Винтовой забойный двигатель (сокращенно – ВЗД), он же: гидравлический забойный двигатель (сокращенно – ГЗД) – представляет собой объемный роторный гидравлический механизм преобразующий давление нагнетаемой в полость статора жидкости (буровой раствор) во вращательное движение выходного вала.

Полный список всех наших моделей винтовых забойных двигателей ЗДЕСЬ.

Конструктивно винтовой забойный двигатель (взд) состоит из силовой секции (другое название — рабочая пара) и шпиндельной секции. Вырабатываемый на роторе рабочей пары (другое название — силовая секция) крутящий момент посредством гибкого вала (торсиона) или шарнирного соединения (кардана) передается на вал шпиндельной секции и соответственно на долото ВЗД.

Винтовые забойные двигатели (гидравлические забойные двигатели) классифицируются по типу применения: для ремонтно-восстановительных работ (двигатели прямого исполнения наружным диаметром 43 ..- 127 мм), для бурения вертикальных скважин (двигатели прямого исполнения наружным диаметром 240..-172 мм), для наклонно-направленного и горизонтального бурения (двигатели искривленной компоновки наружным диаметром 76.. — 240 мм).

Винтовые забойные двигатели, или ВЗД, являются одним из направления нашей деятельности. Нашим предприятием на сегодня освоен выпуск двигателей применяемых для капитального ремонта скважин (КРС) (76, 88, 106, 127 габарита), для вертикального и наклонно-направленного бурения (76, 95-98, 106, 120-127, 172-178, 195, 240 габарита), а также силовых секций с активной частью до 5500мм.

Особенности производимых нами винтовых забойных двигателей

Наши гидравлические винтовые забойные двигатели (ВЗД) подразделены на две линейки:

Двигатели для капитального ремонта скважин – недорогие, простые и надежные двигатели с торсионной трансмиссией и резинометаллическими опорами.

Двигатели для бурения оснащены ловильными (противоаварийными) узлами исключающими оставление деталей двигателя на забое в случае аварий. Шпиндельные секции двигателей для наклонно-направленного и горизонтального бурения оснащены надежными твердосплавными радиальными опорами и осевыми подшипниками повышенной грузоподъемности. Максимальное приближение к долоту нижней опоры и минимальная длина нижнего плеча (расстояние от вала шпинделя до точки искривления) улучшают управление двигателем при горизонтальном и направленном бурении.

По заказу двигатели могут комплектоваться необходимым перечнем ЗиП, а также фильтрами-шламоуловителями, центраторами, калибраторами, переливными и обратными клапанами.

Обозначение выпускаемых ВЗД

Например: Д-106.2000.78-100

Двигатель тип «Д» – двигатель в прямом исполнении, предназначен для бурения и капитального ремонта вертикальных скважин.

Двигатель тип «ДО» – двигатель-отклонитель с жестким кривым переводником (нерегулируемым углом искривления шпиндельной) секции для бурения наклонно-направленных скважин.

Двигатель тип «ДР» — двигатель с регулятором угла (регулируемым углом искривления шпиндельной секции) для бурения наклонно-направленных скважин.

.106 – наружный диаметр (габарит) двигателя в мм

.2000 – длина активной части статора в мм

.78 – заходность (7/8)

— 100 – осевой шаг статора.

Секция двигательная

Секция двигательная, она же: силовая секция (power section), секция рабочих органов, рабочая пара – силовой компонент винтового забойного двигателя задающий его основные энергетические характеристики (момент силы на выходном валу, частоту вращения вала шпинделя, мощность и КПД).

Секция двигательная (рабочая пара) представляет собой объемный роторный гидравлический механизм (винтовой героторный механизм), элементами рабочих органов которого являются статор и ротор. Статор имеет эластичную обкладку с внутренней винтовой поверхностью образующий полости камер высокого и низкого давления. Ротор – металлический винт с износостойкой поверхностью, через который крутящий момент передается исполнительному механизму (валу шпиндельной секции двигателя). При циркуляции жидкости подаваемой насосом в рабочую область статора под действием перепада давления на роторе вырабатывается крутящий момент.

«Рабочая пара» гидравлического винтового забойного двигателя (сокращенно: ГЗД или ВЗД) – это одно из названий двигательной секции ВЗД. Можно даже с уверенностью сказать, что это самое популярное «народное» название двигательной секции среди отечественных нефтяников. Рабочая пара (она же двигательная секция, силовая секция, секция рабочих органов, «power section», турбинная секция, винтовая пара) – это основной узел двигателя, где гидравлическая энергия потока рабочей жидкости передается в механическую, генерируя крутящий момент.

Основных элементов двигательной секции (рабочей пары) два, т. е. пара: статор и ротор. Обкладка статора – эластомер (специальная резина устойчивая к абразивному воздействию и работоспособная в среде бурового раствора) определенного винтового профиля. Ротор (изготавливается из легированной стали с износоустойчивым покрытием) – ответная часть статора аналогичного профиля с числом зубьев меньшим на один, чем у статора. Профиль рабочей пары – это то, что задает энергетические характеристики ВЗД.

Пара ротор-статор изготавливается с определенным натягом зубчатого зацепления ротор-статор. Значение натяга зависит от диаметральных и осевых размеров рабочей пары, свойств рабочей жидкости (бурового и промывочного растворов), забойной температуры, свойств эластомера статора и оказывает существенное влияние на энергетические и ресурсные характеристики двигателя.

Рабочая пара – это сердце ВЗД, задающее основные энергетические параметры забойного двигателя, а также его ресурс и межремонтный период (МРП).

К основным энергетическим характеристикам рабочей пары относятся: обороты, момент и мощность.Теоретические энергетические характеристики задаются с помощью геометрии профиля секции: диаметр секции, координаты винтового профиля, длина активной части (часть статора, где непосредственно создается крутящий момент – винтовая часть ротора и статора), число шагов винтового зуба статора, количество зубьев пары ротор-статор.Фактические энергетические характеристики рабочей пары (реальные характеристики двигательной секции после её изготовления) могут отличаться от теоретических в несколько раз. Это связано с погрешностью изготовления основных элементов пары: ротор-статор. Ротор рабочей пары, а также пресс-форма статора – сложное изделие, чистота и точность изготовления которого, оказывают существенное влияние на рабочие характеристики двигателя.

Для рабочих пар малогабаритных двигателей, применяемых при капитальном ремонте скважин (наружный диаметр статора 43-127 мм и длина активной части до 2000мм), МРП, как правило, составляет от 30 до 100 часов наработки (общий ресурс 300 мото-часов).

