Специалисты АО «ЦИФРА» завершили выполнение расчетов динамики, прочности и долговечности редукторной секции турбобура в интересах компании ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент».
Турбобур — это разновидность бурового оборудования, гидравлический забойный двигатель, в котором гидравлическая энергия потока бурового раствора преобразуется в механическую энергию вращения вала, соединенного с буровым долотом. Рабочим органом, в котором происходит преобразование энергии, служит многоступенчатая турбина осевого типа. Турбобуры используются для бурения нефтяных и газовых скважин с долотами всех типов.
Современные турбобуры, применяемые при бурении нефтяных и газовых скважин, были разработаны в 60-х – 90-х годах во Всесоюзном научно-исследовательском институте буровой техники (ВНИИБТ). Компания «ВНИИБТ-Буровой инструмент», заказчик исследования, образована в 2003 г. на базе Пермского филиала ВНИИБТ. Турбобуры, разрабатываемые ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент», имеют высокие технико-экономические показатели за счет оптимально спрофилированных ступеней турбины с минимальными гидравлическими потерями, высокого качества турбин, применения подшипников скольжения, армированных синтетическими алмазными вставками для работы при высокой частоте вращения.
Редукторный турбобур, являющийся объектом выполненного исследования, наиболее эффективен при бурении скважин с высоким содержанием абразива и бурении глубоких скважин с высокой забойной температурой и плотностью. Он обладает жесткой нагрузочной характеристикой и высоким крутящим моментом для привода. Редукторный турбобур предназначен для бурения различных интервалов скважин, включая горизонтальные участки, благодяря регулируемому углу искривления.
В рамках выполненного проекта специалистами АО «ЦИФРА» совместе с конструкторами ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент» поставлены и решены следующие задачи:
- Создание полномасштабной пространственной математической модели сборки редукторной секции и расчетный анализ динамических процессов при бурении. Определение динамических усилий, передаваемых по системе от долота к ведомому валу редукторной секции при прямом бурении и бурении под углом;
- Определение запаса прочности и долговечности элементов сборки редукторной секции при заданных условиях эксплуатации. Выработка рекомендаций по корректировке технических и проектных решений;
- Разработка практических рекомендаций по изменению элементов конструкции редукторного турбобура с целью обеспечения заданных параметров прочности и долговечности. Выполнение поверочных расчетов для обоснования измененных конструкторских решений.
Дополнительными преимуществами применения расчетного моделирования при проектировании буровой техники являются:
- Сокращение сроков проектирования с помощью применения системного динамического численного моделирования на всех стадиях проектирования и эксплуатации буровой техники (концепция цифрового двойника изделия - «digital twin»);
- Уменьшение рисков выхода оборудования из строя и сокращение издержек за счет повышения надежности конструкции и увеличения межремонтного периода.
