Материал: Шпиндель забойного двигателя ОУ-195

- высота профиля резьбы, мм.

Проверим выполнение условия прочности на срез. Для этого вычислим напряжение среза по формуле,

 МПа

где - максимальная осевая нагрузка, берем по максимально допустимой нагрузке на используемое долото Q=350 кН;

- внутренний диаметр резьбы в основной плоскости, мм;

- коэффициент полноты. Для резьбы типа РКТ KS=0,78;

- рабочая длина свинчивания, мм;

- допустимое напряжение среза, =539 МПа.[2, c.57]

Т.к. , условие прочности на срез выполняется

Проверим условие прочности резьбы на смятие. Для этого вычисляем значение напряжения смятия по формуле

,

 МПа

где - максимальная осевая нагрузка, кН;

- шаг резьбы, мм;

- внутренний диаметр резьбы в основной плоскости, мм;

- допустимое напряжение смятия, =774 МПа.[2, c.47]

Т.к. , условие прочности резьбы на смятие выполняется.

Условие прочности резьбы на срез и на смятие выполняется. Резьба выдержит заданные нагрузки.

Расчет резьбы З-121 на прочность

Найдем рабочую длину свинчивания по формуле

мм

Найдем внутренний диаметр в основной плоскости по формуле

мм

Проверим выполнение условия прочности на срез. Для этого вычислим напряжение среза по формуле

МПа

Т.к. , условие прочности на срез выполняется.

,

 МПа

Т.к. , условие прочности резьбы на смятие выполняется.

Условие прочности резьбы на срез и на смятие выполняется, резьба выдержит заданные нагрузки.

Расчет резьбы З-171 на прочность

Найдем рабочую длину свинчивания по формуле

мм

Найдем внутренний диаметр в основной плоскости по формуле

мм

Проверим выполнение условия прочности на срез. Для этого вычислим напряжение среза по формуле

 МПа

Т.к. , условие прочности на срез выполняется.

Проверим условие прочности резьбы на смятие. Для этого вычисляем значение напряжения смятия по формуле

,

 МПа

Т.к. , условие прочности резьбы на смятие выполняется.

Условие прочности резьбы на срез и на смятие выполняется, резьба выдержит заданные нагрузки.

.2 Расчет резьбовых соединений вала

Посредством резьб имеющимися на вале, к нему с одного торца навинчивается шлицевая муфта, а с другой над долотный переводник. Для присоединения шлицевой муфты используется резьба МК98х6х1:16-ВТ, а для переводника резьба З-171

Параметры резьб приведены в таблице 2

Таблица 2 - Параметры резьб вала.

Расчет резьбы МК98 на прочность

Найдем рабочую длину свинчивания по формуле

мм

Найдем внутренний диаметр в основной плоскости по формуле

мм

Проверим выполнение условия прочности на срез. Для этого вычислим напряжение среза по формуле

 МПа

Т.к. , условие прочности на срез выполняется.

Проверим условие прочности резьбы на смятие. Для этого вычисляем значение напряжения смятия по формуле

,

 МПа

Т.к. , условие прочности резьбы на смятие выполняется.

Условие прочности резьбы на срез и на смятие выполняется, резьба выдержит заданные нагрузки.

Расчет резьбы З-117 на прочность

Найдем рабочую длину свинчивания по формуле

мм

Найдем внутренний диаметр в основной плоскости по формуле

мм

Проверим выполнение условия прочности на срез. Для этого вычислим напряжение среза по формуле

 МПа

Т.к. , условие прочности на срез выполняется.

Проверим условие прочности резьбы на смятие. Для этого вычисляем значение напряжения смятия по формуле

 МПа

Т.к. , условие прочности резьбы на смятие выполняется.

Условие прочности резьбы на срез и на смятие выполняется, резьба выдержит заданные нагрузки.

3.3 Расчет подшипников на прочность

Для определение нагрузки на один шарик в радиально-упорном подшипнике в общем машиностроении рекомендуется следующая формула [4].

