Параметры вращателей

Основными параметрами вращателя являются частота вращения (диапазон регулирования частоты), крутящий момент, мощность привода и конструктивные размеры - длина хода и диаметр проходного отверстия шпинделя для шпиндельных и проходных подвижных вращателей / /. Для подвижных непроходных вращателей, предназначенных для бурения с прямой промывкой диаметр шпинделя определяется расходом очистного агента.

Диапазон частот вращения определяется в зависимости от назначения установки, способа бурения, типов и диаметров породоразрушаемых инструментов.

Для вращателей буровых станков наиболее предпочтительны системы бесступенчатого регулирования, обладающие способностью работать в режиме полного использования мощности двигателя и вместе с тем обеспечивать стабильность задаваемых частот вращения, если мощность, необходимая для их реализации, меньше мощности приводного двигателя. Оптимальность таких систем регулирования обусловлена тем, что до определенных глубин, ограниченных мощностью станка, процесс бурения возможен при оптимальных частотах вращения n_опт < n_max, а в любой момент времени дальнейшего углубления частота вращения отличается от оптимальной на минимально возможную величину. Вследствие этого затраты времени на чистое бурение получаются наименьшими.

Используемые при бурении частоты вращения зависят не только от энергетических возможностей бурового оборудования, но и от свойств и состояния горных пород: твердости, абразивности, пластичности, степени трещиноватости, а также от типов применяемых породоразрушающих инструментов. Распределение пород с различными свойствами по глубине скважины случайно, поэтому невозможно найти такие соотношения между ступенями промежуточных частот, которые были бы в равной мере рациональны при любых геолого-технических условиях бурения.

Соотношение между частотами вращения определяем из условия минимума затрат времени на чистое бурение скважины при следующих допущениях: длина интервала, пробуренного при каждой из частот вращения, определяется мощностью двигателя станка; бурение в пределах каждого интервала ведется при постоянной частоте вращения; механическая скорость зависит от частоты вращения линейно.

Шпиндель подвижного вращателя воспринимает осевую нагрузку от механизма подачи и передает крутящий момент. Крутящий момент на шпинделе зависит от мощности, затрачиваемой на бурение.

Длина хода является показателем для шпиндельных вращателей и влияет на время, затрачиваемое на его перекрепление. Увеличение хода вращателя сопровождается возрастанием массы мачты, массы и размеров механизма подачи и самого станка, ухудшением условий балансировки. Поэтому длину хода шпинделя выбирают в пределах 400 - 600 мм. Длина хода подвижных вращателей (непроходных) определяется длиной стандартной трубы (4 м), а также передаваемым крутящим моментом и глубиной скважины.

Величина крутящего момента на вращение обсадных труб (M_{кр обс}) зависит от способа и условий спуска обсадных труб, конструкции обсадной колонны. Обычно M_{кр обс} >M_{кр б}. Если M_{кр обс} >M_{кр б} больше, чем в 2 раза, то для этих целей проектируют отдельный вращатель. В данных расчетах вращение обсадных труб не рассматривалось.

Подвижный вращатель может выполнять функции свинчивания и развинчивания резьбовых соединений бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб. В ряде случаев для этих целей используется специальное оборудование – ключ или специальный вращатель для свинчивания-развинчивания.

Параметром вращателя при выполнения свинчивания-развинчивания резьбовых соединений труб являются:

- крутящий момент и частота сращения, необходимые для свинчивания- развинчивания (M_{кр св-р} , n_св-р);

- крутящий момент, необходимый для срыва резьбы (M_{кр срыв} , n_срыв).

Величина крутящего момента на свинчивание-развинчивание труб (M_св-р) зависит от типа и диаметра труб, а иногда - от способа бурения (при разных способах бурения происходит разная затяжка резьб). Его величина принимается на основании экспериментальных данных, занесенных в таблицы базы данных, или рассчитывается по соответствующим зависимостям.

Для расчета вращателя на прочность необходимо учитывать величину максимального крутящего момента. Крутящий момент чаще всего не является управляемым параметром, т.е. его величина не может устанавливаться оператором бурового станка. Величина крутящего момента зависит от многих факторов и показывает степень сопротивления внешней среды при вращении и перемещении с вращением бурового инструмента. При расчетах вращателя на долговечность оперируют такой величиной, как эквивалентный момент M_экв.

(3.1)

где M_i - крутящий момент на i - ом интервале бурения;

t_i - время бурения i - ого интервала, с.

(3.2)

Осевая нагрузка. Вращатель может воспринимать осевые нагрузки, передаваемые на буровой инструмент от механизма подачи или не воспринимать. В зависимости от условий бурения вращатель может работать с дополнительной нагрузкой на буровой инструмент или с разгрузкой от избыточного собственного веса колонны бурильных труб. Кроме того, если буровой инструмент при движении вниз может двигаться частично (при бурении) или полностью (при свободном спуске) под собственным весом, то подъем осуществляется только за счет усилия механизма подачи. Поэтому выделяют два показателя: максимальное усилие вниз и максимальное усилие вверх.

После интервала, когда усилие подачи уравновешивается весом колонны бурильных труб, усилие подачи будет направлено вверх, чтобы компенсировать действие веса колонны труб и создать необходимое усилие на забое. Чтобы обеспечить оптимальные режимные параметры, необходимо включить программу оптимизации по усилию подачи и выбирать рациональные значения частоты вращения и осевой нагрузки по интервалам бурения. Критерием оптимизации будет выступать мощность на вращателе. Для данного класса установок она не должна превышать 14 кВт (N_бур<=14 кВт).

Усилие вверх определяется максимальным весом бурильной и обсадной колонн с учетом коэффициента прихвата и выталкивающего эффекта очистного агента. Максимальное усилие вверх - нагрузка на крюке Q_кр - должно соответствовать классу буровой установки.

Для расчета подшипников вращателя принимается эквивалентная нагрузка.

Скорость подачи скорее относится к параметрам механизма подачи. Однако этот параметр, как и величина хода подачи, во многом определяет выбор конструкции вращателя.

Перечень параметров и их величина зависят от конструкции вращателя, задач, способа и условий бурения.

Дата добавления: 2015-06-27