Системы промывки долот и их характеристики

⇐ ПредыдущаяСтр 58 из 97Следующая ⇒

Промывка забоя скважины при вращательном бурении – обязательный технологический процесс. Она предназначена для очистки забоя от выбуренной горной породы (шлама), охлаждения и очистки элементов долота.

При очистке призабойной зоны скважины от шлама необходимо решить две задачи: отделить шлам от забоя и вынести шлам в кратчайший срок в пространство над долотом. Отколотая частица горной породы прижимается к забою дифференциальным (угнетающим) давлением. Отделение частицы от забоя можно осуществить либо сдвигом или опрокидыванием ее силой, действующей в плоскости забоя, либо в результате смены знака прижимающей силы. Первая схема реализуется потоком жидкости, параллельным поверхности забоя скважины, а вторая − скоростным напором струи жидкости, воздействующей на забой вблизи частицы. Оторванная от забоя частица должна быстро удаляться из зоны работы шарошек.

В противном случае она возвращается на забой и повторно разрушается, т.е. непроизводительно расходуется энергия и дополнительно изнашивается инструмент.

В настоящее время в долотах реализуются две основные системы промывки – обычная (центральная) и гидромониторная (боковая).

Центральная система промывки выполняется в долотах,предназначенных для разбуривания твердых и крепких горных пород при высокооборотном бурении (при вращении долота турбобуром). Схема системы промывки приведена на рис. 5.56. Система промывки включает внутреннюю полость 1 долота, участок 2 сжатия струи жидкости и цилиндрическое промывочное отверстие 3. Основной геометрической характеристикой системы является диаметр d промывочного отверстия, а гидравлической характеристикой – скорость истечения жидкости из промывочного канала, определяемая по формуле

v _и = Q/(0,785d ²),

(5.30)

где Q – расход промывочной жидкости.

Из условия предупреждения эрозионного изнашивания промывочного отверстия и шарошек скорость v и < 30 м/с.

Достоинство –жидкость движется вдоль образующей шарошки,хорошо очищает и охлаждает вооружение (на рис. 5.54 поток показан пунктиром).

Рис. 5.56. Центральная система промывки шарошечного долота

Недостаток –при взаимодействии с шарошками струя жидкости теряет энергию и весьма слабо воздействует на забой.

Попытки устранить этот недостаток привели к созданию различных вариантов обычной системы промывки. Например, были предложены
и применялись системы с треугольным и щелевым промывочными отверстиями (рис. 5.55). По замыслу авторов такое выполнение системы промывки должно было улучшить гидродинамическое воздействие на забой. Однако названные и другие варианты не выдержали конкуренции со стандартной системой промывки с одним круглым центральным промывочным отверстием.

Рис. 5.55. Вид сверху на долота с центральной (а), треугольной (б) и щелевой (в) системами обычной промывки

Гидромониторная (боковая) система промывки шарошечного долота отличается от центральной системы промывки тем,что струи жидкости здесь направляются непосредственно на периферию забоя между дополнительными конусами шарошек, а скорость истечения из насадок v и > 60 м/с. Последнее потребовало армировать промывочные каналы, чтобы снизить их эрозионное изнашивание (размыв).

Долото с гидромониторной системой промывки показано на рисунке 5.56. Для смещения промывочного отверстия к стенке скважины в лапе проштампован глубокий карман 1, в который просверлен подводящий канал 2.В нижней части канала расточено гнездо для гидромониторного узла.В гнездо вставлена насадка 3, уплотненная относительно лапы резиновым кольцом 6. От выпадения насадка удерживается разрезным пружинным кольцом 5. Комплект из насадки, уплотнения и крепления составляет гидромониторный узел (ГМУ).

Достоинство: гидромониторная струя жидкости активно воздействуетна забой, повышая механическую скорость бурения.