 H

где А - осевая нагрузка (по допустимому усилию но долото А=350 кН)- число шариков

β - угол контакта в меридиальном сечение ( для шарикоподшипников типа 128700 принимаем β=60˚)

Величина деформации определяется по формуле

м

где dш - диаметр шарика мм

Предельно допустимую деформацию вычислим по формуле

м

Так как δmax>δ то радиально упорный подшипник выдержит статическую нагрузку.

Оценим вредное влияние гироскопического эффекта

Величина потерь в гироскопический эффекте ( на трение верчение ) определим по формуле

где dср - средний диаметр подшипника

м

 Н

Момент трения на шарике

H

где μ - коэффициент трения, μ=0.005

Поскольку Мгир<Мтр то верчение шариков от гироскопического эффекта не будет. Выбранный радиально-упорный шарикоподшипник будет работать исправно.

4. ЭКСПЛУАТАЦИЯ ШПИНДЕЛЯ ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ

В процессе бурения на шпиндельную секцию турбобура воздействуют различные по величине и характеру возмущающие силы и силы сопротивления, что вызывает его многообразные колебания. Основными видами колебаний являются продольные, поперечные и крутильные. Они возникают одновременно и зависят от волновой характеристики бурильной колонны и включенных в ее компоновку устройств, типоразмера долота, свойств разбуриваемых пород, параметров режима бурения.

Основные причины возникновения колебаний - скачкообразный характер разрушения горных пород, ухабистость забоя, зубчатая рабочая поверхность долота, пульсация давления в нагнетательной системе. К менее существенным причинам можно отнести неоднородность и трещиноватость разбуриваемых пород, дискретную подачу бурильного инструмента и др.

Колебания забойного двигателя возникают в результате воздействия большого числа факторов, которые, в свою очередь, оказывают существенное влияние на процесс и показатели бурения. Колебания инструмента снижают стойкость долота, сокращают срок службы элементов бурильной колонны и турбобура и ухудшают показатели бурения в целом.

При поступлении турбобура на буровую перед сборкой турбинной и шпиндельной секции необходимо тщательно осмотреть снаружи, при этом обращают особое внимание на состояние присоединительных резьб наличие плотности соединения резьбовых торцов, отсутствие трещин и вмятин на корпусных деталях. Убедившись в выполнении этих условии, непосредственно на самой буровой собирают секции в турбобур.

Для предотвращения засорения турбобура в верхнюю муфту бурильных труб (пол ведущую трубу) установить фильтр длиной 1.5…2 м с диаметром отверстии 5…6 мм.

Проверять турбобур па поверхности путем его запуска на ведущей трубе. Турбобур должен легко запускаться при давлении не более 2,0МПа, при этом вал должен вращаться равномерно, без рывков.

При выключении насоса вал турбобура должен плавно останавливаться. Резкая остановка свидетельствует о наличии большого трения в турбобуре. Для приработки трущихся деталей рекомендуется производить обкатку турбобура в течение 3...5 минут.

Собрав всю конструкцию низа бурильной колонны, спускают в скважину, где будит производиться бурение. При спуске инструмента долото не доводится до забоя примерно на длину ведущей трубы. Работа турбобуром начинается с промывки скважины, которая осуществляется одним буровым насосом до тех пор, пока давление на выкиде насоса не позволит подключить в работу второй насос.

Запуск турбобура на забое облегчается, если вращать бурильные трубы ротором, постепенно увеличивая нагрузку на долото. Эффективна также посадка турбобура с долотом на забой с небольшим ударом. В случае затруднений с запуском в нерасширенном участке ствола следует прибегнуть к вращению бурильных труб или приподнять долото в участок ствола с полным диаметром. шпиндель забойный двигатель турбобур

Бурение турбобуром следует начинать при небольшой нагрузке на долото.

