Показатели и критерии эффективности гидравлических забойных двигателей

⇐ ПредыдущаяСтр 33 из 56Следующая ⇒

Показатель	Диаметр двигателя, мм			Показатель	Диаметр двигателя, мм
Показатель	240	195	172	Показатель	240	195	172
Q, л/с Р, М Па n, об/мин М, кН м N, кВт М/n (H м)/мин				L,м

*В числителе - для турбобуров ЗТСШ-1; в знаменателе - для ВЗД.

Этот факт свидетельствует о лучшей приспособленности ВЗД к современным требованиям бурения при соблюдении условий достаточной надежности двигателя и стабильности его характеристик.

Рассмотрим факторы, влияющие на критерий эффективности ВЗД. Так как для объемного двигателя крутящий момент и частота вращения при прочих равных условиях определяются рабочим объемом V, то без учета объемных и гидромеханических потерь ( см. § 5.2, 5.3)

(6.69)

т.е. при заданном расходе жидкости Q и перепаде давления Р критерий пропорционален квадрату рабочего объема двигателя (рис. 6.24). Этот вывод весьма важен и служит объяснением влияния кинематического отношения i = z₂: z₁рабочих органов ВЗД на эффективность его применения в процессе бурения.

Обычно при проектировании ВЗД рассматривают влияние кинематического отношения только на их механические характеристики п - М. Получаемые при этом классические зависимости крутящего момента М и частоты вращения п винтового двигателя при постоянных D_K ,Q, Р от i (см. § 5.8), отражая влияние кинематического отношения на внешние'характеристики (что типично и для общемашиностроительного гидропривода), в то же время никак не связаны с эффективностью использования ВЗД при бурении скважин.

В то же время в целом объективно отражая эффективность ВЗД общего назначения, критерий является недостаточным при анализе двигателей, предназначенных для наклонно направленного и горизонтального бурения.

В этом случае при сравнении важное значение приобретают такие показатели, как длина забойного двигателя L и удельные значения мощности и момента

Рис. 6.24. Зависимость критериев эффективности ВЗД от кинематического отношения

При меньших, чем у турбобуров, осевых габаритах, ВЗД обладают большими значениями удельной мощности и удельного момента (см. табл. 6.8). Это предопределяет преимущества ВЗД и дает основание рассматривать их как наиболее перспективное техническое средство для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин.

Эффективность работы породоразрушающего инструмента также в значительной степени зависит от равномерности вращения забойного двигателя [14, 136].

Изменение скорости забойных двигателей вследствие непостоянства крутящего момента или момента сил сопротивления порождается механическими (при изменении нагрузки на долоте) и гидравлическими (вследствие пульсации расхода жидкости на входе в двигатель) возмущениями.

Из опыта бурения известно, что стабилизация угловой скорости забойного гидродвигателя приводит к увеличению механической скорости проходки, стойкости гидродвигателя и долота, а также улучшению качества проводки скважины.

Статическим критерием равномерности вращения забойного двигателя является крутизна его механической характеристики

(6.70)

Для двигателей с нелинейной механической характеристикой вида (6.61) крутизна линии - М - переменная величина, зависящая от нагрузки

(6.71)

где - коэффициент запаса момента, = М/М_T.

При прочих равных условиях ( = idem) крутизна механической характеристики определяется ее степенью нелинейности .

Крутизну механической характеристики можно выразить через критерий эффективности

                                                                                          (6.72)

Сравнение характеристик турбобуров ( = 1) и ВЗД ( = 3) показывает, что при крутящих моментах М = 0,5 М_т наименьшей крутизной обладают ВЗД (см. табл. 6.8). Поэтому в процессе бурения при одинаковых изменениях (скачках) момента на долоте ( М) отклонение угловой скорости ( ) винтового двигателя будет минимальным.

Динамическим критерием равномерности вращения забойного двигателя является его инерционная постоянная времени

                                                                                                    (6.73)

Критерий характеризует приемистость двигателя (способность разгонять инерционную нагрузку и длительность переходных процессов). При равенстве моментов инерции I быстроходные турбобуры обладают на порядок более высоким значением инерционного критерия , т.е. являются менее приемистыми, чем ВЗД. Это является, с одной стороны, недостатком ВЗД, так как при несанкционированном изменении нагрузки на долото или расхода жидкости в процессе долбления переходный процесс в ВЗД развивается более динамично, а с другой - обусловливает преимущества винтовых двигателей в быстродействии осуществления операции управления в связи с их повышенной реакцией на целенаправленное регулирование режима нагружения.

Приведенная оценка статических и динамических критериев характеристик забойных двигателей показывает, что по сравнению с турбобуром ВЗД является высокоприемистой гидромашиной, менее чувствительной (в статическом смысле) к изменению нагрузки. Поэтому к системам управления процессом бурения ВЗД (см. § 9.5) должны предъявляться повышенные требования в отношении оперативности и точности получения необходимой информации и выработки соответствующих управляющих воздействий.

Как гидродвигатель с переменным перепадом давления ВЗД может использоваться в качестве индикатора режима бурения (нагрузки), в частности при проводке наклонных и горизонтальных скважин (см. § 9.5). В этом случае критерием эффективности является крутизна его гидромеханической характеристики

                                                                                                  (6.74)

В общем случае (см. § 6.3) крутизна линии Р - М - переменная величина, зависящая от нагрузки

                                                                                            (6.75)

Для двигателей с гидромеханическими характеристиками, близкими к линейным ( = 1),

                                                                                                    (6.75а)

Коэффициент наклона k_p линии Р - М возрастает с уменьшением рабочего объема ВЗД (см. § 6.3), поэтому более приспособленными для управления режимом бурения по изменению перепада давления (более чувствительными к изменению нагрузки на валу) при прочих равных условиях являются ВЗД меньшего диаметра.

Другим показателем переменности перепада давлений забойного двигателя является безразмерный коэффициент

В отличие от коэффициента наклона k_p отношение перепадов давления в тормозном и холостом режимах практически не зависит от диаметра ВЗД и определяется в основном числом шагов РО (см. формулу (6.32)).

Поскольку в процессе бурения фиксируется не давление на входе в забойный двигатель, а давление на стояке Р_с эффективность управления режимом ВЗД зависит от относительного перепада давления

к = Р/Р_с.                                                                                                    (6.76)

Чем больше к, тем легче вести управление забойным двигателем.

Так как давление на стояке растет с увеличением длины колонны бурильных труб, возможности управления гидродвигателем по давлению снижаются по мере увеличения глубины забоя и отклонения долота от устья скважины. При больших глубинах и отклонениях от устья в ряде случаев целесообразным становится переход к управлению по забойному параметру, что требует дополнительных затрат по включению в состав телеметрической системы блока датчиков давления на входе в ВЗД или крутящего момента на валу (см. § 9.5).

ГЛАВА 7

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 745; Мы поможем в написании вашей работы!
Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 28 29 30 31 323334 35 36 37 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!