при роторном бурении

При роторном бурении долото приводится во вращение вращательным механизмом — ротором — через бурильную колонну, выполняющую роль промежуточной трансмиссии между долотом и ротором.

Ротор служит также для поддерживания бурильной или обсадной колонны на весу при помощи элеватора или пнев­матических клиньев. Для выполнения перечисленных работ ротор должен обеспечивать необходимую частоту вращения бурильной колонны и легко менять направление вращения, грузоподъемность его должна несколько превышать вес наи­более тяжелой (бурильной или обсадной) колонны.

Ротор (рис. 7.21) состоит из литого стального корпуса 2, во внутренней полости которого на упорном шариковом подшипнике 4 размещен стол 3 с укрепленным с помощью горячей посадки зубчатым коническим венцом. Последний входит в зацепление с конической звездочкой, посаженной на валу 8, вращающемся на двух подшипниках. В нижней ча­сти устанавливается вспомогательная опора 1, закрепленная гайкой 10. Верхняя часть стола ротора закрывается кольце­вым кожухом 7, ограждающим периферическую часть вра­щающегося стола. На консольной части роторного вала смонтировано цепное колесо 9, через которое подводится мощность к ротору.

Диаметр отверстия в столе ротора определяет максималь­ный размер долота, которое может быть пропущено через него. В связи с этим выпускают роторы с различными диаме­трами проходного отверстия (от 400 до 760 мм). В централь­ное отверстие вставляют вкладыши 6, в которые вводят за­жимы 5 для ведущей трубы. Перемещение вкладышей ротора и зажимов в осевом направлении предупреждается запорами, а закрепление стола осуществляется защелкой.

Для смазки трущихся деталей и отвода тепла, образующе­гося при работе зубчатых передач и подшипников, в станину ротора заливается масло.

В 30-х годах широко применялся привод ротора от специ­ально устанавливаемых для него двигателей (привод индивиду-

альный ротора ПИР), а в настоящее время таким приводом снабжна только установка БУ-50Бр. Однако в некоторых районах при бурении глубоких скважин роторным способом, особенно в осложненных условиях, иногда применяют инди­видуальный привод ротора ПИРШ4-2А, укомплектованный двумя электродвигателями мощностью 320 кВт, трехвальной коробкой перемены передач и ротором. Мощность от ко­робки передач к ротору отбирается при помощи специаль­ных полужестких муфт. Ротор может работать при четырех скоростях вращения: 70, 140, 220 и 320 об/мин.

В других случаях отечественные буровые установки преду­сматривают отбор мощности от двигателей лебедки с помо­щью цепной или карданной передачи. При первом варианте мощность отбирается с одного из валов лебедки, выполняю­щего при этом функции трансмиссии, при втором вариан­те — непосредственно от двигателя лебедки с помощью кар­данной передачи.

В процессе роторного бурения часть мощности расходует­ся на привод поверхностного оборудования, вращение бу­рильной колонны и разрушение горной породы долотом. Рассчитать требуемую мощность на осуществление перечис­ленных работ очень трудно, так как затрата мощности зави­сит от очень многих факторов: диаметра бурильной колонны и скважины, длины бурильной колонны, свойств промывоч­ной жидкости и т.д. Поэтому можно сделать только ориен­тировочные расчеты, используя эмпирические формулы, по­казывающие, что на вращение поверхностного оборудования и бурильной колонны затрата мощности прямо пропорцио­нальна длине колонны, квадрату диаметра бурильной колон­ны, плотности промывочной жидкости и частоте вращения бурильной колонны в степени, близкой к 2. Отсюда следует, что с ростом глубины скважины бесполезная затрата мощно­сти возрастает и, следовательно, подводимая к долоту мощ­ность уменьшается.

На условия работы ротора влияют и изменения нагрузки на долото. Так, при увеличении нагрузки возможно такое сочетание, когда величина вращающего момента, передавае­мого бурильной колонной, окажется недостаточной для пре­одоления сопротивления, встречаемого долотом со стороны горной породы. В результате долото начинает вращаться с меньшей частотой и даже может на некоторое время ока­заться в заторможенном состоянии. В бурильной колонне при этом кинетическая энергия вращения переходит в потен­циальную энергию кручения, которая после достижения оп-

3        4

бурения глубоких скважин

mm n m in гая

Рис. 7.21. Ротор Р560-Ш8

ределенного значения преодолевает сопротивление породы, и происходит обратный процесс — превращение потенциаль­ной энергии кручения в кинетическую энергию вращения.

Такой переход видов энергии из одного состояния в дру­гое приводит к возникновению упругих колебаний, и если их частота совпадает с частотой вынужденных колебаний ко­лонны, возникающих вследствие неравномерной подачи до­лота, то наступает резонанс, передающийся через ведущую трубу ротору. Последний при создании таких условий его эксплуатации испытывает большие динамические нагрузки, приводящие к интенсивным вибрациям ротора, его фунда­мента, вышки; все это сопровождается нарастанием шума в буровой, а иногда даже авариями.

Как видно, вращение бурильной колонны, необходимое при роторном бурении, приводит к значительному осложне­нию процесса проходки скважины. Этим и объясняется вы­теснение роторного бурения в ряде районов бурением с за­бойными двигателями.