При остановке турбобура вследствие его перегрузки инструмент следует приподнять, затем постепенно довести долото до забоя и плавным увеличением нагрузки достигнуть максимальной скорости проходки.

Эффективность турбинного бурения в значительной степени зависит от величины подводимой к турбобуру гидравлической мощности. Поскольку с углублением скважины изменяется гидравлическая характеристика системы циркуляции буровой установки, то это создает необходимость регулирования подачи промывочной жидкости, нагнетаемой буровым насосом. Практически регулирование производится дискретно: при достижении определенной глубины скважины увеличивается, например, число ступеней турбины, при этом изменяется гидравлическая ее характеристика; осуществляется смена гидравлических цилиндров насосов, при которой изменяются их подача и давление. Опыт турбинного бурения подтверждает целесообразность перехода на работу при давлениях на насосах 200-250 кгс/см2, особенно с увеличением глубины скважин, утяжелением промывочной жидкости и применением гидромониторных долот.

При использовании насоса с жестким (электрическим) приводом в значительном интервале бурения остается постоянным расход промывочной жидкости, а давление возрастает с углублением скважины. Регулирование подачи с гибким приводом (дизельные буровые установки) может производиться плавно: с углублением скважины уменьшается подача насоса, а давление остается максимальным.

Кроме того, турбинный способ предъявляет определенные требования не только к насосам, но и к бурильным трубам. Для более эффективного использования гидравлической мощности, развиваемой насосами, необходимо максимально сокращать гидравлические сопротивления в циркуляционной системе буровой установки. Основная часть гидравлических потерь в циркуляционной системе падает на потери в бурильных трубах и кольцевом затрубном пространстве. Минимальным суммарным потерям в трубах и затрубном пространстве соответствует наружный диаметр do бурильных труб

= (0,02…0,68) D

где D - диаметр скважины.

Основным показателем, характеризующим режим бурения, является механическая скорость. Режим бурения определяется геометрическими, прочностными свойствами долота, характеристикой промывки, перепадом давления на пласт, буримостью горных пород и другими факторами, влияющими на величину механической скорости бурения.

Рассматриваемый турбобур 3ТСШ1-195 при средней механической скорости бурения 11.2 м/час проходит за сутки около 260 м. Расход жидкости составляет 35л/с на 1 гс/ см3 скорость вращения при этом достигает 470 об/мин, создавая в итоге вращающий момент равный 1800 Н/м.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Авербух Б.А., Калашников В.Н., Кершенбаум Я.М., Протасов В.Н. Ремонт и монтаж бурового и нефтегазопромыслового оборудования. - М.: Недра, 1976. - 368 с.

. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. Т.1.- 5 изд. - М. : Машиностроение, 1979.- 570 с.

. Буровые комплексы. Современные технологии и оборудование. Екатеринбург.: Объединенные машиностроительные заводы, группа Уралмаш. - Ижора, 2002. - 592 с.

. Гусман М.Т., Любимов Г.М. Расчет, конструирование и эксплуатация турбобуров. - М.: Недра, 1976. - 367 с.

. Жидовцев Н.А., Яров А.Н. Влияние смазывающей добавки к буровой жидкости на снижение сил трения в осевой опоре турбобура. - М.: Недра, 1970. - 162 с.

. Палашкии Е.А. Справочник механика по глубокому бурению. - М.: Недра, 1974. - 544 с

. Справочник бурового мастера. П.Т. Иночкин, В.Л. Прокшиц. - М.: Гостопттехиздат, 1958. - 378 с

. Султанов Б.З., Шаммасов Н.Х. Забойные буровые машины и инструмент. - М.: Недра, 1976. - 356 с.

. Чулков П.В.,Чулков И.П. Топлива и смазочные материалы: ассортимент, качество, применение, экономия, экология. - М.: Политехника, 1996. - 304 с.

. Перельман Л.Я. Подшипники качения: Справочное пособия.- М.: Машиностроение, 1983. -544 с.