Опыт бурения показывает, что левая часть графика характеристики турбобура (см. рис. 6.6, а) не используется вследствие неустойчивости вращения долота. Одна из причин этого — пологость кривой момента турбобура, обусловленная потерями на трение в резинометаллической пяте.
Изменение момента сопротивления вращению долота МД на забое при постоянной осевой нагрузке с увеличением частоты вращения представляется некоторой кривой, называемой механической характеристикой долота. В точке пересечения этой кривой с линией момента турбобура определяется частота равномерного вращения долота. В зависимости от значения R пересечение возможно с правой, левой или с той и другой ветвями линии момента Мт (рис. 6.7, а).
Исследуем режимы работы системы турбобур—долото на устойчивость, рассмотрев малые отклонения параметров режима. Предположим, что кривая Мт наклонена больше, чем МД, т. е. dMД / dn > d MТ / dn. Допустим далее, что вследствие временного увеличения сопротивления на долоте частота вращения его несколько снизилась. С восстановлением значения сопротивления (точка Е1) вследствие избытка движущего момента турбобура над моментом сопротивления долота турбина будет разгоняться и режим вращений сохранится. Если частота вращения увеличивается (точка Е2), то в результате недостатка движущего момента турбины частота вращения вала замедлится. Следовательно, режим работы в точке Е устойчивый.
Теперь рассмотрим точку D. Случайное ускорение вращения вала (точка D2) приводит к разгону турбины и дальнейшему переходу в устойчивый режим (в точке Е, расположенной на правой ветви линии Мт), а случайное замедление (смещение в точку D1 — к остановке турбобура вследствие нарастающего недостатка вращающего момента по отношению к моменту на долоте. Таким образом, если dMД / dn < d MТ / dn, то режим вращения неустойчивый.
Между тем технология бурения шарошечными долотами требует, чтобы турбобур мог устойчиво работать при небольшой ча-
стоте вращения. Поэтому желательно, чтобы зависимость п — М у турбины была нелинейной с повышением крутизны линии моментов в области тормозного режима.
Для придания нагрузочной характеристике турбины такого качества существует несколько способов. Один из них — регулирование расхода жидкости с уменьшением его при разгонных режимах и увеличением при тормозных. Для осуществления этого способа используют наземные или забойные средства. В качестве наземных можно использовать буровые насосы с бесступенчатым регулированием подачи. Наиболее приемлема для работы в системе с регулируемой подачей высокоциркуляционная турбина, замедление вращения которой сопровождается снижением перепада давления в ней и, следовательно, падением давления на вы-киде насоса. Если характеристика насоса такова, что снижение давления вызывает увеличение подачи, то при торможении турбины увеличивается крутизна кривой п—М.
Непосредственно на забое скважины расход жидкости можно регулировать с помощью перепускных клапанов, эжекторных мультипликаторов расхода или систем с разделением потока. Перепускной клапан устанавливается в полом валу турбобура или над турбобуром в специальной приставке. При настройке клапана на постоянный перепад давления, равный перепаду давления в турбине при тормозном режиме, характеристика турбины графически выглядит так, как представлено на рис. 6.4, б. Как видно, линия момента круто изогнута вверх к точке тормозного режима. Перепускные клапаны подвержены быстрому эрозионному износу, вследствие чего этот способ регулирования широкого применения не получил.
Для изменения нагрузочной характеристики в турбобурах типа А7ГТШ, А6ГТШ используют систему гидродинамического торможения. Сущность способа состоит в том, что на валу турбины устанавливается многоступенчатый гидравлический тормоз (ГТ). Венцы статора и ротора тормоза имеют прямые лопатки, установленные вдоль оси турбины, которые почти не оказывают сопротивления при остановке турбины. Линия момента Мгт, поглощаемого ступенями ГТ, приблизительно линейная, так что суммарная нагрузочная характеристика турбины получается также линейной (рис. 6.7, б). Суммарный максимальный момент турбины сохраняется, но рабочая частота вращения, соответствующая половине kMmax, существенно снижается, а крутизна нагрузочной характеристики увеличивается. Эту крутизну можно регулировать варьированием числа ступеней ГТ.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему