19. Расчет технологически необходимого давления в промывочном узле долота и диаметра насадок долота.

Для выбора и обоснования насадок долота раньше предлагалось несколько методов, обоснованных разрушением породы выходящей из насадок жидкостью (гидромониторный эффект), для этого надо поддерживать скорость жидкости > 200 м/с, что практически невозможно. Хорошую очистку забоя от выбуренной породы и доразрушение предразрушенных долотом пород на забое скважины достигается проектированием Рд (перепад на долоте), а затем рассчитывается диаметр насадок (dнс).

Pд=1/Fр*(Gзрс–GврТп)–(Ртп–Р_R)

где Gзср – средняя величина осевой нагрузки на забой в интервале одинаковой буримости пород, Nдт=QРдт, применяя классическое уравнение:

и окончательно принятый расход находим проектную величину диаметра насадок:

где Кн – количество одинакового диаметра насадок, _д=0.65-0.87, когда насадок нет=0.65 - коэф. учит потери напора жидкости в промывочном узле долота, Fн – суммарная площадь насадок по выходной величине d_нс. На очистку забоя от породы до разрушения пород тратится определенная энергия. Эффективность очистки забоя зависит от типа и конструкции насадок, их расположения на долоте. Для этой цели разработаны центральная, боковые, приближенные к забою, щелевидные, с вибрирующим потоком и т.д. насадки. Необходимо чтобы струя из насадок не перекрывала канал для выхода шлама из-под долота.

20. Какие параметры в технологии углубления скважины рассчитывают или определяют с привлечением частоты осевых зубцовых вибраций долота? Принцип действия амортизатора Длину убт можно определить как

,

где С_м - скорость звука в материале УБТ (для стальных труб С_м= 5100 м/с); Т_д - период продольных эубцовых вибраций долота с учетом деформируемости забоя, с; l_зу- длина бурильного инструмента от забоя до УБТ, м; l_зо - длина инструмента от забоя до середины верхней осевой опоры ГЗД, м.

где G_д – динамическая нагрузка на долото, Н; С_м – скорость звука в динамически активном участке (обычно в валу двигателя) низа бурильного инструмента, м/с; Е_м, F – модуль упругости и площадь поперечного сечения тела вала ГЗД, соответственно, Мпа и м²;  - угол наклона оси шарошки к оси долота; R_м, R_j – мгновенный радиус долота для венцов П и средний для венцов Б,В, соответственно; t_п, t_ц – соответственно, шаг зубцов по венцу П и средний для венцов Б,В; r_i – средний радиус шарошек по венцам Б₁В; а_п, а_ц – жесткости пары «зубец-порода» для венцов П и Б, В, соответственно. При известных величинах осевой нагрузки на долото, в частности ее динамической составляющей (G_д), модуля упругости (Е) и площади поперечного сечения тела (F) динамически активного участка, например вала забойного двигателя, частоту вращения долота для обеспечения _к определим по формуле

с - скорость звука в материале вала двигателя, с = 5100 м/с;  - угол между осью шарошек в долоте, обычно sin = 0,80...0,82; Е = 2,110¹¹ Па (для стали); _к - в мс; G_д - в Н.

N_дз 

где G_ш- осевая нагрузка на забой скважины, определяемая по твердости пород по штампу (при роторном бурении возможна замена на G_ср) ; ₃₁- глубина вдавливания зубца долота в породу за время _вд;

Принцип действия амортизатора: амортизаторы устанавливаются под забойным двигателем, между долотом и его валом и между долотом и бурильной колонной при роторном бурении.

Принцип работы демпфера для двух последних случаев. Вращающий момент от вала двигателя передается через корпус амортизатора к его валу через узел 3, а осевые усилия от вала двигателя к валу амортизатора - через упругий элемент 5, в котором происходит перераспределение энергии вибраций (накопление потенциальной энергии). Жидкость (7) проходит через корпус и вал амортизатора в долото. Утечки промывочной жидкости устраняются путем установки уплотнений 8. Вращающий момент от забойного двигателя (или от колонны при роторном способе бурения) и далее от корпуса амортизатора к его валу передается через: шлицевые соединения, зубчатые элементы, кулачковые полумуфты, шпоночные соединения, четырех-восьмигранные элементы, резиновые втулки, шариковые запоры, металлические зубья, пружины и др. Упругие элементы также разнообразны: это массивные резиновые втулки, наборы резиновых колец и шаров, прокладки из эластичных материалов, пакеты и одинарные наборы тарельчатых стальных пружин, винтовые стальные и клинчатые пружины, гидравлические устройства и др. За период Т энергия при вибрациях, передаваемая от долота вверх, аккумулируется в упругом элементе амортизатора в виде потенциальной энергии упругих деформаций, а затем - обратно в определенном количестве возвращается долоту. Форма вибрации благодаря упругому элементу сглаживается и часто снижается амплитуда вибраций. Таким образом, уменьшается доля энергии, передаваемая вышерасположенному бурильному инструменту (или колонне), и меньше энергии рассеивается в бурильной колонне, а динамические усилия более плавно передаются долоту и горной породе. В связи с этим увеличиваются: время работы опор и вооружения долота, межремонтный период работы забойного двигателя (в первую очередь его шпинделя), долговечность бурильной колонны.

Схема конструкции амортизатора:

1 - долото;

2,4 - вал и корпус демпфера;

3- узел передачи; М_вр ;

5 - упругий элемент;

6 - вал забойного двигателя или труба бурильной колонны;

7 - поток промывочной жидкос­ти;

8 - уплотнительные элементы