Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

В 1956-1957 гг. в СССР было начато серийное производство электробуров для бурения на нефть и газ. Кон­структивная схема электробуров первых серийных выпусков в основном сохранена и в современных электробурах. Со­временный электробур представляет собой забойную маши­ну, состоящую из электродвигателя и шпинделя (рис. 22.13). Для уменьшения скорости вращения вала между электродви­гателем и шпинделем может быть вмонтирован редуктор — вставка. Корпус электробура приспособлен, как и у турбобу­ра, для захвата его элеватором и для соединения с бурильной колонной. К нижнему концу вала шпинделя присоединяется долото.

Параметрический ряд электробуров включает семь диа­метров: 164, 170, 185, 215, 240, 250 и 290 мм. Длины электро­буров колеблются от 10 до 14 м. Обозначения электробуров, например, Э164-8 расшифровываются следующим образом: Э — электробур; 164 — диаметр корпуса, мм; 8 — число полюсов электродвигателя. В конце шифра могут стоять буквы М — мо-

дернизация и Р — электробур с редуктором-вставкой. Шпин­дель обозначается как Ш164.

В электробуре применен маслонаполненный трехфазный асинхронный электродвигатель, размещенный в трубном кор­пусе. Статор двигателя собран в цилиндрических корпусах, со­единенных между собой конической резьбой. В корпусе стато­ра запрессованы чередующиеся между собой пакеты из немаг­нитной и магнитной стали. В пазах статора размещена стерж­невая обмотка, верхние концы которой соединены с контакт­ным стержнем, соединяющим ее с системой токопровода.

Ротор двигателя выполнен секционным и многоопорным. Длина магнитопровода каждой секции в зависимости от диа­метра двигателя принята в пределах от 400 до 500 мм. Вели­чина зазора между статором и ротором составляет 0,4-0,6 мм, что обеспечивает достаточную надежность работы двигателя с учетом начального эксцентриситета осей статора и ротора, износа подшипников и жесткости вала. Вал электродвигателя, имеющий по всей длине одинаковый диаметр, установлен на шарикоподшипниках, опирающихся непосредственно на рас­точки немагнитопроводных пакетов статора. Осевая опора ротора выполнена в виде двухрядных шариковых подшипни­ков, установленных на нижнем конце вала и рассчитана на усилие только от массы ротора. Нижний конец вала электро­двигателя соединяется при помощи зубчатой муфты и шар­нирной уплотняющей втулки с валом шпинделя или редукто — ра-вставки. Внутренняя полость двигателя заполнена электри­чески нейтральным маслом.

Маслонаполненный (смазочное масло) шпиндель служит для восприятия реакции забоя при создании нагрузки на долото.

Буровой раствор проходит через электробур к долоту по центральному каналу в валах двигателя и шпинделя. С помо­щью лубрикатора поддерживается давление масла на 0,1-0,3 МПа больше давления раствора в скважине.

Электрическая энергия, подаваемая на буровую по линии электропередач, поступает в распределительное устройство высокого напряжения. Отсюда энергия через понижающий трансформатор и станцию управления по наружному кабелю подается на токоприемник. Последний передает энергию на кабель, расположенный внутри бурильных труб. По кабелю энергия поступает к электробуру и преобразуется в механи­ческую энергию вращения долота. Кнопки и приборы управ­ления вынесены на пульт, с которого бурильщик управляет работой электробура. Для спуска бурильной колонны в про­цессе бурения служит автоматический регулятор подачи.

Электроэнергия передается электробуру по двух — или трех­жильному кабелю с резиновой изоляцией, расположенному внутри бурильных труб типа ЭБШ.

Частота вращения электробура находится в пределах от 750 до 440 об/мин. Для разбуривания большой группы мягких и средней твердости пород, особенно залегающих на больших глубинах эти частоты вращения велики. Поэтому на практике частоту вращения снижают путем уменьшения частоты тока питания электробура от 50 до 20-26 Гц и применением редук­тора. Первый путь не эффективен, так как не сопровождается соответствующим повышением крутящего момента. Использо­ванием одной или двух редукторних вставок с передаточным отношением 1:2 между электродвигателем и шпинделем удает­ся повысить вращающий момент и снизить частоту вращения в 2-4 раза при уменьшении мощности лишь на величину N(1 — гір), где N — мощность электродвигателя, г|р — КПД редуктора.

