Главная | Обратная связь

Описание конструкции и методика расчета отклоняющего усилия и интенсивности искривления, реализуемой ОНД ТЗ-3П-59

Отклонитель ТЗ-3П-59 (рис.14) состоит из двух основных частей, [9]: внутреннего вращающегося вала (ротор) и внешнего не вращающегося корпуса (статор). Ротор состоит из разъемного вала с верхним 17 и нижним 6 валами с опорными выступами, под которыми размещены упорные подшипники 3, а валы вращаются в радиальных подшипниках 4; вал имеет шлицевой узел 13 и блокировочный зуб, входящий в паз блокировочной втулки 15; на валу размещена возвратная пружина 14, на нижнюю часть вала наворачивается переходник 1 для породоразрушающего инструмента, а на верхний вал - ориентирующий переходник 16.

Статор состоит из корпуса 2,5,8,10,11,12 с блокировочной втулкой 15; сверху над корпусом размещается статорная пружина 18, а над ней - верхний подшипниковый узел; корпус в нижней части имеет скошенную поверхность, называемую верхним полуклином 12; с ним соприкасается выдвижной ползун 9, также имеющий скошенные под тем же углом поверхности с обеих сторон, в нем закреплены свободно вращающиеся ролики-катки 7; ползун в свою очередь соприкасается с нижним полуклином, являющимся однов-ременно нижним подшипниковым узлом с крышкой 2, хвостовиком 8 с опорной поверхностью 10 и плашкой 5. Эта часть снаряда, состоящая из верхнего и нижнего полуклиньев и ползуна, соединяющихся между собой через шлицевые пазы, представляет собой распорно-отклоняющий узел.

После ориентации и постановки снаряда на забой на него передается осевая нагрузка. Верхняя часть ротора при этом перемещается вниз в пределах шлицевого разъема 13 вала. Осевая нагрузка через верхний опорный выступ и подшипниковый узел передается на статорную пружину 18 и корпус, в результате ползун 9 выдвигается по скошенной поверхности верхнего полуклина 12 до упора катками 7 в стенку скважины. Дальнейшее сжатие статорной пружины приводит к смещению нижнего полуклина с хвостовиком 8 и опорными элементами 10,11 и переходника 1 с долотом от оси скважины в направлении, противоположном выдвинутому ползуну. Блокировочный зуб выходит из паза блокировочной втулки 15 и

после этого может включаться вращение бурильной колонны, которое через внутренний вал-ротор передается долоту. Катки, расположенные на выдвижном ползуне, свободно вращаются, врезаясь в стенку скважины, и по мере разрушения забоя и перемещения снаряда вниз удерживают корпус от проворота.

Поскольку нижний полуклин отклонителя имеет накладку 10, размер которой обеспечивает положение долота в скважине без перекоса (рис.15), этот ОНД способен реализовать только фрезерование стенки скважины в направлении действующего отклоняющего усилия Р_от.

Для настройки отклонителя на расчетную интенсивность искривления предусмотрена установка плашки 5 (рис.14). На рис.15 регулировочная плашка отмечена позицией 3. Высота превышения плашки над корпусом регулируется с помощью накладок. Расчет интенсивности рекомендуется произ-водить по формуле:

(23)

где d₁ - диаметральный размер по накладке 3 (рис.15), м;

L_н - расстояние от торца долота до накладки 1 (рис.15), м.

Расчет Р_от следует проводить, придерживаясь анализа схем приведенных на рис. 16 а и б. На схеме рис.16 а показано: 1 - выдвижной ползун; 2 - нижний полуклин с долотом; 3 - верхний полуклин;4 - накладка на нижнем полуклине; 5 - накладка для регулирования интенсивности искривления; 6 - криволинейная стенка ствола скважины.

Отклоняющую силу можно рассчитать по формуле:

, (24)

где EJ - жесткость вала отклонителя, даН м²;

f- прогиб вала отклонителя, м;

l_ж,l_з- участки вала отклонителя соответственно деформированный и находящийся в жесткой заделке, м.

Формула (24) позволяет определить значение отклоняющего усилия в начальный период формирования кривизны, когда ОНД находится в прямолинейном стволе скважины.

Угол отклонения вала ОНД (рис.16, б) можно определить по формуле:

, (25)

где a, b - участки изогнутого вала отклонителя, м.

Из формул (24 и 25) следует, что отклоняющая сила пропорциональна величинам прогиба вала и угла отклонения вала, а поэтому в процессе набора кривизны, когда отклонитель из относительно прямолинейного ствола входит, по мере углубления скважины, в криволинейный ствол, происходит снижение угла перекоса деформированного вала φ и величины отклоняющего усилия. Снижение отклоняющего усилия и соответственно интенсивности искривления происходит на интервале углубки примерно равном расстоянию от торца долота до середины нижнего полуклина (расстояние от торца долота до плашки 5 ). На схеме, приведенной на рис. 15, плашка показана под цифрой 3. Отклоняющая сила на интервале формирования кривизны y , который меняется от 0 до 0,5 L_н , будет уменьшаться в соответствии с зависимостью:

(26)

На рис. 17 приведен график зависимости интенсивности набора кривизны на интервале работы отклонителя. Из графика следует, что в начальный момент работы ОНД интенсивность (вследствие максимальной величины отклоняющей силы) наибольшая (участок графика I), по мере формирования кривизны интенсивность снижается и стабилизируется после углубки на расстояние 0,5 L_н (участок графика II). Далее интенсивность искривления может быть стабильной. Интер-вал стабилизации интенсивности опре-деляется стойкостью долота, а также прочностными и аб-разивными сво-йствами горной по-роды, т.к. по мере износа и притуп-ления боковых рез-цов долота неиз-бежно наступает второй этап сниже-ния интенсивности искривления (участок графика III).

При выполнении задания нужно определить величину P_от, далее рассчитать значение угла φ и по номограмме (рис.13) определить v_ф и i_ф. Значение i_ф в данном случае будет соответствовать максимальному, получаемому в начальный период искривления, когда ОНД еще располагается в относительно прямолинейном стволе скважины. Далее, определяя снижение Р_от, (формула 26) вычисляется по номограмме на рис.13 второе значение интенсивности искривления, которое будет соответствовать интервалу стабилизации набора кривизны после формирования криволинейного ствола определенной длины. Окончательное значение интенсивности искривления можно определить как интенсивность искривления на участке II (cм. рис 17).