Рабочие пары, которые используются в бурении (габарит 106 – 240мм, длина активной части статора от 3000 мм и выше) отличаются большей ресурсностью – МРП таких ВЗД и двигательных секций уже составляет минимум 200 мото-часов, а общий ресурс доходит до 600 и более часов наработки. Это достигается за счет увеличения длины активной части статора, применения более износоустойчивых материалов и деталей двигателя (более качественные материалы эластомера и ротора, применение твердосплавных радиальных опор и осевых подшипников повышенной грузоподъемности).

Но, даже идеально изготовлена рабочая пара (с полученными идеальными энергетическими характеристиками) не гарантирует стопроцентный результат при проведении бурильных работ — всё может быть перечеркнуто неправильными условиями эксплуатации. Есть ряд определенных факторов, которые отрицательно влияют, как на рабочие характеристики винтовой пары, так и на весь забойный двигатель в целом.

К факторам, негативно влияющим на ресурс рабочей пары (двигательной секции), относятся:

Секция рабочих органов

Секция рабочих органов – это одно из названий двигательной секции ВЗД (она же рабочая пара, двигательная секция, силовая секция, турбинная секция, «power section», винтовая пара).

Шпиндельная секция

Шпиндельная секция (шпиндель) – второй основной узел ВЗД, передающий крутящий момент и осевую нагрузку силовой секции (рабочей пары) на породоразрушающий (аварийный) инструмент, используемый при бурении или проведении аварийных работ. Шпиндель воспринимает реакцию забоя и гидравлическую осевую нагрузку, действующие в рабочей паре, радиальные нагрузки от долот и трансмиссии.

По конструктивному исполнению шпиндельные секции бывают двух типов:

Шпиндель состоит из следующих элементов:

Вращение ротора двигательной секции через элементы трансмиссии (карданный вал или торсион) передается на вал шпиндельной секции. Осевые и радиальные опоры служат для восприятия осевых и радиальных нагрузок шпинделя и являются основными быстроизнашиваемыми расходными элементами секции.

Cпециальный узел ВЗД, представляющий собой сложный механизм искривления (изменения), на заданный диапазон углов, оси перекоса ВЗД относительно нижней части бурильной колонны.

Конструктивно регулятор состоит из двух переводников (верхнего и нижнего), сердечника и зубчатой муфты, которая в целях повышения износоустойчивости армирована твердосплавными зубками.

© Р.В. Карапетов, С.Б. Бекетов, 2007

Р.В. Карапетов, С.Б. Бекетов

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ВИНТОВЫХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ — ОДНО ИЗ НАПРАВЛЕНИЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА И РЕМОНТА СКВАЖИН

Существующие тенденции развития технологий, связанных с применением винтовых забойных двигателей (ВЗД) при бурении и капитальном ремонте скважин, направлены на разработку оптимальных режимов их использования, позволяющих обеспечить возможность оперативного контроля и регулирования технологических параметров — частоты вращения и крутящего момента применительно к заданным расходу и плотности промывочного агента, характеристикам бурового оборудования и условиям управления скважиной в процессе ее строительства или ремонта. Чаще всего ВЗД используется в качестве забойного привода в компоновках для наклонно — направленного и горизонтального бурения, а также для зарезки и проводки боковых стволов скважин, где альтернативы их использованию практически не существует [1-6].

В сравнении с другими видами забойного привода породоразрушающего инструмента использование ВЗД при бурении и капитальном ремонте скважин имеет значительные технико-экономические преимущества [1-4, 7-9]:

— низкая частота вращения при высоком крутящем моменте, что обеспечивает эффективную отработку различных типов долот;

— небольшой рабочий перепад давления, позволяющий использовать гидромониторные долота при существующем насосном парке;

— возможность контроля режимнотехнологических параметров в процессе эксплуатации;

— широкий типоразмерный ряд, позволяющий использовать ВЗД в различных технологических операциях;

— возможность применения практически любого типа промывочного агента в качестве рабочего, с содержанием наполнителя до 10 %.

К недостаткам отечественных ВЗД можно отнести низкий моторесурс, ограничение температурного предела эксплуатации, невысокую стойкость к агрессивному воздействию скважинной среды, значительное изменение рабочей характеристики в процессе эксплуатации, высокую трудоемкость и стоимость ремонтно-профилактических работ.

Современные технологии вскрытия продуктивных пластов, особенно в наклонно-направленных скважинах и скважинах с горизонтальным окончанием ствола, предъявляют повышенные требования к надежности и долговечности забойного инструмента. Необходимо подчеркнуть, что моторесурс современных долот, выпускаемых отечественной промышленностью довольно высок, и составляет

600-900 часов в зависимости от геологических характеристик вскрываемого разреза, в то время как паспортный ресурс ВЗД составляет около 200 часов при работе на воде [12]. Фактические данные по отработке ВЗД в различных регионах страны весьма противоречивы и колеблются от 20 до 370 часов. Вероятнее всего такая большая разница в показаниях износостойкости объясняется различиями инженерно-геологических условий бурения, технологических приемов проведения работ, применяемых типов и составов промывочных жидкостей на тех или иных буровых предприятиях [13].

В процессе эксплуатации двигателя, вследствие износа рабочей секции существенно меняется его энергетическая характеристика, что сопровождается снижением рабочего перепада давления и влечет за собой уменьшение крутящего момента, а значит снижение нагрузочной способности двигателя [8, 11, 14, 15]. Опыт эксплуатации винтовых забойных двигателей показал, что основной причиной выхода их из строя является износ рабочих органов (РО), представляющих собой пару трения резина -металл (статор — ротор), работающую в режиме циклического контактно -динамического нагружения в условиях смазки протекающей рабочей жидкостью. Главной конструктивной особенностью ВЗД является необходимость сохранения натяга в контакте поверхностей ротора и статора. Отрицательное влияние изнашивания, обусловленное трением и характеризующееся изменением геометрических размеров трущихся поверхностей приводит к снижению натяга в паре и потере работоспособности гидромашины. Наиболее интенсивное изнашивание имеет место в случаях, когда в качестве рабочей жидкости для ВЗД

используется плохо очищенный (или утяжеленный) буровой раствор или перекачиваемый винтовым насосом скважинный флюид с высоким содержанием абразива.

