1.3.5 Вертлюг
Параметры вертлюга (допускаемая статическая нагрузка на вертлюг; динамическая грузоподъемность основной опоры вертлюга, максимальное давление прокачиваемой жидкости, диаметр проходного отверстия ствола; диаметр отверстия ствола вертлюга) должны отвечать требованиям бурения и промывки скважины и одновременно соответствовать аналогичным параметрам подъемного механизма и буровых насосов.
Вертлюг выбирается по допускаемой статической нагрузке (нагрузке на не вращающийся ствол вертлюга при отрыве долота от забоя) на крюк:
Qст.в = Qкр.доп.
Динамическая грузоподъемность основной опоры вертлюга при 100 об/мин:
Qв = К1К2Qб.к max |
(24) |
где K1 – коэффициент, учитывающий снижение нагрузки на вертлюг при погружении колонны в раствор K1 = 0,85;
К2 – коэффициент, учитывающий снижение нагрузки на вертлюг за счет создания нагрузки на долото, К2 = 0,85;
Qб.к max - нагрузка от веса бурильной колонны (максимальная), кН.
Максимальное давление прокачиваемой жидкости определяется исходя из режима промывки скважины и должно быть не менее наибольшего давление буровых насосов, которые будут входить в комплект буровой установки.
Максимальное давление прокачиваемой жидкости можно определить по формуле В. А. Авакова:
Рmax = 80 |
(25) |
где Lk – конечная глубина скважины, км.
Диметр проходного отверстия ствола для всех вертлюгов 75 мм исходя из требований обеспечения равномерности потока жидкости.
Частота вращения ствола вертлюга совпадает с частотой вращения стола ротора и определяется по зависимости.
n = 200 - 150α; |
(26) |
где α – коэффициент глубины.
Высота штропа должна быть достаточной для соединения вертлюга с крюком талевой системы при ручной расстановке.
Параметры системы верхнего привода (СВП) включает наряду с параметрами вертлюга параметры насоса (расход и давление жидкости), параметры вращателя (крутящий момент при бурении, свинчивании и развинчивании бурильных труб, частота вращения и мощность привода) и параметры элеватора (максимальная нагрузка, диаметр бурильных труб, угол поворота при укладке труб).
Максимальный крутящий момент при свинчивании:
Мmax = 1,5 Mн. |
(27) |
Максимальный крутящий момент при ликвидации прихватов:
Мпр mas = 2Mн. |
(28) |
Крутящий момент при раскреплении труб:
Мрас = 1,9Мн; |
(29) |
где Mн – номинальный крутящий момент (при бурении).
При Qкр.доп = 2113 кН, Qб.к = 1409 кН, Lк = 3015 м, Qст.в = Qкр.доп = 2113 кН < 3200 кН. Выбираем вертлюг УВ-320МА.
Для данного вертлюга:
Qв = кН;
Pmax = = 40,8 МПа;
n = 200 об/мин при α = 0 (начало бурения), n = об/мин при α = 1 (бурение на конечном интервале).
1.3.6 Буровой насос
Основные параметры буровых насосов (подачу, давление и полезную мощность) выбирают на основе требований, предъявляемых технологией промывки скважины. Исходной является объемная подача. Установлено, что для эффективной отчистки скважины и выноса шлема, а также нормальной работы забойных гидравлических двигателей скорость восходящего потока бурового раствора должна соответствовать значениям, приведенным в табл. 4.
Таблица 4. Скорость восходящего потока v, м/с.
Интервал бурения |
Способ бурения |
|
турбинный |
роторный |
|
Под кондуктор |
0,3…0,4 |
0,2…0,3 |
Под промежуточную и эксплуатационную колонны |
0,5…0,6 |
0,4…0,5 |
Подача насоса определяется по выбранной скорости восхожденящего потока, м3/с:
Q = |
(30) |
где - скорость восходящего потока жидкости, м/с;
Dд – диаметр долота, м;
dб.т – диаметр бурильных труб, м.
Давление на выходе из насоса зависит от потерь давления на преодоление гидравлических сопротивлений в манифольде, буровой колонне и за трубном пространстве.
Площадь за трубного пространства, м2:
F = . |
(31) |
Полная потеря давления в системе циркуляции промывочной жидкости:
р = рм + рб.т + рУБТ + рз + рд + рз.дв + рк.п;
где рм, рб.т, рУБТ, рз, рд, рз.дв, рк.п - потери давления соответственно в манифольде, бурильных трубах, УБТ, замковых соединениях, долоте, забойном двигателе, кольцевом пространстве.
Параметры насоса на конечно глубине бурения можно определить по формулам В.А. Авакова:
Гидравлическая мощность, кВт:
Nг = 340 • 0,736. |
(32) |
Приводная мощность, кВт:
Nпр = 450 • 0,736. |
(33) |
Максимальное давление на выходе из насоса, МПа:
p = 80 • 0,1. |
(34) |
Подача на конечной глубине бурения, л/с:
Q = 32 . |
(35) |
Буровой насос выбирается по приводной мощности Nпр ≤ N .
Число двойных ходов поршня насоса, мин-1:
- для двухцилиндрового насоса:
n2 = |
(36) |
- для трехцилиндрового насоса:
n3 = |
(37) |
Длина хода поршня, мм:
- для двухцилиндрового насоса:
S2 = |
(38) |
- для трехцилиндрового насоса:
S3 = 0,75S2. |
(40) |
Диаметр поршня, дм:
для двухцилиндрового насоса:
; |
(41) |
для трехцилиндрового насоса:
. |
(42) |
Здесь k2 =19,1 – для двухцилиндрового насоса;
k3 = 25,46 – для трехцилиндрового;
Q – подача насоса, л/с;
α0 – коэффициент подачи,
α0 = 0,95; dшт – диаметр штока, дм;
dшт = (1,09 .
Изменение давления в цилиндре при изменении подачи (изменении диаметра цилиндровых втулок)
В соответствии с вышеприведенными формулами для нашего примера имеем:
Nr = 425,07 кВт;
Nм = 563,04 кВт;
p = 17,33 МПа;
Q = 23,8 л/с.
Выбираем УНТБ-600 из условия:
Nм < N ;
425,07 < 600.
1.3.7 Циркуляционная система.
Для расчета пропускной способности гидроциклонов наиболее приемлема эмпирическая формула М.Ш. Вартанетова:
Qr = K1dпdcDr |
(43) |
где Qr – пропускная способность гидроциклона, л/с;
K1 – опытный коэффициент, К1 = 0,12;
dпdc – диаметры питающего патрубка и сливной насадки, см;
pв – давление на входе в гидроциклон, МПа, рв = 0,4…0,5 МПа.
Диаметры шламовой насадки питающего и сливного патрубков определяются из следующих соотношений:
- диаметр питающего патрубка:
dп = (0,125…0,250)Dr; |
(44) |
- диаметр сливного патрубка:
dc = (0.25…0.50)Dr; |
(45) |
- диаметр шламовой насадки:
dш.н. =(0,15…0,45)dc; |
(46) |
- высота цилиндрической части гидроциклона:
h1 = (1.0…1.2)Dr; |
(47) |
- высота конической части гидроциклона:
|
(48) |
число гидроциклонов
|
(49) |
где Q, Qr – пропускная способность песко- и илоотделителя и гидроциклона, л/с;
где α – угол конуса, α = 15…20º.