АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ РАБОТЕ ЭЛЕКТРОБУРА

ANALYSIS OF DYNAMIC DISTURBANCES THAT OCCUR DURING THE OPERATION OF AN ELECTRIC DRILL

Ivan Alexandrov

student, Department of Oil and Gas Drilling, Tyumen Industrial University,

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

Компоновки с электробуром имеют как наполненные маслом элементы, так и токопровод, и они должны быть защищены от динамических возмущений как минимум не хуже, чем у турбобуров. Это является важным аргументом для проведения экспериментов и численных расчётов. Для оценки динамического поведения компоновки бурильной колонны проводится построение балочной конечно-элементной модели.

ABSTRACT

Electric drill layouts have both oil-filled elements and a current line, and they must be protected from dynamic disturbances at least as well as those of turbo drills. This is an important argument for conducting experiments and numerical calculations. To assess the dynamic behavior of the drill string layout, a beam finite element model is being constructed.

Ключевые слова: электробур, бурение, опыт применения.

Keywords: electric drill, drilling, application experience.

Компоновки с электробуром имеют как наполненные маслом элементы, так и токопровод, и они должны быть защищены от динамических возмущений как минимум не хуже, чем у турбобуров. Это является важным аргументом для проведения экспериментов и численных расчётов. Для оценки динамического поведения компоновки бурильной колонны проводится построение балочной конечно-элементной модели (рисунок 1). Ротор, статор, редуктор загружены моментом. Расчёт проводился для компоновки длиной 100 метров и 500 метров при осевой нагрузке, равной 5 тонн. В обоих условиях напряжение было одинаковым, а сжатый участок равнялся 90 м. Анализировалось влияние длины компоновки на частоты и динамореакция на возмущения различного толка у её элементов.

Рисунок 1. Модель для расчётов

Анализ проводился для частот от 0 до 70 герц. Количество собственных частот для КНБК длиной 100 метров равнялось 170, для 500 метров – 575. Собственные частоты отвечают разным видам колебаний – продольным, крутильным, изгибным, изгибно-продольными и крутильными, крутильно-изгибными и иными, более сложными, видами.

Крутильные колебания в КНБК с двигателем на электрической тяге будут создаваться, согласно модели, при взаимодействии ПРИ и забоя, при контакте КНБК с раствором, вследствие гармонического спектра токов в обмотках статора и ротора, по причине наличия вращающихся элементов внутри самого электробура и редуктора. Определены расчётные амлитудно-частотные характеристики в сечениях в случае колебания в редукторе.

определяется, что диапазон повышенных амплитуд колебаний ограничивается промежутком вплоть до 30 Гц, а увеличение длины БК даёт увеличение роста числа частот с высокой вибрацией. Колебания в сечениях происходят синхронно.

АЧХ в изучаемых сечениях делятся на 2 диапазона – низкочастотный и высокочастотный. В низкочастотном диапазоне более высокие вибрации приходятся на статор двигателя и корпус редуктора, а высокочастотные напрямую связаны с длиной БТ. Заметно, что для ротора электродвигателя и редуктора они практически на идентичных частотах.

Согласно расчётом, изгибные колебания в этой системе обуславливаются контактом долота с забоем, особенностями вращающихся деталей в роторе и редукторе, изгибом компоновки, пульсацией БПЖ.

Чрезмерные поперечные смещения происходят лишь в электродвигателе, локализованы на участке от 0 до 60 Гц. Количество максимумов на АЧХ у компоновок с 500 м БТ больше, чем для компоновки 100 м. Отмечается отсутствие изгибных колебаний в редукторе.

Возмущение изгибных колебаний на роторе даёт отклик крутильных колебаний в сечения В и С в диапазонах низких и высоких частот. В диапазоне низких частот статор и редуктор испытывают колебания с одинаковой амплитудой. В высокочастотном диапазоне амплитуды повышенных крутильных колебаний не связаны с длиной БТ.

Существует компания ООО «Новобур», которая проводит НИОКР на протяжении последних шести лет по проектированию и созданию электробура на базе двигателя с вентилями, ротором на постоянных магнитах. Применение данных двигателей показало положительный результат в насосных установках компании «Новомет» для эксплуатации нефтяных скважин разных диаметров. Эта компания также находится в процессе создания и испытания специальных труб с концентрически установленными кабельными секциями внутри них; параллельно также ведётся разработка компоновки низа БК для бурения на ГНКТ.

Основная область направления разработки – бурение технологичных скважин на БК с кабельными секциями. Уже существует два прототипа двигателей 178 и 127 миллиметров – ВЭБ-178 и ВЭБ-127; укороченные стальные трубы с БКС размером 102 и 127 мм; управляемые электричеством отклонители на валу электродвигателя; концепция забойной телесистемы. Уровень готовности всей технологии бурения целиком – УГТ 3: “критические функции и/или характеристики подтверждены аналитическим и экспериментальным путём”. Однако для подготовки всего комплекса к полевым испытаниям требует достижения УГТ 5, для чего необходимо внушительное спонсирование, испытание отдельных узлов и всей компоновки в сборе, подготовка опытной буровой установка и совмещение систем управления экспериментальной БК и БУ.

Вместе с созданием бурильного комплекса по бурению с применением электроэнергии разрабатывается компоновка уменьшённого до 89 мм диаметра для работ на гибких трубах. Помимо задач по повышению эффективности строительства БС, данный проект послужит тестированием технологии ЭБ на БК и тем самым выполнено сравнение с ВЗД.

Исследователи и разработчики по сей день ищут методы для повышения надежности работы электробуров и его элементов. Немало трудов и разработок посвящено именно токопроводу как узлу, наиболее склонному к повреждению и выходу из строя. Он состоит из кабельных секций с электроконтактными разъёмами на концах, которые зафиксированы внутри жесткого несгибаемого герметичного корпуса. Помимо этого, в него входят узел радиальной и осевой фиксации к бурильной трубе в виде втулки, охватывающей, с возможностью осевого перемещения, относительно корпуса и имеющего рёбра, контактирующие с внутренней боковой и торцевой поверхностями труб.

Список литературы:

1. Деркач Н.Д., Пестренин В.М., Пестренина И.В. Балочная динамическая модель винтового забойного двигателя // Булатовские чтения : Материалы I Международной научно-практической конференции в 5 т. : сборник статей / Под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. О.В. Савенок. – Краснодар : Издательский Дом – Юг. – Т. 3: Бурение нефтяных и газовых скважин. – 2017. – С. 64–75.
2. Гладь И.В., Киянюк А.И. Исследование гармонического спектра токов фаз электробура при бурении скважин // Нефть и газ Западной Сибири: материалы Международной научно-технической конференции, посвященной 55-летию Тюменского государственного нефтегазового университета. – 2011. – Т. 1. – С. 39–97.
3. Гельфгат М.Я. Развитие технологий бурения скважин – ключевое направление развития нефтегазовой отрасли // Вестник Ассоциации буровых подрядчиков. 2020. № 1. С. 19-27.