Условием надежной эксплуатации отечественных ВЗД является необходимость использования промывочного агента с концентрацией абразивных частиц не более 1 % от объема. По результатам исследований, проведенных во ВНИИБТ, установлено, что увеличение содержания абразива в промывочном агенте на 50-70 % от рекомендуемого паспортного значения сокращает долговечность РО ВЗД в 2-3 раза [9, 13, 14]. Проблема заключается в том, что системы очистки промывочного агента, которыми комплектуются отечественные буровые установки, не могут обеспечить такое качество очистки. Это связано как с техническими возможностями оборудования, так и с рецептурами некоторых промывочных агентов. В таких случаях буровая должна оснащаться дополнительными, как правило, импортными средствами очистки промывочного агента. Стандартное оборудование очистки, используемое в настоящее время при бурении скважин не может обеспечить концентрацию абразивных частиц менее 3 %, а при бурении в пластах сложенных мелкофракционным песчаником эта величина достигает 8 — 10 %. При ремонте скважин очистка промывочного агента часто осуществляется в приямках и желобах, т.к. эффективные отечественные очистные системы для КРС сегодня не выпускаются в промышленных масштабах, а импортные дорогостоящие (в связи с этим ремонтные предприятия их не закупают).

Общий к.п.д. винтовых забойных двигателей не превышает 50 %. Это связано со значительными потерями,

□ Аварийный выход из строя

□ Износ рабочих органов

□ Износ шарнирного соединения

□ Выход из строя по технологическим причинам

Рис. 1. Сравнительная диаграмма причин выхода из строя ВЗД

имеющими различное происхождение (механические, гидравлические, объемные). Механические потери связаны с трением в рабочих органах, шарнирном соединении и опоре двигателя. Объемные потери характеризуются утечками рабочей жидкости в камерах рабочих органов. Гидравлические потери возникают при движении жидкости по винтовым каналам и другим проточным элементам двигателя [1, 2]. Объемные и механические потери в рабочих органах являются преобладающими — они составляют 80-86 % от подводимой мощности в режиме холостого хода, и от 15-20 % при повышении момента на валу.

Опыт использования ВЗД в бурении и капитальном ремонте скважин показывает, что двигатель теряет работоспособность ввиду следующих основных причин [1, 2, 13]:

— износ рабочих органов;

— износ шарнирного соединения;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы .

— выход из строя по технологическим причинам (шламование рабочих органов, разъединение элементов ро-

торной группы, разъединение корпусных резьб, неисправность переливного клапана и др.);

— аварийный выход из строя (отрыв резиновой обкладки статора от корпусной трубы, слом торсиона, карданного и выходного валов и т.п.).

Сравнительный статистический анализ причин выхода из строя винтовых забойных двигателей, проведенный на предприятии ООО «Ку-баньбургаз» в период с 1998 по 2003 год, показал, что 49 % случаев потери работоспособности связано с износом рабочих органов (рис. 1). Средняя наработка на отказ на одну рабочую пару ротор-статор на этом предприятии не превышает 70 часов при этом, сумма затрат, связанных с ремонтом рабочих органов, составляет 55% в общем объеме затрат на ремонт ВЗД. [13].

В процессе эксплуатации рабочие органы ВЗД подвергаются различным видам изнашивания: усталостному,

фрикционному, гидроабразивному по закрепленному и незакрепленному абразиву, а также эрозионному и

Рис. 2. Износ поверхностей ротора и статора винтового забойного двигателя Д 5 — 172: а — износ поверхности ротора; б — износ поверхности статора

коррозионно-механическому при воздействии повышенных давлений и температур (рис. 2) [1, 2, 14, 16, 17].

Сложному характеру силового и контактного воздействия в рабочих органах ВЗД соответствует наиболее интенсивный износ и дальнейшее разрушение резинового элемента статора [13, 14, 16].

Анализ изношенной поверхностей эластичных элементов статоров ВЗД, вышедших из строя в ООО «Кубань-бургаз», показывает, что износ профиля выступов резинового элемента статора различен в зависимости от условий контактного взаимодействия в каждый момент цикла нагружения и определяется величиной касательных напряжений. В зоне максимальных касательных напряжений наблюдается наибольший износ, изменяющий профиль зубьев и снижающий натяг в рабочих органах ВЗД (рис. 3).

Известно, что износостойкость резинометаллических пар трения во

многом определяется характером смазочной среды, обуславливающим режим контактного взаимодействия, поведение абразива в контакте, а также соответствием физико-механических свойств материалов сопряжения конкретным условиям эксплуатации.

Кроме того, снижение работоспособности рабочих органов ВЗД может быть обусловлено процессами релаксации напряжения и накопления остаточной деформации, вызывающими изменение геометрических размеров резинового элемента статора и, как следствие, снижение натяга [17, 18].

Существующие направления совершенствования, конструкции ВЗД связаны с повышением износостойкости узлов и деталей, нагрузочной способности и увеличением межремонтного периода эксплуатации.

Осваиваемые пути повышения износостойкости пары трения ротор-

Рис. 3. Схема контактного взаимодействия выступов ротора и статора

статор направлены на увеличение длины активной части рабочих органов, совершенствование технологии изготовления статоров с резиновой обкладкой равной толщины и секционированием [11,12]. Перечисленные мероприятия позволяют значительно повысить долговечность и технологичность ВЗД применительно к штатным технологиям, но не учитывают многих объективных факторов, что ограничивает область применения создаваемых конструкций винтовых двигателей.

Современные разрабатываемые технологии бурения и капитального ремонта скважин направлены на снижение себестоимости работ и повышение качества строительства и ремонта скважин. В этой связи, наиболее приемлемыми, считаются методы, позволяющие обеспечить повышение износостойкости узлов и деталей в процессе эксплуатации двигателя без вмешательства в его работу. Как правило, такие условия могут быть достигнуты при использовании необратимых и неравновесных процессов, например таких как трение в синергетическом взаимодействии [20].

Одним из таких направлений является разработка и реализация способа автокомпенсации износа в рабочих органах ВЗД. В основе предлагаемо-

го способа лежит использование, активированного трением, диффузионного взаимодействия эластичного материала статора с рабочей жидкостью (буровым раствором, перекачиваемым флюидом и т.п.) с целью восстановления натяга в паре за счет изменения размера резинового элемента без вмешательства в работу гидромашины, т.е. автокомпенсации износа [19, 21].

