиус эквидистанты исходного профиля:

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Значение t0 округляют до ближайшего целого числа в мм.

Если параметры фрезы заданы, то осевой шаг зубьев не должен выходить из допускаемого диапазона, ограничивающего погрешности профилирования (рис. 8.28).

Рис. 8.28. Влияние отклонения осевого шага червячной фрезы на погрешность циклоидального профиля:

1 – tном= 85 мм; 2 – tном= 70 мм; 3 – tном= 50 мм

Шаги винтовых поверхностей статора и ротора:

При выборе T следует учитывать, что её оптимальная величина должна находиться в следующих пределах: T = ( 4,5 ÷ 6,5) DК .

Однако величина T не должна превышать 1000 мм, иначе при существующем уровне технологии будет затруднено изготовление винтовых деталей.

Если полученное значение T выйдет за указанные выше пределы или будет более 1000 мм, то следует провести повторный расчёт, изменяя

z2 .

Если T больше предельного значения, необходимо провести расчёт винтового механизма с большей заходностью статора, или наоборот: если T меньше предельного значения, следует рассчитывать винтовой механизм с меньшей заходностью статора.

72

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Перепад давления Р принимают равным Pмах перепада давления в

двигателе с учетом момента МТ , при котором происходит остановка ВЗД.

Расчет длины рабочих органов:

Если L превышает максимально допустимое значение [L], ограниченное техническими возможностями изготовителя РО (обычно с этим сталкиваются при высоком заданном крутящем моменте), то необходим переход на секционную конструкцию РО.

Расчет числа контактных линий, отделяющих вход от выхода:

Для ограничения износа РО скорость скольжения не должна превышать 2 м/с.

8.8.2. Гидравлический расчет промывки скважин при бурении с ВЗД

Определение требуемого расхода промывочной жидкости. Расход жидкости Q определяется из трех условий: необходимой скорости восхо-

дящего потока в кольцевом пространстве для выноса выбуренной породы (шлама) ν кп ; очистки забоя от шлама Qзаб ; характеристик ВЗД Qзд .

Определение скорости восходящего потока ν кп при бурении наклонно направленных скважин с зенитным углом φ более 30°:

где ρ ,η ,τ 0 – соответственно плотность (кг/м3), пластическая вязкость

(Па∙с) и динамическое напряжение сдвига (Па) бурового раствора.

При бурении вертикальных участков и зенитном угле φ менее 30° можно принять:

νкп ≈ 1м/ с– при бурении под эксплуатационную колонну;

νкп ≈ 0,3 ÷ 0,5м/ с– при бурении под кондуктор.

При бурении участков с зенитным углом φ более 60°:

74

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Определение необходимого расхода бурового раствора с учетом ν кп :

где fкп – площадь поперечного сечения кольцевого пространства скважины

Расход жидкости для очистки забоя определяется по формуле:

где а – коэффициент, имеющий размерность скорости и принимаемый для

имеющий соответствующий расходQзд .

В конечном результате в качестве требуемого расхода жидкости Q выбирается среднее значение из вышеуказанного ряда: Qкп , Qзаб , Qзд .

8.8.3.Расчет характеристик двигателя и параметров бурения (корректировка проведенных ранее расчетов с учетом эксплуатационных возможностей ВЗД)

Определение частоты двигателя в режиме максимальной мощности (V –объем камер РО, выбирается из табл. 8.19 с учетом ранее рассчитанных геометрических параметров РО, а значение расхода Q выбирается по максимальному значению из ряда Qкп , Qзаб , Qзд ):

Таблица 8.19 Сравнение показателей ВЗД при различных коэффициентах формы

винтовой поверхности

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Продолжение табл. 8.19

Определение рабочего перепада давления Рр в двигателе с учетом момента сопротивления вращению долот Мс – условно принимая прямую зависимость давления Рр от Мс, при котором Мс = f(G,Fот, n):

где Moc , M рад – моменты сил сопротивления, соответственно при разруше-

нии горной породы под действием осевой силы и при фрезеровании стенки скважины под действием радиальной силы.

гдеM уд – удельный момент долота; Gд – нагрузка на долото (согласно контрольному заданию); f – коэффициент трения долота о стенки скважины;

Fот – отклоняющая сила на долоте в зависимости от искривления скважины.

Удельный момент долота M уд и f выбирается по номограмме рис.

8.29 и табл. 8.20, 8.21 в зависимости от типа (принцип действия долота) диаметра долота и частоты вращения.

Qн = Gшп q , Н; Gшп – вес шпинделя, Н; q – коэффициент, учитывающий силу Архимеда; Lн, l ц – расстояние долота и расстояние от центра тяжести

76

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 8.29. Номограмма для выбора рациональных режимных параметров бурения ВЗД

Рис. 8.30. Схема действия сил в системе «бурильная колонна (БК) – ВЗД

– долото»: 1 – БК; 2 – ВЗД; 3 – долото; 4 – скважина; G – осевая нагрузка; R – усилие прижатия колонны; Fот – отклоняющая сила; Wз – реакция забоя; W0, Wн, Wв – реакция стенок скважины; ϕ – зенитный угол; β * –

угол между осями скважины и долота; γ – угол перекоса осей скважины сек-

ций двигателя

Тормозная осевая нагрузка, при которой происходит остановка ВЗД (ω = 0), определяется из уравнения

где МТ – тормозной (стендовый) момент на валу двигателя, Нм.

77

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Таблица 8.20 Моментоемкость и коэффициент трения трехшарошечных долот

Таблица 8.21 Моментоемкость и коэффициент трения фрезерных и алмазных долот

Определение максимального перепада давления в двигателе с учетом момента МТ , при котором происходит остановка ВЗД:

Pмах = 2π МТ . (8.82)

V ηГМ

Причем максимальное значение MТ принимается по ранее выбран-

ному типу ВЗД.

Определение максимального момента на валу двигателя с учетом максимального давления:

Определение эффективного момента на валу двигателяM эф и мощности NЭФ с учетом отработки ВЗД в условиях скважины от 20 до 80 ч. (причем снижение коэффициента напрямую связано с временем отработки):

где ηоб и ηГМ − расчётные значения объёмного и гидромеханического КПД соответственно. Для расчётов можно принимать: ηоб = 0,75…0,8;

78