Умови роботи турбобура на вибої

При проробці стовбура свердловини (наприклад, калібрування стовбура перед спуском обсадних колон) на основну опору турбобура діє тільки навантаження від власної ваги елементів турбобура і тиску потоку рідини (зусилля направлене зверху вниз)

, (4.16)

де – гідравлічне навантаження від перепаду тиску в турбіні, долоті і п’яті турбобура;

– вага роторної частини турбобура і долота в рідині.

Гідравлічне навантаження визначається виразом

, (4.17)

де – сумарний перепад тиску в турбіні, долоті і п’яті турбобура;

– розрахунковий діаметр ступені турбіни.

При бурінні свердловини на основну опору турбобура діє осьове навантаження

, (4.18)

де – реакція вибою;

, (4.19)

де – осьове навантаження на долото.

При – умова плаваючої п’яти (тертя в основній опорі відсутнє).

При бурінні свердловин в результаті ударів зубців долота об вибій і створення хвильового процесу, реакція вибою є змінною величиною і може досягати максимального значення , тоді формула (4.18) приймає вигляд

. (4.20)

Тобто сумарне осьове зусилля на основну опору може бути направлене вгору або вниз (а тому зазори , див. рис.4.1).

Осьове навантаження на долото при бурінні шарошковими долотами здійснюється, виходячи з умови об’ємного руйнування гірської породи

, (4.21)

де – осьове навантаження, при якому виконується умова об’ємного руйнування породи;

– коефіцієнт, який враховує зміни умов руйнування породи на вибої, ;

– твердість породи за штампом;

– площа контактної поверхні породоруйнуючих елементів долота з вибоєм.

Враховуючи (4.21) осьове навантаження на долото, беруть з умови

, (4.22)

де – допустиме навантаження на долото, обумовлене його міцністю.

При бурінні лопатевими, алмазними і твердосплавними долотами величину осьового навантаження визначають за формулою

, (4.23)

де – осьове навантаження на одиницю діаметра долота (залежить від фізико-механічних властивостей гірських порід);

– діаметр долота.

Частота обертання долота визначається за формулою

, (4.24)

де – допустима лінійна швидкість різання, що визначається з умови абразивного зношування і нагрівання долота (м/с).

Витрату промивальної рідини визначають із умов ефективної очистки вибою і забезпечення виносу вибуреної породи по затрубному кільцевому просторі

, (4.25)

, (4.26)

де – питома втрата промивальної рідини, (м³/с)/м² (при бурінні гідравлічними вибійними двигунами (м³/с)/м²);

– площа вибою свердловини, м²;

– мінімальна швидкість руху промивальної рідини в кільцевому просторі, яка забезпечує винесення породи, м/с (м/с і залежить від діаметра долота);

– площа кільцевого простору, м².

За характеристику насосної установки беруть найбільше значення Q, якому відповідає значення допустимого тиску для даних циліндрових втулок.

Перепад тиску в турбіні визначається за її характеристикою, а в долоті і п’яті за формулою

, (4.27)

де а – коефіцієнт, який залежить від розмірів і форми проточних каналів долота і п’яти.

Якщо задані витрата рідини Q, її густина , то для турбіни з розрахунковим діаметром легше знайти момент, частоту обертання і ККД, а потім перепад тиску

. (4.28)