V.3. Типы и основные параметры роторов, расчеты по их выбору

.Согласно ГОСТ16393-89 для 12 классов буровых установок предусмотрено 5 типов роторов, различающихся по диаметру отверстия в столе: не менее 440, 560, 700, 950 и 1250 мм. Этим же ГОСТ регламентируются расчетные значения мощности привода ротора: не более 180, 300, 370, 440, 550 и 750 кВт. Типоразмеры, силовые и геометрические параметры роторов детализированы в ГОСТ4938-78.

К основным параметрам ротора относятся:

- диаметр проходного отверстия стола ротора D_р.;

- допускаемая статическая нагрузка на стол ротора Р_р;

- частота вращения стола ротора n_р;

- мощность ротора N_р

Значение D_р выбирается исходя из условия

D_р =D_дн +δ (V-1),

где D_дн -диаметр долота при бурении под направление скважины; δ =30.. 50мм -диаметральный зазор для свободного прохода долота.

Диаметры направлений и соответствующих долот зависят от глубины скважин, что показано в табл.6

Таблица 6

Согласно данным табл.6, в буровых установках, смежных по глубине бурения, можно применять роторы с одинаковыми диаметрами проходного отверстия, что позволяет сократить их номенклатуру.

Для морских буровых установок ротор выбирается по диаметру водоотделяющей колонны, связывающей подводное устьевое оборудование с буровым судном, и поэтому имеет большее проходное отверстие.

Отверстие вкладышей стола роторов всех типоразмеров равно 225 мм, что соответствует набольшему диаметру бурильных замков (ЗШ -203).

Значение Р_р может быть принято равным значению допускаемой нагрузки на крюке, принятой для буровой установки соответствующего класса, однако при этом должно соблюдаться условие

G_max ≤ P_p ≤ C_o (V-2)

где G_max –масса наиболее тяжелой колонны обсадной колонны, применяемой в заданном диапазоне глубин бурения; С_о – статическая грузоподъемность подшипника основной опоры стола ротора..

Значение n желательно выбирать из условия 15об/мин ≤ n_р ≤ 250 об/мин, что диктуется требованиями технологии бурения и критической скоростью вращения бурильной колонны при роторном бурении.

Мощность ротора определяют при расчетах по формуле

N_p = (N_х.в + N_д) / η (V-3)

Где N_х.в –мощность на холостое вращение бурильной колонны; N_д – мощность, затрачиваемая на вращение долота и разрушение забоя; η-к.п.д.

В практических расчетах значение N_х.в можно определять, исходя из расхода мощности на вращение каждой 1000 м бурильной колонны, определенного расчетным путем по эмпирическим формулам для усредненных условий (частота вращения 100 об./мин, плотность раствора ρ = 1,2 г/см³, угол искривления 3 -5 градусов) и приведенного в табл.7

Таблица 7

Значение N_д проще найти по формуле

N_д= μ·P·n·R_ср (V-4),

где μ - коэффициент сопротивления долота: μ= 0,2 …0,4 - для алмазного и шарошечного долот, μ = 0,4… 0,8 для долот режущего типа и твердосплавных коронок; P –осевая нагрузка на долото, кН;n- частота вращения долота, с^-1; R_cp =D/3- средний радиус долота.

При предварительных расчетах частоту вращения ротора выбирают в зависимости от текущей L и конечной L_к глубин бурения по эмпирической формуле Уралмашзавода:

n_р= 200 – 150L/L_k (V-5).

Эта формула предопределяет режим нагружения ротора (а также и вертлюга), поскольку от частоты вращения зависит крутящий момент на столе ротора.

По приведенным формулам можно найти мощность, требуемую для бурения скважины под направление, кондуктор, промежуточные и эксплуатационную колонны. По наибольшей полученной величине выбирается расчетная мощность ротора.

Зная значения N и n_min, можно определить максимальный крутящий момент (кН·м) по формуле

M_max = Nη / n_min (V-6)

Максимальный крутящий момент используется в расчетах прочности бурильной колонны и деталей трансмиссии ротора.

В ГОСТ 4938-78, на параметры буровых роторов, задается базовое расстояние L_Р, под которым понимается длина, измеряемая от оси ротора до первого ряда зубьев цепной звездочки на быстроходном валу ротора. Ве личина L_p используется при проектировании цепного привода вращения от лебедки к ротору. Для роторов типоразмеров Р-460, Р-560, Р-700 и Р-950 она равна Lp= 1353 мм, для Р-1260, это условие не выдерживается и Lp=1651 мм.

Техническая характеристика буровых роторов приведена в табл.8.

Таблица 8