Вопрос 2.12. Особенности проектирования и реализации режимов бурения электробуром.

ЭБ состоит из трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и шпинделя. Для получения требуемого 𝑀_вр при ограниченном Ø двигателя → ↑ 𝐿_дв, однако для исключения искривления (прогиба) ротора при вращении он разделен на секции, центрируемые в статоре радиальными опорами (шарикоподшипники). Статор состоит из отдельных секций обмоток, разделенных немагнитопроводным материалом.

𝑀_вр с вала двигателя передается валу шпинделя зубчатой муфтой.

 

ПЖ подается к долоту по центральному каналу в валах двигателя и шпинделя.

Для предупреждения попадания ПЖ в рабочие полости ЭД, он заполняется изоляционным маслом, 𝑄 шпиндель – смазочным маслом. С помощью лубрикатора поддерживается Р-е масла на 1-3 атм. больше, чем 𝑃_пж в скважине.

 ЛЭП (электрическая энергия) → Р_асп.У_стр.. (высокого напряжения) → ПТ (пониж. трансф.) → СУ (станция управления) → НК (по наружному кабелю) → Токоприемник → Кабель внутри БТ → Электробур. Управление с пульта бурильщика.

Трубы ЭБШ по 2-х или 3-х жильному кабелю.

 

Особенности бурения электробуром:

· Т.к. 𝐿_зд ограничена => размещают 4-6 пар полюсов (Р), при f (частота переменного тока) = 50 Гц. 𝑛_вр = 660 ÷ 750 об/мин при Р = 4 и 𝑛_вр = 440 ÷ 500 при Р = 6, при 𝑆 (скольжение ротора относительно поля статора) от 0 до 12%.

·  ;  а при бурении мягких горных пород и горных пород средней твердости, особенно при болших Н (𝐿), эти частоты велики и => на практике снижают 𝑓 до 20-35 Гц или применением редукторов.

· Потери мощности в опорах, редукторе и определенном коэффициенте передачи мощности на забой:

 

 

𝑁_n – мощность из сети, 𝑁_g – мощность на долоте.

 

Рабочая характеристика АД:

Рабочая характеристика двигателя электробура

Особенности бурения ЭБ.

· АД может длительное время работать при М_ном. и 𝑛 = 𝑛_н ÷ 𝑛_x.

· Изменяя 𝐺_g, можно ↑ n и М.

· Двигатель ЭБ обладает большой перегрузочной способностью по 𝑁 (до 50%), а по М → до , что позволяет преодолевать резкие изменения 𝐺_g (осев и моментные) без остановки вращения при чередовании горных пород по твердости и неравномерной подаче долота.

· Так как I_(ток) и W_{(мощность}), потребляемые из сети, применяются с увеличением или уменьшением 𝐺_g и момента на долоте => удобно контролировать отработку долот, определять оптимальные РБ (с помощью амперметра на пульте бурильщика).

· Рекомендуется применять АСПД (РПД), отрегулированные на поддержание установленной мощности по ваттметру и 𝐺_g по индикатору веса.

· Ограничена температура в скважине для исключения перегрева.

· Для снижения I_пуск. и заклинивания долота → пускают ЭД, пока он еще не дошел до забоя. При опасности зависания БК вращается ротором (5÷30 об/мин).

· При промывке аэрированными БР наблюдаются частые пробои токопровода.

· При продувке ЭД и долото недостаточно охлаждается => ↓ 𝐺_g.

· Как при роторном бурении → 2 канала передачи 𝑁 на забой.

· ↑ гидравлическое сопротивление в ЭБШ (кабель и устройства подвески).

· Более высокий КПД, ↑ М_кр и   n.

· ЭБ легче управлять с поверхности + питание телеметрических систем при бурении Н – Н_{скважин}, упрощенная автоматизация процесса бурения.

· Малое распространение, т.к. достигнутые 𝑉_м и М_g не выше, чем при бурении Г3Д, а оборудование для бурения ЭБ сложнее и дороже + низкая надежность токопровода => ремонтные службы, квалификация персонала.

 

Особенности режима бурения роторным способом

При роторном бурении параметры режима бурения не зависят друг от друга. В процессе бурения можно изменять любой из них (Р_Д, n, Q), не изменяя других.

Оптимальный режим роторного бурения зависит от максимальных значений каждого параметра в отдельности.

Тип долота должен выбираться в соответствии твердости и прочности горных пород. При выборе режима бурения долотами серий ГНУ и ГАУ необходимо учитывать:

1. Максимальной нагрузке на долото должна соответствовать минимальная частота вращения.
2. В пластичных глинистых и малоабразивных песчано-глинистых породах следует бурить с максимальной частотой вращения и минимальной нагрузкой на долото.
3. В песчаных и других абразивных породах необходимо бурить с низкой частотой вращения ротора для избежания повышенного износа вооружения и опор долот.
4. Частоту вращения следует выбирать с учетом избежания вибраций бурильной колонны, т.к. может возникнуть резонанс.

Критическая частота вращения зависит от длины колонны и ее диаметра. Наиболее опасна критическая частота вращения при наименьшей критической длине колонны (таблица 5).

Таблица 5 - Выбор критической длины колонны в зависимости от диаметра трубы

Наружный диаметр трубы, мм	Критическая частота вращения об/мин	Критическая длина колонны, м
114	110	680; 2040; 3400; 4750
127	130	580; 1740; 2900; 4050
140	140	535; 1600; 2670; 3740

Для предотвращения вибраций долото должно вращаться с частотой в диапазоне от 66 до 106 об/мин. При бурении в мягких неабразивных породах при частоте вращения до 140-200 об/мин достигаются максимальные показатели работы долот.

При низкооборотном режиме нагрузка на долото должна быть больше на 20-25%, чем при бурении с повышенной частотой. Не рекомендуется применение повышенной частоты вращения ротора при бурении в твердых породах с промывкой технической водой. При увеличении вибраций бурильной колонны необходимо снизить осевую нагрузку на долото или изменить частоту вращения ротора. Если это не дает положительного результата, то необходимо применить более тяжелые УБТ (за счет увеличения диаметра).

При повышенной частоте вращения фактическая осевая нагрузка на долото значительно меньше, чем по индикатору веса из-за трения бурильной колонны о стенки скважины и вкладыши ротора. Поэтому нагрузку на долото следует корректировать с учетом разницы в показаниях индикатора веса при вращении колонны и без вращения.

При разбуривании пород средней твердости, твердых и крепких при очистке забоя воздухом, скорость вращения ротора не должна превышать 100-200 об/мин, а при бурении мягких пород – 200-300 об/мин. Для достижения максимальных показателей бурения при бурении с очисткой воздухом, необходимо увеличить нагрузку на долото и уменьшить скорость вращения ротора. При этом происходит объемное разрушение породы на забое. Скорость восходящего потока в затрубном пространстве для лучшего выноса шлама на поверхность должна быть не менее 5-8 м/с.