Кинетическим условием реализации автокомпенсации износа в рабочих органах ВЗД и ВН является согласование величины интенсивности изнашивания в паре трения и скорости изменения размера резинового элемента за счет набухания. Технически это может быть реализовано только при использовании резинового элемента двухслойной конструкции. При этом комплекс физико-механических свойств внешнего контактного слоя должен обеспечивать как достаточную износостойкость в конкретных условиях эксплуатации, так и стойкость к набуханию при взаимодействии с рабочей жидкостью. Компенсация износа осуществляется за счет изменения размеров внутреннего слоя резинового элемента пары, вызванного взаимодействием с диффундирующими через контактный слой компонентами рабочей жидкости. Причем процесс диффузионного про-

никновения инициируется трением и имеет место только на участках контактного взаимодействия

Таким образом, повышение износостойкости рабочих органов ВЗД за счет реализации эффекта автокомпенсации износа — комплексная научно-практическая задача, решение которой требует исследований по следующим направлениям:

— анализ процесса изнашивания, видов разрушения и условий контактного взаимодействия в рабочих органах ВЗД;

— экспериментальное изучение закономерностей изнашивания эластич-

1. Зaбoйныe винтовые двигатели для бурения скважин / M.T. Гусман, Д.Ф. Балден-ко, A.M. Кочнев и др. / M.: Недра, 1981. С. 232.

2. Бaлдeнкo Д.Ф., Бaлдeнкo Ф.Д. Гже-вых A.H. Bинтовые забойные двигатели / M.: Недра. 1999. С. 374.

3. Koчнєв A.M., Гoлдoбин В.Б. Разработка гаммы винтовых забойных двигателей и результаты их применения при бурении и капитальном ремонте скважин / Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. M.: BHИИOЭHГ, 1992. № 6-7. С. 2-6.

4. Бaлдeнкo, Д. Ф. Новая серия BЗД для горизонтального бурения / Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. M.: BHИИOЭHГ, 1995. № 10-11. С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы .

5. Бaлдeнкo, Д.Ф., Бaлдeнкo Ф.Д., Шмидт A.n. Bинтовые забойные двигатели: Новые конструкции и способы управления / M.: Нефтяное хозяйство. 1997. № 1. С. 13-

6. Hoвoe поколение винтовых забойных двигателей Пермского филиала BHИИБT / Ю^. Коротаев, M.T. Бобров, С. Г. Tрапез-ников и др. // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. M.: BHИИOЭHГ, 2003. № 9. С. 7-11.

7. Бaлдeнкo Д.Ф. Koчнєв A.M. Bинто-вые забойные двигатели. Разработка лаборатории конструирования технических средств для научных и стендовых испытаний

ного материала статора в зависимости от влияния объективных

эксплуатационных факторов с учетом условий контактного взаимодействия;

— исследование реализации эффекта автокомпенсации в паре трения резина — металл за счет диффузионносорбционного взаимодействия с рабочей жидкостью в условиях контактно — динамического нагружения.

— разработка новых материалов и конструкции статора ВЗД, обеспечивающей реализацию предлагаемого способа автокомпенсации износа в рабочих органах ВЗД.

————— СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

/ М.: Нефтяное хозяйство. 1993. № 1. С. 26-27.

8. Кочнев, А.М., Кочнева Б.В. Обзор информации по забойным двигателям / М.: Нефтяное хозяйство. 1979. № 8. С. 59-61.

9. Бобров, М. Г. Результаты внедрения новых винтовых забойных двигателей Пермского филиала ВНИИБТ / М.: Вестник ассоциации буровых подрядчиков. 2000. №1. С. 36-40.

10. Балденко Д.Ф., Хабецкая В.А. Новые малогабаритные винтовые забойные двигатели для проводки дополнительных стволов и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин / Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. М.: ВНИИОЭНГ, 1999. № 4-5. С. 4-7.

11. Балденко Д.Ф. Медведева Л.Н. Усовершенствование конструкции рабочих органов забойных винтовых двигателей / М.: Машины и нефтяное оборудование. 1982. № 5. С. 9-10.

12. Павлык, В.Н., Шулепов В.А. Об эффективности применения винтовых забойных двигателей / М.: Вестник ассоциации буровых подрядчиков. 2002. №4. С.

13. Анализ видов разрушения рабочих органов винтовых забойных двигателей по результатам их использования в ООО «Ку-баньбургаз» / С. А. Акопов, Г. П. Шелудько, Р. В. Карапетов // Материалы XXXI науч.-техн. конференции по результатам работы

за 2000 год: тез. докл. Ставрополь: Сев-КавГТУ. 2001. С. 85.

14. Ганелина С.А. Резинометаллические детали гидравлических забойных двигателей / М.: Недра, 1981. С. 118.

15. Балденко, Д.Ф., Ганелина С.А., Гинзбург Э.С. Исследование износа рабочих органов винтового забойного двигателя / М.: Машины и нефтяное оборудование. 1974. №10. С. 9-12.

16. Budepudi, V. Drilling fluid type affects elastomer selection /Budepudi, V Michael Wilson J., Patel A. // Oil and Cas Jornual. 1998. № 5. P. 75-80.

17. Истирание резин / Г.И. Бродский В.Ф. Евстратов Н.Л. Сахновский и др. // М.: Химия, 1975. С. 238.

18. Зуев Ю.С. Разрушение эластомеров в условиях характерных для эксплуатации / М.: Химия. 1980. С. 288.

19. Акопов С.А., Шелудько Р.В., Карапетов Р. В. Новый способ автокомпенсации пары трения «ротор — статор» винтового забойного двигателя / Материалы XXIX научно-технической конференции по результатам НИР профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 1998 год. Тез. докл. науч.-тех. конф. / Ставрополь: СевКавГТУ, 1999. Т. 2. С. 97.

20. Гаркунов, Д.Н. Триботехника / Учеб. в 2-х томах. Том 2. Износ и безизнос-ность. 4-е изд. перераб. и дополн. М.: МСХА, 2001 г. С. 616.

21. Пат. 2245981 Яи, МПК7 Е 21 В 4/02. Способ изготовления статора винтового забойного двигателя /Акопов С.А., Шелудько Г.П., Пенкин Н.С., Карапетов Р. В. и др. // Патент РФ № 2003132489/03. Приоритет от 05.11.03.

— Коротко об авторах———————————————————

Карапетов Р.В. — ОАО «СевКавНИПИгаз»

Бекетов С.Б. — доктор технических наук, профессор, СевКавГТУ.

Статья представлена Северо-Кавказским государственным техническим университетом. Рецензент доцент Ю.К. Димитриади.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы .

———————————- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕДУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДEPKAEBA Aлла Bладимировна Разработка технологии выемки выклинивающихся рудных тел с доставочно-выпускными рудоспусками (на примере рудников Горной Шории и Хакасии) 25.00.22 к.т.н.

PAЗУMOBA Лариса Bикторовна Разработка методики прогнозирования напряженно-деформированного состояния неоднородного угольного массива 25.00.20 к.т.н.

Винтовые забойные двигатели

Винтовые забойные двигатели предназначены для бурения наклонно-направленных, глубоких, вертикальных, горизонтальных и других скважин. Так же применяется для разбуривания песчанных пробок, цементных мостов, солевых отложений и тд. Применяется в нефтегазовой областях.

Диаметр винтовых забойных двигателей обычно составляет 54-230 мм и применимы в бурении и капитальном ремонте скважин.

Винтовые забойные двигатели так же имеют в своем составе:

ВЗД эксплуатируются при использовании буровых растворов плотностью не более 2000 кг/м3, включая аэрированные растворы (и пены при капитальном ремонте скважин), с содержанием песка не более 1 % по весу, максимальным размером твердых частиц не более 1 мм, при забойной температуре не выше 373 К.

По принципу действия ВЗД является объемной (гидростатической) маши-ной, многозаходные рабочие органы которой представляют собой планетарно-роторный механизм с внутренним косозубым зацеплением.

Односекционные ВЗД типа Д включают двигательную и шпиндельную секции и переливной клапан, корпусы которых соединяются между собой с помо-щью конических резьб (рисунок).

Рабочими органами двигательной секции являются многозаходные винтовые ротор и статор. Внутри стального статора привулканизирована резиновая об-кладка с винтовыми зубьями левого направления. На наружной поверхности стального ротора нарезаны зубья того же направления. Число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев статора, а отношение шагов винтовых линий пропорционально числу зубьев.

Узел соединения ротора и выходного вала шпинделя, который может быть выполнен в виде двухшарнирного карданного соединения или гибкого вала, предназначен для преобразования планетарного движения ротора в соосное вращение вала шпинделя и передачи осевой гидравлической силы с ротора на подшипник шпинделя.

С целью уменьшения угла перекоса шарниры разнесены по длине и соединены между собой по конусным поверхностям посредством промежуточной (соединительной) трубы. Присоединение карданного вала к ротору и валу шпинделя достигается с помощью конусно-шлицевых соединений. Благодаря такой конструкции на выходной вал двигателя передается высокий момент силы при низкой его частоте вращения, а также обеспечивается высокая долговечность и надежность работы двигателя, что позволяет эффективно использовать его в сочетании с современными высокопроизводительными долотами с герметизированными маслонаполненными опорами при сравнительно высоких осевых нагрузках.

Шпиндельная секция ВЗД различных типоразмеров имеет отличительные особенности и в общем виде включает корпус, выходной вал, осевую опору  многорядный упорно-радиальный подшипник качения и радиальные  резинометаллические опоры.

На нижнем конце выходного вала установлен наддолотный переводник для соединения вала с долотом.

Для применения гидромониторных долот с целью снижения утечек бурового раствора в опорном узле двигателя монтируется уплотнение (сальниковое устройство торцевого типа с твердосплавными уплотняющими элементами), обеспечивающее бурение при перепадах давления на долоте до 8…10 МП а.

Переливной клапан служит для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством в процессе проведения спуско-подъемных операций в скважине с целью снижения гидродинамического воздействия на проходимые породы при спуске и подъеме бурильной колонны, исключения холостого вращения вала двигателя и потерь бурового раствора при указанных операциях.

Основные конструктивные параметры односекционных ВЗД типа Д и их энергетические характеристики при различных расходах бурового раствора плотностью 1000 кг/м3 (на воде) приведены в табл. 1

Секционные винтовые забойные гидравлические двигатели типа ДС (ДС-195) предназначены для бурения вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения с использованием буровых растворов при температуре не выше 373 К.

Поскольку энергетическая характеристика односекционного ВЗД ухудшается по мере износа рабочих винтовых пар и при зазоре в них свыше 1,0 мм, применение такого двигателя становится практически нецелесообразным, то секционирование рабочих органов, в т. ч. с повторным использованием отработанных винтовых пар, является одним из наиболее перспективных направлений повышения долговечности винтовых пар межремонтного периода работы ВЗД в целом. Последнее обстоятельство обусловливается тем, что при таком конструктивном решении снижаются удельные нагрузки в рабочей паре, а требуемый момент силы на выходном валу обеспечивается при сниженном расходе бурового раствора, вследствие чего уменьшается износ рабочих пар. Благодаря этому расширяется область эффективного применения ВЗД в районах с осложненными условиями бурения с промывкой буровыми растворами различных типов: от облегченных (аэрированных) до утяжеленных.

Секционный забойный двигатель ДС-195 собирается в промысловых условиях из двух-трех двигательных секций, состоящих из винтовых пар серийных двигателей Д 1-195 и одной шпиндельной секции с шаровой или резинометаллической опорой. Они выпускаются наружным диаметром 195 мм и применяются при бурении скважин шарошечными и безопорнымн долотами различных типоразмеров и серий в соответствии с рекомендуемыми технологически требуемыми зазорами между корпусом этих двигателей и стенками скважин в конкретных геолого-технических условиях месторождений.

Управляемый винтовой забойный двигатель обычно состоит из различных кривых переводников, изогнутых корпусов и стабилизатора и может использоваться для наклоннонаправленного и горизонтального бурения.

Компоновка двигателя 

Технические характеристики винтовых забойных двигателей

Кривой переводник и корпус

Управляемый винтовой забойный двигатель состоит из следующих элементов и узлов:

Винтовой забойный двигатель ВЗД с изогнутым переводником (Его верхняя часть оснащена переводником с заданным углом, угол задаётся производителем в соответствии с требованиями клиента);

Винтовой забойный двигатель ВЗД с муфтой изменения угла (Корпус универ-сального вала одиночноизогнутый. Угол изгиба корпуса задаётся клиентом. Положение точки изгиба может размещаться в верхней или нижней части изогнутого корпуса. В целом, для одного и того же угла расстояние выноса нижней точки изгиба невелико и степень набора высока. Точка изгиба может располагаться в верхней части корпуса без специальных требований).

Двойной изогнутый корпус с одним направлением (Корпус универсального вала имеет два угла изгиба в одном направлении).