Технические характеристики электробуров приводятся в табл. 22.3.

Мощность на долоте при бурении электробуром определя­ется выражением

А’до) = (Л/,, — ДіУт)т|Г|р — ДГХШ — Рцсіл, (22.35)

где Л/п — мощность, потребляемая электробуром от сети; ANT — потери мощности в токопроводе; ті = 0,55-0,75 — КПД элек­тродвигателя; Л/х. ш — мощность на холостое вращение шпин­деля; Р — осевая нагрузка на долото; ц — условный коэффици­ент трения в упорном подшипнике; в. — внутренний диаметр упорного подшипника; п — частота вращения вала шпинделя. Коэффициент передачи мощности на забой

Кы = Мф)/Ып.

Мощность, реализуемая на долоте, может быть выражена через осевую нагрузку Р и удельный момент МуА:

А/д = N0 + МудРл, (22.36)

где Ы0 — мощность на вращение долота при отсутствии осевой нагрузки.

Момент на долоте

Мд = М, + МУДР, (22.37)

где М, — момент на долоте при отсутствии нагрузки.

При выборе режима бурения добиваются более полного использования мощности электробура, т. е.

мА * Ммз), Км = МА/МА{Э) * 1.

Характеристика двигателя электробура представлена на рис. 22.14. Асинхронный двигатель длительное время может работать в режиме номинальной мощности 7УН0М и в области пу < л, < пх при моменте М0 < М < Мном, где М] — момент со­противления в опорах двигателя, шпинделя, редуктора. Изме­няя осевую нагрузку на долото 0 < Р, < Ртах, можно изменять частоту вращения и в более широких пределах: от л, до люах. Момент при этом также изменяется от М0 + М, до Мтах. В режиме Мном электробур также может работать длительное время. Двигатель электробура обладает довольно большой пе­регрузочной способностью по мощности (до 50 %), что позво­ляет без остановки вращения преодолевать резкие изменения нагрузок на долото при чередовании пород по твердости и неравномерной подаче.

Поскольку мощность в цепи питания изменяется по мере увеличения или уменьшения нагрузки и момента на долоте, при бурении электробуром удобно контролировать отработку долот, проводить различные исследования буровых долот в режиме бурения, оперативно устанавливать оптимальный ре­жим.

Чтобы предупредить чрезмерное повышение пускового тока и заклинивание нового долота, электробур включают, пока он не дошел до забоя (сужения). При опасности зависания бу­рильная колонна медленно вращается ротором (5-30 об/мин).

При бурении электробуром возможно применение в каче­стве очистного агента любого бурового раствора, аэрирован­ных жидкостей, пены, сжатого воздуха и природного газа.

На забое можно использовать гидромониторный эффект, но гидравлические сопротивления в трубах ЭБШ выше, чем в обычных трубах, вследствие наличия внутри труб кабеля и устройств для его подвески. Поэтому при одинаковых услови­ях может быть реализован меньший перепад давления.

Преимущества электробура по сравнению с турбобуром следующие:

двигатель электробура имеет более высокий КПД, может обеспечить передачу на долото достаточно больших мощностей и крутящего момента при приемлемых соотношениях М/п;

электробур проще управляется с поверхности, обеспечива­ет применение систем телеконтроля при направленном буре­нии, бурении горизонтальных и многозабойных скважин;

упрощается автоматизация и оптимизация процесса буре­ния.

Объем бурения скважин электробурами в СНГ в послед­ние годы стабилизировался и составляет несколько сотен ты­сяч метров в год, причем этим способом в основном бурят в Башкирии и на Украине, где имеются хорошо оснащенные базы ремонта. Применяется он также в Туркмении и незна­чительно в Азербайджане.

Достигнутый уровень показателей механического бурения электробуром несколько выше показателей турбинного буре­ния: больше проходка на долото и рейсовая скорость.

Основные затруднения при проводке скважин электробу­ром связаны с усложнением наземного и забойного оборудова­ния, бурильной колонны, недостаточно высокой надежностью токопровода, созданием ремонтных служб, а более высокими требованиями к квалификации обслуживающего персонала.

Комментарии запрещены.