dв = D - 2dk , |
[мм], |
(48) |
где dк= 15мм - толщина стенки корпуса, мм.
2. Напряжение, от воздействия сил растяжения возникающих под действием внутреннего давления, определяем по формуле:
G |
|
= |
Pr . q rB2 |
(1 − |
rn2 |
) , |
[МПа], |
(49) |
|
2 |
rn4 − rB2 |
rB4 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
где rn, rB - соответственно наружный и внутренний радиусы корпуса турбобура, м.
3. Напряжение кручения, возникающее в корпусе под давлением реактивного момента, определяем по формуле:
τ = M T / W n , |
[МПа], |
(50) |
где Wn - полярный момент инерции корпуса, определяется по формуле.
4. Усилие прочности корпуса турбобура от совместного действия вышеперечисленных сил, определяем по формуле:
G p = |
|
, |
[МПа], |
(51) |
(G 1 − G 2 )2 + 4 π 2 |
Проектирование ведется из условия
G p ≤ [G ]/ K , |
[МПа], |
(52) |
где [G] - допустимое напряжение, равно пределу текучести материала корпуса турбобура, МПа;
К ³ 1,5 - коэффициент запаса прочности.
51
7 РАСЧЕТ ЧИСЛА ПОДПЯТНИКОВ ОСЕВОЙ ОПОРЫ ТУРБОБУРА
В процессе бурения осевая нагрузка на долото передается через турбобур. Для восприятия и передачи осевой нагрузки на долото турбобур снабжается специальной опорой, размещаемой в верхней или нижней части конструкции. В качестве осевой опоры в серийных турбобурах применяются резинометаллические подшипники скольжения.
Осевая опора состоит из нескольких ступеней подпятников. Работоспособность резинометаллических подшипников турбобура в абразивной среде колеблется в пределах (50-150) часов. Этим временем определяется межремонтный срок работы турбобуров.
Определение числа подпятников резинометаллической осевой опоры производится из предположения, что осевая нагрузка равномерно распределяется между подпятниками, тогда число подпятников можно определить по формуле:
N = |
P |
|
, |
[шт] |
(53) |
Pmax F n |
× λ |
|
|
||
|
|
|
|||
где Р - осевая нагрузка на осевую опору турбобура, Н; Рmax = (1,0-1,5) МПа - допустимое удельное давление на
поверхности трения подпятников;
Fn - площадь опорной поверхности подпятника, определяется по формуле:
F n |
= |
π |
( d nn2 − d Bn2 ) , |
[м2], |
(54) |
|
|||||
|
4 |
|
|
|
|
где dнп, dвп - соответственно наружный и внутренний диаметр трущихся поверхностей подпятника, м (рис.13);
λ - коэффициент, учитывающий неполноту рабочей поверхности т.е. наличие канавок на резиновой прокладке подпятника (см. рис 5) определяется по формуле:
λ = |
F − F k |
(55) |
|
F |
|||
|
|
где Fk - площадь канавок в подпятнике, определяется по формуле:
52
F k |
= |
1 |
( d H П |
- d B П )ti , |
[м2], |
(56) |
|
||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
где ti = 6 – 8 – |
число канавок в подпятнике. |
|
||||
Рис. 13. - Схема подпятника:
D, d - внешний и внутренний диаметр подпятника; b - ширина канавки, м
Величина Р на холостом режиме работы турбобура, т.е. когда осевая нагрузка на долото равна нулю G д = R = 0 определяется по формуле:
P = Pr + G , [H], (57)
а в процессе бурения, когда G g = R ¹ 0 |
определяется по |
|
следующей формуле: |
|
|
P = P + G − R , |
[H], |
(58) |
r |
|
|
где Рr – полная гидравлическая нагрузка, определяется по формуле (1), Н;
G ¹ G B + G P - вес всех вращающихся деталей, т.е. всех
валов и роторов турбобура, Н;
G g + R - осевая нагрузка на долото, равная реакции забоя, Н (подраздел 3.3).
53
8 РАСЧЕТ ВЕЛИЧИНЫ МОМЕНТОВ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СБОРКЕ ТУРБОБУРОВ
Перед сборкой турбобура производится тщательная подготовка деталей. Для этого валы прочищаются и смазываются машинным маслом УС-2(А), остальные детали также смазываются. Особенно тщательно готовить к сборке необходимо резьбы турбобура.