Двойной изогнутый корпус с разными направлениями (Корпус универсального вала имеет два угла изгиба в разных направлениях. Нижний угол искривления вдвое превышает верхний угол искривления. Такая конструкция имеет большой угол искривления и малое отклонение).

Изогнутый переводник и корпус с большим отклонением и одним направлением (Кривой переводник устанавливается в верхней части, а корпус универсального вала имеет один изгиб).

Кривой переводник и корпус

винтовой забойный двигатель с изогнутым переходником

винтовой забойный двигатель с одиночноизогнутым корпусом

Компания ООО «СК «Буровое оборудование» разработало надежные конструкции шпиндельной секции для эксплуатации двигателей гидравлических забойных (далее ВЗД), чтобы гарантировать один из самых высоких межремонтных периодов (Межремонтный период рабочей пары 150, а шпиндельной 300). Это очень важно при работе с долотами PDC. Также нами была разработана новая модель рабочих органов для ВЗД, которая в практике показала высокий результат по высокому крутящему моменты и ресурсу. В обоюдном сочетании — это оборудование новой модели ВЗД, имеет высокую надежность и отличные эксплуатационные характеристики продукции, которые положительно показали себя на проектах наших Заказчиков.

Обозначение ВЗД

Пример обозначения ВЗД:

Д(РУ) 98/106.7/8.4 — двигатель гидравлический забойный, имеет секцию рабочих органов заходностью 7/8 и длиной активной части статора 4000 мм, где наружный диаметр составляет 98 мм, а также шпиндель с регулятором угла диаметром 106 мм.

Назначение ВЗД

ВЗД — винтовой забойный двигатель, предназначен для бурения горизонтальных, вертикальных и наклонно-направленных нефтяных и газовых скважин, а также для проведения работ по текущему и капитальному ремонту скважин, бурения боковых стволов, с использованием в качестве промывочной жидкости техническую воду или буровой раствор.

Технические характеристики ВЗД ООО СК «Буровое оборудование»:

Наружный диаметр, мм

Длина двигателя, мм

Длина активной части статора, мм

Длина шпиндельной секции до точки искривления, мм

Масса двигателя, кг

Расход рабочей жидкости, л/с

Частота вращения вала на холостом ходу, об/ мин

Дифференциальный перепад давления, Мпа

Допустимая осевая нагрузка, kH

Максимальный эффективный КПД, %

Заходность секции рабочих органов Zр/Zст

Диапазон углов искривления, градус

Присоединительные резьбы API (ГОСТ Р 50864-96):
— к долоту
— к бурильным трубам 

2 7/8 Reg (З-76)
NC 31 (З-86)

2 7/8 Reg (З-76)
NC 31 (З-86)

3 1/2 Reg (З-88)
NC 38 (З-102)

3 1/2 Reg (З-117)
3 1/2 F (З-147)
NC 50 (З-133)

Диаметр применяемых долот, мм

Производство наших Двигателей может быть в прямом исполнении, с регулятором угла (стандартный диапазон регулировки угла составляет 0°-1°30′, но по заказу возможно исполнение угла в других диапазонах регулировок), а также с жестким искривляющим переводником, типа «Fixed Bend». 

В комплект с ВЗД, может быть включен верхний центратор. ВЗД по требованию может быть укомплектован рабочей силовой секцией с покрытием ротора карбидом вольфрама (для работы в соленасыщенных растворах), а также рабочими парами для высокотемпературных скважин, клапанами переливными и обратными. Применение технологии напыления карбида вольфрама на роторы двигательных секций позволило увеличить ресурс ротора при работе в соленасыщенных растворах. Карбиды вольфрама достаточно химически устойчивы для применения в агрессивных средах.

В настоящее время в России в серийном и опытном производстве находится уже более 32 типоразмеров ВЗД.

Двигатели универсального применения. Отечественные двигатели этой модификации охватывают диапазон наружных диаметров от 127 до 240 мм и предназначены для привода долот диаметром 139,7 — 295,3 мм (табл. 16.1).

Отечественные двигатели создавались на основе многолетнего опыта конструирования турбобуров, и в них использовались апробированные конструкции опорных узлов шпиндельной секции, резьбовых соединений, элементов соединения валов и др.

В то же время специфические узлы и детали двигателей (РО, соединение ротора и выходного вала, переливной клапан) не имеют аналогов и разрабатывались по результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований.

Выпускаемые в России и за рубежом ВЗД выполняются по единой схеме и имеют неподвижный статор и планетарно-вращающийся ротор.

На рис. 16.4 показано устройство двигателя модели ДЗ-172 в продольном и поперечном разрезах. Это типичная конструкция двигателя. Двигатель состоит из двух секций: силовой и шпиндельной.

Корпусные детали секций соединяются между собой замковыми резьбами, а валы — с помощью конусных, конусно-шлицевых или резьбовых соединений. Третий узел двигателя — переливной клапан, как правило, размещается в авто номном переводнике непосредственно над двигателем или между трубами бурильной колонны.

Винтовые забойные двигатели для бурения скважин и капитального ремонта(второе поколение двигателей — 80-е годы)

Силовая секция включает в себя статор 1, ротор 2, соединение ротора и выходного вала 3 и корпусные переводники 4 и 5.

Шпиндельная секция состоит из корпуса 6, вала 7 с осевыми 8 и радиальными 9 опорами, наддолотного переводника 10.

Двигатели для наклонно направленного и горизонтального бурения. Эта серия представлена двигателями с наружными диаметрами от 60 до 172 мм и предназначена для бурения наклонно направленных (с большой интенсивностью искривления) и горизонтальных скважин.

Обладая конструктивными особенностями и рациональным критерием эффективности М/n, двигатели этой серии в отличие от турбобуров эффективно используются в различных технологиях наклонно направленного и горизонтального бурения, в том числе при зарезке и бурении вторых (дополнительных) стволов через окно в эксплуатационной колонне.

При использовании ВЗД в горизонтальном бурении реализуются их преимущества по сравнению с турбобурами, в частности меньшая зависимость от диаметра, а также повышенный удельный момент двигателя. Это позволяет сконструировать силовую секцию длиной 1 — 2 м с наружным диаметром, существенно меньшим, чем у турбобура для аналогичных целей.

В результате проведенных в 90-х годах НИОКР ВНИИБТ создана новая серия забойных двигателей типа ДГ диаметром 60-172 мм (табл. 16.2) для проводки новых горизонтальных скважин и бурения дополнительных стволов.

При проектировании этой серии двигателей использовался 25-летний опыт конструирования ВЗД общего назначения и в то же время учитывались требования технологии горизонтального бурения.

