2.9.Приклади розв’язку інженерних задач

2.9.1.Розрахунок навантаження на долото та швидкості обертання долота

під час буріння свердловини

Під час проектування режиму буріння свердловини одним з важливих етапів є визначення осьового навантаження на долото та швидкості обертання долота. Ефективне руйнування породи під час буріння можливе при виконанні умови

,

де σ – межа міцності породи; F_н – початкова опорна поверхня нового долота

;

η_z = 1.05 – 2 – коефіцієнт перекриття зубів; D_Д – діаметр долота; B = 1.0 – 1.05 – початкове затуплення зубів.

Навантаження на долото, що залежить від типу долота

де G_см – навантаження на 1 см діаметру долота (див. табл. 2.6).

Таблиця 2.6 – Навантаження на 1 см діаметру долт G_см.

Тип долота	Gсм, кгс
М	200 – 600
МС	200 – 600
С	300 – 800
СТ.	400 – 900
Т	700 – 1000
ТК	800 – 1200
К	900 - 1500

Максимально допустиме осьове навантаження на долото G₃, що залежить від діаметру долота, вибираємо з таблиці 3.

Гальмівне навантаження, при якому вал турбобура повністю зупиняється,

,

де M_г – гальмівний момент турбобура, кгс·м

M_г =2M_опт ,

M_опт – оптимальний момент турбобура

M_опт = A_мγ_гл.рQ²,

де A_м – коефіцієнт моменту турбобура, що визначається з таблиці 2ю7; γ_гл.р – питома вага глинистого розчину, гс/см² ; Q – продуктивність бурового насосу, л/с ; r_ср – середній радіус тертя в п’яті турбобура, м

,

де r_з , r_в – відповідно зовнішній та внутрішній радіуси поверхонь тертя турбобура, м (див. табл. 2); μ_р – коефіцієнт тертя в п’яті, що дорівнює 0.082; G_ос – максимальне осьове навантаження, що діє на вал турбобура та його опори

G_ос = G_г + G_р.т ,

де G_р.т – вага системи турбобура, що обертається, кгс (див. табл. 2); G_г – гідравлічне навантаження

G_г = Eγ_гл.рQ²,

де E – коефіцієнт гідравлічного навантаження, що визначається за формулою

,

де A_р – коефіцієнт, що визначається з таблиці 2.7;

Таблиця 2.7 – Технічна і робоча характеристики турбобурів

Шифр турбобура	Aм	Aп	Aр	Вага систем, що обертаються Gр.т, кгс	Зовнішній радіус тертя rз , м	Внутрішній радіус тертя rв , м
Т12М3-10”	0.096	12.2	0.019	1147	0.086	0.06
Т12М3-9”	0.100	14.1	0.021	920	0.0725	0.05
Т12М3-8”	0.085	16.1	0.025	765	0.0725	0.05
Т12М1-65/8”	0.081	26.5	0.051	640	0.064	0.0475
ТС4-10”	0.192	12.3	0.038	2025	0.086	0.06
ТС4-8”	0.166	16.0	0.050	1458	0.0725	0.05
ТС4-65/8”	0.152	26.5	0.096	970	0.06	0.046
ТС4-5”	0.325	73.5	0.540	480	0.0445	0.035

d_с – середній діаметр турбіни, d_с = 16 см.

Під час турбінного буріння необхідно ще враховувати такі характерні навантаження: G_max – максимально допустиме навантаження на долото, що залежить від максимального робочого моменту турбобура; G_N – екстремальне навантаження на долото при максимальній потужності.

G_max = (0.8÷0.9)G_гал ,

G_N = (0.6÷0.7)G_гал .

Для турбінного способу буріння навантаження на долото G вибира-ють з врахуванням таких співвідношень: G > G₁ ; G ≈ G₂ ; G < G₃ ; G < G_max ; G ≤ G_N .

Швидкість обертання долота під час буріння визначається формулою

,

де n_x – швидкість обертання валу турбобура при холостому режимі, т.б. при G = 0.

n_x = 2n_опт ,

n_опт – швидкість обертання валу турбобура при продуктивності насосу G

n_опт = A_п Q ,

A_п – коефіцієнт обертання валу турбобура (див. табл. 2.7);

M_п – момент тертя у п’яті турбобура

M_п = r_ср μ_р │G_ос - G │;

M_Д – момент, необхідний для подолання опору, що зустрічає долото,

M_Д = 4.53K·G·D_Д ,

де K – коефіцієнт, для зношеного долота, дорівнює 0.2 – 0.3; для нового долота K = 0.1– 0.2.

Задача. Визначити навантаження на долото та швидкість обертання долота.. Побудувати графік залежності швидкості обертання долота n від інтервалу буріння.

Таблиця 2.8 - Вхідні дані

Інтервал буріння	Тип долота	DД , мм	Тип турбобура	σ, кгс/мм2	ηz	G3 , тс	γгл.р, гс/см2	Q, л/с
0-150	М	190	Т12М3-10”	22	1.07	22	1.15	55
150-640	МС	151	Т12М3-10”	24	1.1	12	1.15	50
640-1000	С	132	Т12М3-8”	26	1.4	7	1.16	45
1000-1500	СТ	132	Т12М3-8”	28	1.7	7	1.16	40
1500-2700	Т	93	ТС4-5”	30	1.5	4	1.2	14
2700-3000	ТК	93	ТС4-5”	32	1.3	4	1.2	12

Документ з рішенням задачі може мати вигляд: