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

струмента из-за закручивания труб в обычных конструкциях расширителей, глубина внедрения лопасти в породу на каждом цикле расширения резко уменьшается. При определенных условиях инструмент может скользить по забою без видимого внедрения лопасти в породу. При этом эффективность увеличения диаметра скважины снижается. Динамика закручивания эксцентричного расширителя в скважине при снижении величины внедрения лопасти в породу с учетом баланса действующих сил, показана на рис. 4.5. Механизм закручивания расширителя в

Рис. 4.5. Динамика закручивания эксцентричного расширителя:

закручивание снаряда; б - прижатие корпуса; в - забурка лопасти; г - расширение

скважине подтвержден работами М.Е. Грабовского, проводившего эксперименты на скважинах путем сопоставления характера износа поверхности корпуса расширителя.

С целью интенсификации внедрения породоразрушающей лопасти предложено выводить гидромониторную насадку перпендикулярно поверхности лопасти со стороны, противоположной поверхности контакта с породой. Под действием реактивной силы струи промывочной жидкости лопасть режущей поверхностью прижимается к забою и внедряется в породу.

Рассмотрим механизм работы эксцентричного расширителя. Дифференциальное уравнение поворота лопасти при забурке расширителя относительно его центра масс имеет вид

(4.1)

где J - момент инерции расширителя относительно точки 0; da/dtt - ускорение вращения; ZM - сумма моментов сил, действующих на лопасть относительно точки 0.

С началом вращения бурильной колонны на расширитель действует крутящий момент Т; сила струи промывочной жидкости, стр; Кт, Кп - тангенциальная и нормальная составляющие реакции забоя; т, п - тангенциальная и нормальная составляющие силы инерции.

Для равномерного установившегося разрушения породы ускорение вращения расширителя da/dtt = 0. С учетом этого условия сумма моментов, действующих на лопасть сил, равна нулю. Относительно крутящего момента Т с учетом da/dt = 0 выражение (4.1) запишем

T = ;2 + Кт

D - d .

-sm a

arctg

dD - d

hл + - +-cos a

л 2 2

+ cos a

arctg

-sm a

, dD - d

(4.2)

где Втр - сила трения корпуса расширителя о породу, d - диаметр корпуса расширителя, D - диаметр пилот-скважины, hл - ширина лопасти, a - угол закручивания расширителя.

Крутящий момент можно определить из следующей зависимости:

T = J a;

57,31

(4.3)

Jр = 32(dd - dв4н),

где Jp - полярный момент инерции, dвн - внутренний диаметр труб, G - модуль упругости второго рода для сти, равный 8-1010 Па, L - глубина скважины.

Сила трения может быть выражена через реакцию забоя R и коэффициент трения f

тр = Rf. (4.4)

Коэффициент трения лопасти с песком обычно составляет 0,1. Основная энергия затрачивается на преодоление сопротивления внедрению резцов и на преодоление сил трения их о забой. Тангенциальная составляющая силы сопротивления

Rт = 2af\F\S, (4.5)

где a - коэффициент, учитывающий зависимость механической скорости расширения от вдавливающего усилия долота в породу (a = 0,031); [P\ - предел прочности пород, S - площадь контакта лопасти с породой.

Остаточный угол закручивания инструмента а определяется из формулы (4.2) и при а = 0,03 близок к нулю, что свидетельствует о завершении забурки лопасти.

При работе расширитель передает на забой осевую нагрузку

Poc = а[Рпр\. (4.6)

Площадь контакта лопасти с породой

S = Д

, D4 (D - d)2sin2 а D - d d

Нл - Л----+-cos а + -

4 2 2

(4.7)

где Д - ширина пластин твердого сплава.

Сила сопротивления породы внедрению лопасти, приложенная к режущей грани при осевом перемещении расширителя

[Rh\ = 2/;рРос. (4.8)

Дифференциальное уравнение (4.1) с учетом действия сил сопротивления породы внедрению лопасти [Rh\ и силы струи жидкости ¥тр имеет сложный вид. Целесообразно решать уравнение (4.2) для конкретных условий проведения работ. В качестве примера приведем результаты расчетов для скважины глубиной L = 100 м, ширине пластин тверрдого сплава Д = 5-10 3 м, а = 1,0, площади контакта S = 10 3 м , коэффициенте трения / = 0,1; [Рпр\ = 105106 Па, силе прижатия R = 400 Н, полярном моменте