Основные особенности двигателей серии ДГ:

— уменьшенная длина, достигаемая сокращением как силовой, так и шпиндельной секции, причем силовая секция, как правило, выполняется двухшаговой, что обеспечивает необходимую мощность и ресурс РО;

— уменьшенный наружный диаметр (108 мм против 120 мм; 155 мм против 172 мм), что при сохранении оптимальных характеристик ВЗД обеспечивает надежную проходимость двигателя с опорно-центрирующими элементами в стволе скважины и улучшенную гидродинамическую ситуацию в затрубном пространстве;

— многообразие механизмов искривления корпуса (жесткий искривленный, регулируемый переводники, корпусные шарниры с одной или двумя ступенями свободы), что позволяет использовать различные технологии проводки скважин;

— возможность размещения на корпусе двигателя опорно-центрирующих элементов;

— усовершенствованное соединение ротора и вала шпинделя, гарантирующее надежную работу с большими углами перекоса.

Двигатели для ремонта скважин. Двигатели, применяемые в ремонте нефтяных и газовых скважин, выпускаются под шифром Д с наружным диаметром 108 мм и менее.

Диапазон наружных диаметров, конструкции двигателей, а также их характеристики позволяют использовать эти машины для всевозможных буровых работ, встречающихся в ремонте скважин.

ВЗД используются при разбуривании цементных мостов, песчаных и гидратных пробок, фрезеровании труб, кабелей электропогружных насосов и прочих предметов. Эти двигатели могут производить бурение как внутри насосно-компрессорных труб, так и внутри эксплуатационной колонны.

При проведении капитального ремонта внутри колонн может использоваться также двигатель Д1-127. По своей конструкции ВЗД для ремонта скважин принципиально не отличаются от двигателей общего назначения.

Наибольший интерес представляет многофункциональный двигатель ДК-108, разработанный ВНИИБТ. Особенность созданного двигателя — широкий диапазон его энергетических параметров, обеспечивающийся наличием в его комплекте трех модификаций рабочих органов с различными рабочими объемами, что позволяет использовать эти машины для самых разнообразных видов ремонтно-восстановительных работ при капитальном ремонте скважин.

Предыдущая 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 Следующая

Дата добавления: 2015-06-27; просмотров: 2803; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Поделитесь с друзьями:

  1. D2 – степени точности 2, 3 ; основные отклонения n, p ,r
  2. I Основные категории педагогики
  3. I ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЛАНДШАФТА
  4. I. Основные сведения
  5. The Determinants of Price Elasticity. Основные факторы ценовой эластичности спроса
  6. Z-преобразование (прямое и обратное, примеры). Основные теоремы Z-преобразования.
  7. А Основные положения расчета

пользователям VK интересно:

Строка навигации

Получите консультацию специалиста

Винтовые забойные двигатели предназначены для бурения наклонно-направленных, глубоких, вертикальных, горизонтальных и других скважин. Так же применяется для разбуривания песчанных пробок, цементных мостов, солевых отложений и тд. Применяется в нефтегазовой и нефтегазодобывающей областях.

Диаметр винтовых забойных двигателей обычно составляет 54-230 мм и применимы в бурении и капитальном ремонте скважин.

Винтовые забойные двигатели так же имеют в своем составе:

ВЗД эксплуатируются при использовании буровых растворов плотностью не более 2000 кг/м3, включая аэрированные растворы (и пены при капитальном ремонте скважин), с содержанием песка не более 1 % по весу, максимальным размером твердых частиц не более 1 мм, при забойной температуре не выше 373 К.

По принципу действия ВЗД является объемной (гидростатической) машиной, многозаходные рабочие органы которой представляют собой планетарно-роторный механизм с внутренним косозубым зацеплением.

Диаметр корпуса, мм

Длина двигателя, мм

Масса двигателя, кг

Диаметр применяемых долот, мм

Присоединительные резьбы к долоту

Присоединительные резьбы к бурильным трубам

Длина шпиндельной секции до места искривления, мм

Углы искривления между секциями, градус

Допустимая осевая нагрузка в режиме направленного бурения, кН

Допустимая осевая нагрузка в режиме бурения с вращением ротора, кН

Заходность секции рабочих органов, Zр/Zcn

Длина активной части статора, мм

Расход рабочей жидкости, л/с

Частота вращения вала на холостом ходу, об/мин

Параметры в режиме максимальной мощности

Дифференциальный перепад давления, МПа

Главная « > » Продукция « > «Винтовые забойные двигатели (ВЗД)

Винтовой забойный двигатель (ВЗД) предназначен для:
-бурения нефтяных и газовых вертикальных и наклонно-направленных скважин;
-геологоразведочного и структурно-поискового бурения;
-капитального ремонта скважин;
-прокладки подземных коммуникаций.

По принципу действия ВЗД являются объёмной (гидростатической) машиной, многозаходные рабочие органы которой представляют собой планетарно-роторный механизм с внутренним косозубым зацеплением. Конструктивно ВЗД состоят из секции рабочих органов (рабочей пары) и шпиндельной секции (шпинделя). Зубья ротора и статора секции рабочих органов находятся в непрерывном контакте между собой, в результате чего происходит разделение полостей высокого и низкого давления. При прокачивании рабочей жидкости через двигатель, ротор совершает планетарное движение относительно оси статора, обкатываясь по зубьям резиновой обкладки. Планетарное движение ротора преобразуется в соосное вращение вала шпинделя при помощи гибкого вала (или шарнирного устройства), передающего крутящий момент и гидравлическую осевую нагрузку. Рабочая пара и шпиндель соединяются переводником, который может быть прямым (шифр ВЗД – «Д»), жёстким искривлённым переводником-отклонителем («ДО») или регулируемым переводником-отклонителем («ДР»).

Схема назначения шифров винтовых двигателей выглядит следующим образом:

Например: Шифр ДР-190.6/7.56

Типы выпускаемых двигателей в габаритах 42-240 мм:

-«Д»(ДП) — двигатели прямые;

-«ДР» — двигатели с регулируемым узлом искривления;

-«ДГР» — двигатели с укороченным шпинделем;

-«ДВ» — двигатели с повышенной частотой вращения.

190 – наружный диаметр

6/7 – заходность винтовой пары (количество зубьев ротора/статора)

56 — число шагов винтового зуба статора х 10 (5 целых 6 десятых)

Д1 – цифра обозначает номер модели двигателя.