Недостаток: гидромониторному воздействию подвергается толькопериферийная часть забоя. Центральная часть забоя промывается радиальными потоками, направленными к оси скважины. Далее потоки встречаются и движутся вверх к периферии мимо нисходящих струй жидкости. На рисунке 5.56 движение жидкости показано стрелками. В результате в зоне работы шарошек образуется вихрь, в котором вращается часть жидкости со шламом. Частично этот недостаток устраняется при асимметричной системе промывки, а также при применении удлиненных насадок. Асимметрия достигается тем, что, например, трехшарошечное долото оснащено только двумя боковыми ГМУ. В этом случае поток жидкости движется по забою в сторону пространства между секциями долота, где нет ГМУ.

Рис. 5.56. Гидромониторная система промывки долота

Насадки готовятся из твердого сплава или металлокерамики.Удлиненные насадки могут быть выполнены из специального чугуна. Крепление должно быть надежным и обеспечивать смену насадок на буровой. Крепление разрезным пружинным кольцом самое простое, но не удовлетворяет удобству смены насадок на буровой. В настоящее время предпочтение отдается креплению резьбовыми втулками (рис. 5.57 а) конструкции «Волгабурмаш» и штифтами (гвоздями) (рис. 5.57 б) в соответствии с лицензией фирмы Dresser.

При креплении резьбовой втулкой в лапе 1 с подводящим каналом 2 гнездо для ГМУ выполняется с резьбой. Насадка 3 вкладывается в резьбовую втулку, сверху ставится резиновая прокладка 4, и вся сборка ввинчи-вается в гнездо. Резьбовая втулка имеет шлиц 5, который позволяет при необходимости быстро заменить насадку.

Рис. 5.57. Конструкции ГМУ ОАО «Волгабурмаш » с резьбовым креплением(а) и с креплением гвоздем (б)

В случае крепления насадки гвоздем (рис. 5.57 б) в гнезде выполняются канавки для уплотнительного кольца и гвоздя 5. На насадке выполнена ответная канавка, которая при установке насадки 3 в лапу образует с канавкой в гнезде кольцевую полость. В эту полость через отверстие в лапе забивается гвоздь, причем забивается в канавку не полностью, а как показано на рисунке 5.57,б, что обеспечивает при необходимости легкое извлечение гвоздя и быструю замену насадки. Основными геометрическими параметрами насадок являются диаметр d о выходного отверстия и его площадь f. Параметры изготавливаемых ОАО «Волгабурмаш» насадок приведены в таблице 5.15.

Таблица 5.14

Параметры насадок завода "Волгабурмаш"

d _о, мм	6,4	7,1	7,9	8,7	9,5	10,3	11,1
f_,мм²	32	40	47	59	71	83	97
d _о, мм	11,9	12,7	14,3	15,9	17,5	19,1	20,6	22,2
f_,мм²	111	127	160	198	240	286	333	387

Зная диаметр d о, нетрудно рассчитать скорость истечения жидкости из насадки, если известен ее расход Q в общем случае или необходимый расход Q для обеспечения заданной скорости истечения жидкости. Например, по величине выбранного расхода жидкости Q и заданной скорости истечения vи рассчитываются диаметры насадок и перепад давления на гидромониторном долоте. Вначале рассчитывается площадь канала f насадки. В случае трехшарошечного долота

f = Q/(3v_и).

(5.31)

Из таблицы 5.15 выбираются стандартные насадки ближайшего большего диаметра. Для выбранного диметра насадок рассчитывается соответствующий перепад давления на долоте по формуле

р_д = , МПа, (5.32)

где Q – выбранный расход промывочной жидкости, м³/с ; ρ – плотность бурового раствора для заданного интервала бурения, кг/м³; μ – коэффициент расхода (для шарошечных долот μ = 0,9); f – площадь канала выбранной стандартной насадки, м².

При бурении долотами большого диаметра возникает проблема очистки центральной части забоя и шарошек от налипающего шлама. В этом случае долото оснащается комбинированной системой промывки, т.е. наряду с боковыми насадками долото имеет центральный промывочный канал, оснащенный ГМУ. Комбинированная система промывки также может быть асимметричной. Применение асимметричной системы промывки нежелательно, когда возможно образование сальника на долоте ( налипание липкого шлама и глинистой корки промывочной жидкости не только на шарошки, но и на корпус долота).

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 3978; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 53 54 55 56 575859 60 61 62 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!