1-я часть для печати. Лекции по технологии бурения, для молодых специалистов, работающих на проектах в узбекистане

• Название: Лекции по технологии бурения, для молодых специалистов, работающих на проектах в узбекистане
• Дата: 22.03.2022
• Размер: 181.38 Kb.
• Имя файла: 1-я часть для печати.docx
• Тип: Лекции; #409646
• страница: 6 из 9

ВЫБОР ОБОРОТОВ РОТОРА

Необходимо отметить что, выбор оборотов ротора на основании аналитических обоснований оборотов порода разрушающего инструмента, весьма громоздки и не всегда применимо в практике, по простой причине. При теоретических исследованиях принимается много допущений и не учитывается разнообразие проходимых пород за рейс всего массива проходимых за рейс долота. Так как наша с Вами задача состоит в том, чтобы, выбирать параметры или оперативно корректировать их не посредственно на объекте производства работ, мы будем обосновывать этот показатель исходя из двух моментов.

Первое – долото закуплено по заявкам согласованным техническими экспертами Вашей компании, т.е. оно соответствует проекту и применимо к использованию в данном интервале или долото поставлено сервисной компанией. Второе минимизация, а в пределе исключение рисков, связанных с параметром количество оборотов ротора.

Первый момент, перед сборкой долота Вы обязаны ознакомиться с его паспортными данными, в них обязательно указан диапазон рекомендуемым оборотов на долото, из них Вы можете выбрать приемлемые, для данного интервала обороты, так же Вам необходимо провести «дрил тест» для определения оптимального сочетания нагрузки от оборотов ротора. На втором моменте мы остановимся более подробно.

Как Вы знаете, элементы бурильной колонны могут совершать осевые (продольные), крутильные и поперечные колебания. Осевые колебания, при небольших глубинах можно визуально наблюдать и на поверхности. Крутильные колебания не могут быть обнаружены, так как стол ротора непосредственно воспринимает угловые перемещения на поверхности. Поперечное колебание особенно характерно для бурильных труб, тогда как УБТ участвуют в осевых и крутильных колебаниях. Значительные вибрации бурильной колонны возникают, когда частота действующей силы равна частоте собственных свободных колебаний труб. Это условие обычно называют резонансом. Поэтому, для предотвращения разрушения элементов бурильной компоновки и КНБК, мы должны выбрать частоту вращения ротора с частотой, отличающейся от собственной частоты колебания бурильной колонны. Или проще говоря вы должны знать собственную частоту колебания бурильной колонны. Вращение бурильной колонны с частотой, равной собственной, приводит к усиленному износу, усталостному разрушению и быстрому ухудшению состояния колонны. В литературе приводятся различные методы расчёта критической частоты вращения долота. Рассмотрим два из них, как наиболее практичных для оперативных расчётов определения критической частоты ращения ротора, без применения ПК непосредственно на буровой.

Расчёт критической частоты вращения ротора, основанный на использовании общей длины бурильной колонны и геометрических размеров труб.

АНИ (Кендал) рекомендует рассчитывать критическую частоту вращения ротора (об/мин), исходя из продольных колебаний по формуле.

ω_ос= 78638/L, об/мин (2.18) см.Х. Рабия Технология Бурения НГС стр 72.

Где L – общая длина бурильной колонны, м.

Интенсивные гармонические колебания возникают при частотах, в 4,9,16,23,36 раз превышающие частоту вращения расчитанную по формуле (2.18.)

Критическую частоту при поперечных колебаниях труб определяют по следующей формуле

ω_п =120,9/l² *(D²-d²)^1/2

где l – длинна одной трубы в метрах, обычно 9,15 или 12,5м., D и d наружный и внутренний диаметр трубы в мм.

Пример 1. Определить критические частоты вращения для бурильной колонны длиной 3048м, состоящей из труб с наружным диаметром 127мм, внутренним диаметром 108,61мм и секции УБТ длиной 243,4 м и наружным диаметром 76,2 мм, длиной одиночек по 9,15 м.

Решение по (2.18)

ω_ос =78638/L =78638/3048 = 25,799 = 25,8 м.

И по формуле (2.19) находим критическую частоты вращения труб при поперечных колебаниях.

ω_п =120,9/l² *(D²-d²)^1/2 =120,9/3048² * (127²-108,61²) = 241 об/мин

Расчёт критической частоты колебаний ротора с учётом общей длины УБТ

По Дэрингу, критическая частота колебаний вращения рота определяется с учётом длины секции УБТ. Секция УБТ, по предположению, жёстко закреплена в долоте и свободно в месте соединения с бурильными трубами. Данные, собранные (на период написания работы) за 25 лет показали, что частота перемещения долота составляет три цикла за каждый оборот для трёх шарошечных долот. Поэтому частота колебаний долота (с^-1) определяются по формуле

(2.20) f = 3N/(1/60) упростив мы имеем критическую частоту вращения долота N = 20*f

Где N – частота вращения долота, об/мин.

Как вы догадались это уравнение применительно только для трёх шарошечных долот.

Предполагается, что УБТ совершают продольные и крутильные колебания. Собственная частота продольных колебаний УБТ (с^-1 - герц) определяется по формуле

(2.22) f₁ = 1284/L_УБТ где _LУБТ длинна секции УБТ, м

собственная частота вращения УБТ (с^-1) определяется по формуле

(2.23) f₂ = 811/L_УБТ, с^-1

По Дэренгу долото должно вращаться с частотой, меньшей или большей собственной частоты вращения УБТ (f₁ и f₂)

Пример 2. Определить критическую частоту вращения бурильной колонны для данных предыдущего примера.

По формуле (2.22) собственная частота продольных колебаний для УБТ длиной 243,4м

f₁ = 1284/L_УБТ = 1284/243,4 = 5,3 с^-1 (герц)

по формуле (2.23) собственная частота вращения УБТ

f₂ = 1284/L_УБТ = 811/243,4 = 3,33. с^-1

таким образом, критическая частота вращения долота:

N₁ = 20*f₁ = 20*5,3=106, об/мин.

При поперечных колебаниях

N₂=20*f₂=20*3.33=67 об/мин.

Для предотвращения вибраций долото должно вращаться с частотой не менее 67 об/мин, между 67 и 105 об/мин. и более 105об/мин.

Если сравните результаты расчётов, приведённых выше, по обоим методикам, вы заметите что они дают расхождения.

Поэтому АНИ рекомендует второй метод, метод учитывающий длину УБТ, в следствии его простоты и теоретического обоснования, при определении критических частот вращения трёх шарошечных долот.

Для других типов долот следует пользоваться методом АНИ.

К Вашему вниманию, вибрации бурильной колонны можно уменьшить следующим методами:

1. 
   Изменяя собственную частоту вращения;
   
2. 
   Применяя амортизатор;
   
3. 
   Увеличивая длину секции УБТ;
   
4. 
   Использование ТБТ или дополнительных УБТ.
   
5. 
   Применяя механическое демпфирование (гашение) колебаний.