ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2024
Просмотров: 128
Скачиваний: 0
5000 м и удельном весе бурового раствора 2,3 гс/см3 электробур испытывает внешнее гидростатическое давление 1150 кгс/см2. Высокое гидростатическое давление обусловило необходимость гер метизации электробура, заполнения его полости маслом и приме нения системы компенсаторов, дающей возможность маслу при изменениях температуры расширяться, сжиматься и при помощи
пружин создавать внутри |
электробура избыточное |
по отношению |
к внешнему давление. |
|
|
Известны погружные |
электродвигатели, полость |
которых за |
полнена водой, однако такую конструкцию по ряду причин нельзя считать приемлемой на современном уровне развития изоляцион ной техники и машиностроения.
Необходимость подачи промывочной жидкости к долоту для выноса выбуренной породы в восходящем потоке обусловила соз дание в центральной части электробура специального канала. При прямой промывке жидкость, пройдя через бурильные трубы и ка нал в электробуре к долоту, захватывает с собой выбуренную по роду и омывает наружную поверхность электробура. При электро бурении возможна и обратная промывка скважины. В обоих случаях, омывая наружную поверхность статора и поверхность центрального канала, жидкость охлаждает двигатель электробура. Интенсивное охлаждение поверхности электробура дает возмож ность в единице длины его сосредоточить относительно большую мощность.
Данная система охлаждения, предусматривающая циркуляцию охлаждающего агента через центральный канал в вале электро бура, обусловливает наличие в двигателе двух сальниковых уп лотнений вместо одного при периферийном протоке [74]. Количество промывочной жидкости, прокачиваемой через электробур, обуслов ливается технологическими соображениями, главным образом ис ходя из условия удовлетворительной очистки забоя и подъема вы буренной породы на дневную поверхность. Как установлено экспе риментальными работами [71—73] и опытом электробурения [32], это количество составляет 40 л/с при использовании негидромони торного трехшарошечного долота диаметром 295 мм и 18 л/с при использовании 190-мм долота, что составляет 0,068—0,063 л/с на 1 см2 площади забоя. В. С. Федоров [70] считает, что технологи чески необходимое количество промывочной жидкости составляет 0,057—0,065 л/с на 1 см2.
Во ВНИИБТ с целью проверки указанных выше цифр прове дена фундаментальная экспериментальная работа по уточнению технологически необходимого количества промывочной жидкости при бурении в крепких породах Башкирии и средних породах Ук раины [47]. Было установлено, что технологически необходимое количество промывочной жидкости при бурении негидромонитор ным трехшарошечным 190-мм долотом с осевыми нагрузками 14— 16 тс (для Башкирии) составляет 0,067 л/с на 1 см2.
14
Физико-механические свойства и количество промывочной жид кости существенно влияют на конструкцию электробуров.
Входящие в состав бурового раствора гематит, барит, частицы выбуренной породы, песок, а также морская вода, часто приме няемая для его приготовления, а также приведенные выше хими ческие реагенты при больших скоростях течения способствуют ин тенсивному износу входного отверстия головки и отверстия вала, ухудшают работу сальников и других деталей электробура. Так, частицы выбуренной породы, осаждаясь, могут засорять канал в электробуре, полость пружин компенсаторов; абразивные ча стицы выбуренной породы могут нарушать работу торцовых уплот нений.
Конструкция электробура должна обеспечивать небольшое сопротивление прохождению бурового раствора, незначительный износ деталей и предотвратить возможность осаждения в электро буре частиц выбуренной породы. Воздействие химических реаген тов, морской воды и пластовых вод приводит к коррозии деталей электробура, поэтому необходимо применять антикоррозионные покрытия поверхностей труб, компенсаторов и некоторых других деталей. Кроме того, наличие в растворе различных химических реагентов обусловливает особые требования к токоподводу элект робура, поскольку поверхность контактных соединений системати чески обливается раствором в процессе спуско-подъемных опе раций.