Момент затяжки должен обеспечить неподвижность роторов и статоров, т.е. необходимо создать такую осевую нагрузку на торцах стягиваемых ступеней статоров и роторов, чтобы возникаемые моменты трения препятствовали провинчиванию скрепляемых деталей. Если же величина момента затяжки будет чрезвычайно большой, то может произойти деформация деталей. Момент затяжки резьб определяется по тормозному моменту. Момент крепления деталей на валу турбобура (роторной гайки) и деталей в корпусе турбобура (переводника, ниппеля), который необходимо создать о помощью ключа, определяется по формуле:
M kp |
= |
Q 3 |
[df + d p tg ( ρ + ϕ )], |
[Hхм], |
(59) |
|
|||||
|
2 |
|
|
|
|
где Qз - осевое усилие затяжки ротора или статора, определяется по формулам (8) или (12), Н;
d - наименьший средний диаметр стягиваемых деталей, м; f = 0,15 − 0, 2 - коэффициент трения стали по стали;
dp - средний диаметр закрепляющей резьбы, м;
ρ = a r c tg f 1 где f 1≤ 0,15-0,18 - коэффициент трения в резьбе;
ϕ - угол подъема витков резьбы, определяется по формуле:
tg ϕ = |
S |
|
, |
(60) |
π d |
p |
|
||
где S – шаг резьбы, м [6 ].
54
9 МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ ПРОЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ КОРПУСА (НИППЕЛЯ) И ВАЛА (РОТОРНОЙ ГАЙКИ)
Резьбовое соединение турбобуров необходимо проверить на срезающее напряжение (усилие), возникающее в витках резьбы от максимальных усилий затяжки ротора и статора.
Условие прочности на срез описывается следующим выражением [17]:
σ ср |
= |
Q |
з |
≤ [σ ]ср |
[МПа], |
(61) |
|
π D ср |
d в n в |
||||||
|
|
|
|
|
где Q3 – осевое усилие затяжки ротора или статора, определяется по формуле (8) или (12), Н;
Dcp – средней диаметр резьбы, м;
dB - ширина витка по среднему диаметру резьбы, м;
nB – число витков резьбы на нарезанной части поверхности тела корпуса (ниппеля) роторной гайки.
55
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Анализ и пути совершенствования характеристики забойных гидравлических двигателей. Обзорная информация. – М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1989.
2.Вальдман И.Я., Паньков А.М. Забойные двигатели и запасные части. – М.: Недра, 1980.
3.Агеев А.И., Потаров Ю.Ф., Литвяк В.А. и др. Результаты промышленных испытаний турбобуров ТПС-172. -М.: Нефтяное хозяйство, 1980, -№10.
4.Добкин В.А., Никитин Д.М., Утробин А.А. Обслуживание и ремонт гидравлических забойных двигателей. – М.: Недра, 1986.
5.Крутик Э.Н., Самжаров В.С. Результаты приемочных испытаний турбобуров с маслонаполненной редукторной вставкой РМ-195. //Труды ВНИИБТ. -
Вып.51. -М.: ВНИИБТ, 1981.
6.Султанов Б.З., Шаммасов Н.Х. Забойные буровые машины и инструмент. – М.: Недра, 1976.
7.Мительман Б.И. Справочник по гидравлическим расчетам в бурении. – М.: Гостоптехиздат, 1963.
8.Шумова З.И. Практическое руководство по эксплуатации турбобуров. – М.: Гостоптехиздат, 1962.
9.Шумилов П.П. Турбинное бурение нефтяных скважин. –
М.: Недра, 1970.
10.Кузин Б.В. Расчет валов на усталостную прочность. //Труды ВНИИБТ.-Вып.ХХII. Турбобуры с наклонной линией давления. – М.: Машгиз, 1963.
11.Кузин Б.В. О расчете на прочность некоторых деталей забойных двигателей. //Сб. Расчеты на прочность. -№9 –
М.: Машгиз, 1963.
12.Биргер И.А. Шорр.Б.Ф., Иосиливич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. Справочник. – М.: Машиностроение, 1979.
13.Зябрикова Л. Н. Расчет трубобуров. – Куйбышев, 1971.
14.Гули-Заде М.П. Турбинное бурение наклонных скважин.
– Баку: Азнефтеиздат, 1959.
56
15.Даниелян А.А. Буровые машины и механизмы. – М.: Гостоптехиздат, 1961.
16.Добровольский В.А. Детали машин. – М.: Машгиз, 1963.
17.Симонянц С.Л. Проблемы модернизации турбинного бурения. – Тюмень: изд-во Вектор-Бук, 2004.
57
ДЛЯ ЗАМЕТОК
58
Тематич.план изд. КОУ, 2006 г.
Заурбеков Сейтжан Арыспекович
Турбобуры. Учебное пособие к лабораторным и практическим занятиям по курсу «Бурение нефтяных и газовых скважин» и разработке курсового и дипломного проектов.
Редактор Г.Р.Искакова
Технич. редактор К.Т.Кулманова
УТВЕРЖДЕНО: Учебно-методическим Советом КОУ, протокол № 5 от 15. 02. 2006 г.
СОГЛАСОВАНО: заведующим кафедрой «Нефтегазовое дело», к.г.-м.н., профессором А.А.Жунусовым
Подписано в печать 24.03.2006
59
Тираж 50 экз. Формат 60х84/16. Бумага типографская №1 Объем 3,75 печ. л. Заказ № 172
Издание Каспийского общественного университета Отпечатано в типографии НИЦ КОУ
г. Алматы, пр.Сейфуллина, 521. тел. 50-69-34, 50-69-35
60