Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 [ 242 ] 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332

T « Apт.д. (20.9)

Значение Apт,д определяют опытным путем. Эти данные также можно найти в справочной литературе. В современных многосекционных турбобурах осевая гидравлическая сила достигает 120-150 кН.

В результате действия суммарных осевых сил в опоре возникает момент сопротивления, на преодоление которого затрачивается часть энергии турбины турбобура. Момент сил трения в пяте

Mп = P ц Гп, (20.10)

где Р - осевая нагрузка на пяту; ц - коэффициент трения в пяте; гп = = - 3)/(н - в!) - приведенный радиус трения (Кн и Кв - наружный и внутренний радиусы трущихся поверхностей).

Коэффициент трения резинометаллической пяты зависит от большого числа факторов. Наиболее существенное влияние оказывают удельная нагрузка на трущихся поверхностях, скорость скольжения, качество и количество промывочной жидкости, конструктивное исполнение элементов осевой опоры.

Трение в пяте представляет собой значительную величину. По мере увеличения удельной нагрузки до 0,6-0,8 МПа коэффициент трения снижается до минимума, затем вновь возрастает. Фактическая удельная нагрузка в момент запуска турбобура составляет 0,8-1,2 МПа. Коэффициент трения зависит также от скорости скольжения. Значение коэффициента максимально при страгивании пяты. Этим объясняются затруднения при пуске турбобура.

Внешнюю характеристику турбобура строят с учетом потерь энергии в осевой опоре турбобура. Силы трения в радиальных опорах ввиду их незначительности обычно не учитывают:

Mд = M - Mп, (20.11)

где Mд - крутящий момент, передаваемый на долото; M - вращающий момент турбины; Mп - момент сопротивления в осевой опоре (пяте).

Момент, развиваемый турбиной, в зависимости от скорости вращения вала представляет собой прямую линию:

Mт = Mmax(1 - n/nmax). (20.12)

Момент сопротивления в пяте можно выразить следующим образом:

Mп = + (T + G - К)ц Гп. (20.13)

Знак перед скобкой зависит от соотношения величин (T + G) и R. Если (T + G) > R, нагрузка на подпятники действует сверху. В этом случае берется знак « + ». Знак « - » соответствует условию (T + G) < R, когда загружена нижняя поверхность резиновой обкладки подпятника осевой опоры. Равенство (T + G) = R соответствует плавающему режиму работы осевой опоры турбины. При использовании полного выражения (T + G - R) можно в расчетах брать модуль числовых значений, заключенных в скобки.

Рабочий момент турбобура для турбины с известными экстремальными параметрами

M = M

-(T + G - R)цrп. (20.14)

Выражение (20.14) можно использовать для построения характеристики турбобура при известной закономерности изменения частоты вращения вала в зависимости от осевой нагрузки на долото. Связь между этими параметрами выражается через моментоемкость долота. Лабораторные и промысловые эксперименты показывают, что момент на долоте можно приближенно выразить формулой

Мд = Муд R,

где Муд - удельный момент. Тогда

Мд/ Муд.

(20.15)

(20.16)

Считая, что Мр = Мд, и вводя выражение (20.16) в уравнение (20.14), связывают осевую нагрузку на долото с частотой вращения вала турбобура. Взаимосвязь обусловлена тем, что момент сопротивления долота, соответствующий заданной осевой нагрузке, вводится в формулу (20.17), которая выражает функциональную зависимость рабочего момента от частоты вращения вала. При таком решении рабочий момент в любой точке характеристики отражает не фактический момент сопротивления долота, а частоту, при которой это сопротивление преодолевается валом турбобура.

В результате преобразований

М р =

1 ±гп/ М у. L

Введя обозначение

m (T + G) ц Гп

(20.17)

1 ±ЦГп/ М уд

получают

М р =v

m (T + G) ц Гп

V max /

(20.18)

(20.19)

Мощность турбобура, реализуемую на долоте, определяют из условия

m (T + G) ц Гп

(20.20)

На рис. 20.12 кривые 1 и 2, построенные по формулам (2.19) и (2.20), представляют собой внешнюю характеристику турбобура. Характеристика турбины М - п и N - п показаны линиями 3 и 4. Характеристика момента турбобура представлена двумя прямыми АС и СВ, пересекающимися в точке С. Линия СВ относится к случаю, когда R < (T + G) - знак « - », линия АС соответствует условию R > (T + G) - знак « + ». Точка С представляет собой случай, когда R = Т + G. Это условие соответствует моменту работы турбобура при разгруженной пяте.

Наклон отрезков АС и СВ зависит от значения у. Коэффициент у > 0, когда Муд > ц гп. В этом случае линия СВ наклонена влево от вертикали, так как удельный момент на долоте больше удельного момента трения в пяте и

Рис. 20.12. Внешняя характеристика турбобура

повышение нагрузки на долото вызывает общее повышение загруженности вала турбобура. Когда удельный момент на долоте меньше удельного момента сопротивления пяты, повышение нагрузки на долото вызывает снижение момента сопротивления вала турбобура (линия С В). Этому случаю соответствует условие у < 0. При у = да линия С"В вертикальна. Тогда изменение нагрузки до точки С" не влияет на загруженность вала турбобура.

После прохождения точки С нагрузки в пяте суммируются, поэтому при повышении нагрузки на долото в любом случае нагрузка на вал турбобура возрастает. Однако в зависимости от значения у угол наклона линий АС различный.

Точка В соответствует положению, когда турбобур оторван от забоя и на осевую опору действуют только гидравлическая нагрузка и вес роторной части турбобура. Частоту вращения в точке В называют разгонным числом оборотов турбобура. Разгонное число пр при постоянных T и G зависит от коэффициента трения в резинометаллической паре осевой опоры. При повышении коэффициента трения разгонное число смещается влево, т.е. частота вращения вала при пуске снижается.

Площади, заключенные между линиями АСВ и линией 3 (см. рис. 20.12), пропорциональны затратам энергии в осевой опоре турбобура в случае применения резинометаллической пяты. Применение пяты качения существенно снижает непроизводительные затраты энергии в осевой опоре, так как коэффициент трения качения в 5-6 раз меньше коэффициента трения скольжения, имеющего место в резинометаллическом подшипнике.

Положение точки С на линии 3 зависит также от коэффициента у. Рост значения у, а следовательно, и удельного момента сопротивления забоя приводит к перемещению точки разгружения пяты по линии момента турбины к тормозному режиму. Высокие удельные моменты на долоте наблюдаются при бурении мягких пород. В твердых породах удельный момент на долото ниже, поэтому точка С смещается в зону высоких скоростей. Это условие менее благоприятно с точки зрения рациональности режима отработки долота. Поэтому для перемещения разгонного числа и соответственно точки С в зону низких скоростей необходимо применять при