Температура окружающей среды
Мощность двигателя на единицу длины электробура зависит от степени использования активных материалов (медь, сталь ма гнитопровода). Лучшее их использование, характеризующееся по вышенными значениями линейной токовой нагрузки и магнитной индукции, сопровождается повышенными потерями в единице объ ема меди обмотки статора и магнитопровода двигателя. В этих условиях электробуры должны иметь совершенную систему охлаж дения, которая осуществляется промывочной жидкостью и обеспе чивает интенсивный отвод тепла в окружающую среду. Однако высокая температура окружающей среды и относительно низкая допустимая температура нагрева изоляции обусловливают неболь шой перепад температур между обмоткой и наружной поверхно
стью корпуса статора,- что ограничивает |
съем тепла с единицы |
наружной поверхности электробура. |
|
Нагрев обмотки |
|
Ѳ=Ѳок+ т , |
(1) |
где Ѳ— температура нагрева обмотки; |
Ѳ0к — температура окру |
жающей среды; т — перепад температуры между обмоткой и окру жающей средой.
15
Допустимая температура обмотки обусловливается теплостой костью изоляции. Для стекломиканитовой изоляции обмотки элект робура, заполняемого трансформаторным маслом, эта температура
составляет |
+150° С. |
Температура окружающей |
среды связана |
|
с глубиной, |
геотермическим |
градиентом и тепловым состоянием |
||
скважины. |
|
по |
тепловому состоянию |
скважин посвя |
Большинство работ |
||||
щено изучению естественных температур, обусловливаемых тепло вым полем земли [28, 31], и содержит данные о температуре про мывочной жидкости, находящейся в покое. Но забойные буровые двигатели, в том числе и электробур, работают в циркулирующей жидкости. В связи с этим автором были исследованы закономер ность изменения температуры циркулирующей в скважине промы вочной жидкости, а также теплоотдающие свойства электробура, чтобы уточнить технические условия для расчета и выявить ре зервы повышения мощности двигателей электробуров.
Так как правильное определение температуры среды, окружаю щей электробур, имеет большое значение, ниже приведены подроб ные данные по этому вопросу. Температура первых 30 м земной коры подвержена годовым колебаниям; с углублением скважины температура постепенно возрастает. В различных районах темпе ратура на одинаковых глубинах различна. Она определяется ин тенсивностью нарастания температур dQ/dL с глубиной L, т. е. геотермическим градиентом Г, зависящим от плотности теплового потока q земли и удельного теплового сопротивления | горных пород
Величину геотермического коэффициента вычисляют обычно как изменение температуры пород при углублении на 100 м:
Г юо— 100 |
(2) |
где Ѳі и Ѳ2 — температура пород, замеренная |
на глубинах L x и Ь2 |
в °С.
Величина, обратная геотермическому градиенту, называется геотермической ступенью G:
Геотермическая ступень — это расстояние, на протяжении ко торого температура изменяется на 1°С, в м.
Втабл. 2 приведены средние температуры, геотермические сту пени и градиенты различных районов Советского Союза для глу бин 100—1000 м [9].
Внекоторых районах проявляются аномально резкие измене ния изотерм, которые можно объяснить не только теплопроводно-
Таблица 2
Средние температуры в скважинах, геотермические ступени и градиенты различных районов СССР
|
Средняя |
Средняя |
Средний |
Район |
температура |
геотермичес |
геотермичес |
на 1000 м, |
кая ступень, |
кий градиент, |
|
|
°С |
м/°С |
°С/100 м |
Чечено-Ингушская АССР ............... |
90,7 |
12,0 |
8,3 |
Дагестанская А С С Р ........................... |
55,6 |
21,4 |
4,7 |
М а й к о п .................................................. |
50,4 |
25,1 |
4,0 |
Азербайджанская ССР (Апшеронский |
47,2 |
27,4 |
3,6 |
полуостров) ...................................... |
|||
Западное П р едк авказье................... |
41,9 |
31,6 |
3,2 |
Казахская ССР (Гурьевская область) |
41,4 |
33,3 |
3,0 |
Украинская ССР: |
31,4 |
42,9 |
2,3 |
Западная часть ........................... |
|||
Д о н б а с с .......................................... |
39,6 |
32,2 |
3,1 |
Кривой Рог .................................. |
19,5 |
112,5 |
0,9 |
Нижнее П о во л ж ье.............................. |
28,6 |
49,3 |
2,0 |
Самарская Л у к а .................................. |
24,8 |
64,3 |
1,6 |
Башкирская А С С Р ............................... |
18,4 |
82,6 |
1,2 |
Белорусская ССР (Полесье) . . . . |
23,4 |
86,5 |
1,2 |
Камское Приуралье ........................... |
17,4 |
88,2 |
1,1 |
стью пород, но и влиянием циркуляции подземных вод, тектоники, физико-химических процессов и других факторов.
При бурении глубоких скважин с выносом выбуренной породы промывочной жидкостью резко нарушается естественная темпера тура горных пород в скважине. Нижние слои пород охлаждаются промывочной жидкостью, верхние нагреваются жидкостью, воспри нявшей тепло нижней части скважины. При этом влияние промы вочной жидкости на температуру в скважине зависит от глубины скважины, распределения вдоль ее ствола геотермического гради ента, режима промывки, времени после окончания промывки до момента измерения температуры и других факторов.
Вопрос об изменении температуры в скважине после начала циркуляции промывочной жидкости недостаточно изучен [33, 49— 52]. Экспериментальные работы, выполненные автором, были под тверждены и дополнены исследованиями С. М. Кулиева, Б. И. Есьмана и Н. Г. Габузова [41—43]. Исследования И. А. Карманова [35, 36] в области изучения теплового состояния бурящихся сква жин также подтверждают работы автора.
Для использования результатов теоретических работ [5, 6] необ ходимо знание экспериментальных коэффициентов, что дает воз можность определить искомую температуру. Ниже приведены экспериментальные работы автора и дополнительные сведения, полученные С. М. Кулиевым, Б. И. Есьманом и Н. Г. Габузовым [43].
2 Заказ Ns 531 |
Т |
и?.учно-і Ахи,-,- ec, "' 4»,4льота-а f .r CF (
акзЕ м плгр |
1 |
«жТАЛькрго г.?
Для определения температуры циркулирующей промывочной жидкости в разных участках ствола скважины автором были про ведены специальные исследования в Бакинском нефтяном районе, отличающемся высоким геотермическим градиентом. Температуру, изменяющуюся во времени, можно определить путем замера сопро тивления термочувствительного датчика при помощи кабельной линии, связывающей его с поверхностью земли. Измерить темпе ратуру электротермометрами, опускаемыми в скважину на каро тажном кабеле, трудно в условиях циркуляции промывочной жидкости через бурильные трубы. Для электротермических изме
рений в скважине может быть применена |
система токоподвода |
|
к электробуру, позволяющая |
осуществить |
электрическую связь |
с забоем в процессе прокачки |
промывочной |
жидкости через бу |
рильные трубы. |
|
|
Замер температуры с использованием датчика из медной про волоки, включенного по известной мостовой схеме, недостаточно точен, так как медные термочувствительные плечи дают незначи тельное изменение сопротивления (0,004 оМ на 1°С), а изменяю щееся от температуры промывочной жидкости сопротивление ка бельной линии и большое количество контактов влияют на точность показаний прибора. В связи с этим для описываемых исследова ний была разработана система измерений, основанная на приме нении высокочувствительного полупроводникового датчика и по гружной аппаратуры типа ТПФ, позволяющей включать прибор по мере надобности после остановки электробура и измерять тем пературу циркулирующей промывочной жидкости с учетом тепла, выделяемого электробуром [71, 75].
Основные работы по исследованию закономерности изменения температуры циркулирующей промывочной жидкости проведены при бурении глубокой скв. 216 (Лок-Батан), где впервые с помо щью термометра ТПФ была измерена температура жидкости в не посредственной близости от забоя по мере углубления скважины до 3000 м. Для исследования были использованы также данные по измерению максимальным термометром температуры неподвижной жидкости в 14 скважинах.
В скв. 216 была спущена техническая 279-мм колонна на глу бину 2004 м. До глубины 3000 м бурили 248-мм долотом при по мощи бурильных труб Н140 с кабельными секциями. Буровой ра створ прокачивали одним насосом У8-3 с 170-мм цилиндровыми втулками при 40 ходах поршня в 1 мин. Использовали буровой раствор, утяжеленный гематитом, удельного веса 1,35—1,45 гс/см3 с вязкостью по вискозиметру СПВ-5 100—130 с.
После прекращения циркуляции раствор нагревается и с тече нием времени достигает естественной температуры горных пород, окружающих скважину. Однако при периодической прокачке бу рового раствора в процессе бурения стенки скважины охлажда ются. Степень охлаждения их зависит от глубины скважины, гео термического градиента, теплоемкости и теплопроводности горных
18