Шифры двигателей могут содержать дополнительные литеры, обозначающие опции, реализованные в двигателе (например, «П» — с профилированной секцией рабочих органов, «Н» -гибрид (Hybrid), «С» — с системой стабилизации ротора, «Т» — с термостойким эластомером, «К» — керноотборный и др.).

Технические характеристики некоторых пользующихся спросом ВЗД:

При  бурении нефтяных и газовых скважин применяют гидравлические и электрические забойные двигатели , преобразующие соответственно гидравлическую энергию бурового раствора и электрическую энергию в механическую на выходном валу двигателя. Гидравлические забойные двигатели выпускают гидродинамического и гидростатического типов. Первые из них называют турбобурами, а вторые – винтовыми забойными двигателями. Электрические забойные двигатели получили наименование электробуров.

ТУРБОБУРЫ

      Турбобур представляет собой  многоступенчатую гидравлическую турбину, к валу которой непосредственно или через редуктор присоединяется долото.

      Каждая ступень турбины состоит из диска статора и диска ротора . 

В статоре, жестко соединенном с корпусом турбобура, поток  бурового раствора меняет свое направление и поступает в ротор , где отдает часть своей гидравлической мощности на вращение лопаток ротора относительно оси турбины. При этом на лопатках статора создается  реактивный вращающий момент, равный  по величине и противоположный по направлению вращающему моменту ротора. Перетекая из ступени в ступень буровой раствор отдает часть своей гидравлической мощности каждой ступени. В результате   вращающие моменты всех ступеней  суммируются на валу турбобура и передаются долоту. Создаваемый при этом в статорах реактивный момент воспринимается корпусом турбобура и БК.

       Работа турбины  характеризуется частотой вращения вала n , вращающим моментом на валу М, мощностью N, перепадом давления DР  и  коэфициентом полезного действия h.

      Как показали стендовые испытания турбины, зависимость момента от частоты вращения ротора почти прямолинейная. Следовательно, чем больше n  , тем меньше  М, и наоборот.

      В этой связи различают два режима работы турбины: тормозной, когда n = 0, а М достигает максимального значения , и холостой, когда n достигает максимального , а М=0. В первом случае необходимо к валу  турбины приложить такую нагрузку, чтобы его вращение прекратилось, а во втором – совершенно снять нагрузку.

       Максимальное  значение мощности достигается при частоте вращения турбины n = n0.

       Режим, при котором мощность турбины достигает максимального значения  называется экстремальным. Все технические характеристики  турбобуров даются для значений  экстремального режима. В этом режиме  работа турбобура наиболее устойчива, так как небольшое изменение нагрузки на вал турбины не приводит к сильному изменению n

 и, следовательно, к возникновению вибраций, нарушающих работу турбобура.

       Режим, при котором коэфициент полезного действия h турбины достигает максимального значения называется оптимальным. При работе на оптимальном режиме , т.е. при одной определенной частоте вращения ротора турбины для данного расхода бурового раствора Q, потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений в турбине DР минимальны.

      При выборе профиля  лопаток турбины стремятся найти такое конструктивное решение, чтобы при работе турбины кривые максимальных значений N и h располагались близко друг к другу.  Линия давления  DР таких турбин располагается почти симметрично относительно вертикали, на которой лежит максимум мощности.

      Таким образом, при постоянном расходе бурового раствора Q  параметры характеристики турбины определяются частотой вращения ее  ротора  n, зависящей от нагрузки на вал турбины (на долото).

      При изменении  расхода бурового раствора Q параметры характеристики турбины изменяются совершенно по другому.

      Пусть при расходе бурового раствора Q1   и соответствующей этому значению частоте вращения  ротора турбины n1  при оптимальном режиме турбина создает мощность N1

и вращающий момент М1 , а перепад давления в турбине составляет DР1. Если расход бурового раствора увеличить до Q2  , параметры характеристики турбины изменятся следующим образом:

 n1  /  n2   =    Q1  /  Q2    ;

N1  /  N2   =   (Q1  /  Q2)3

М1  /  М2    =    (Q1  /  Q2)2

DР1  /  DР2   =   (Q1  /  Q2)2

      Видно, что эффективность турбины значительно зависит от расхода бурового раствора Q. Однако увеличение расхода  Q ограничивается  допустимым давлением в  скважине.

      Параметры характеристики турбины изменяются также пропорционально изменению плотности бурового раствора r.

N1  /  N2   = М1  /  М2    =    Р1  /  DР2   =   r1  /  r2

      Частота вращения  ротора  турбины n  от изменения плотности r не зависит.

      Параметры характеристики турбины изменяются также пропорционально изменению числа ступеней.

ГОСТ 26673-90 предусматривает изготовление бесшпиндельных (ТБ) и шпиндельных (ТШ) турбобуров.

 Турбобуры ТБ применяются при бурении вертикальных и наклонных скважин малой и средней глубины без гидромониторных долот. Применение гидромониторных долот невозможно по тем причинам, что через нижнюю радиальную опору (ниппель) даже при незначительном перепаде давления протекает 10 – 25% бурового раствора.

Значительное снижение потерь бурового раствора достигается в турбобурах, нижняя секция которых, названная шпинделем, укомплектована многорядной осевой опорой и радиальными опорами, а турбин не имеет.

Присоединяется секция шпиндель к одной (при бурении неглубоких скважин), двум или трём последовательно соединённым турбинным секциям.

Поток бурового раствора, пройдя турбинные секции, поступает в секцию – шпиндель, где основная его часть направляется во внутрь вала шпинделя и далее к долоту, а незначительная часть – к опорам шпинделя, смазывая трущиеся поверхности дисков пяты и подпятников, втулок средних опор и средних опор. Благодаря непроточной конструкции опор и наличию уплотнений вала, значительно уменьшены потери бурового раствора через зазор между валом шпинделя  и ниппелем .

Для бурения наклонно – направленных скважин разработаны шпиндельные турбобуры – отклонители типа ТО.

Турбобур – отклонитель состоит из турбинной секции и укороченного шпинделя. Корпуса турбинной секции и шпинделя соединены кривым переводником.

Для бурения с отбором керна предназначены колонковые турбобуры типа КТД, имеющие полый вал , к которому через переводник  присоединяется бурильная головка . Внутри полого вала размещается съёмный керноприёмник . Верхняя часть керноприёмника снабжена головкой  с буртом для захвата его ловителем, а нижняя – кернорвателем, вмонтированным в переводник . Для выхода бурового раствора, вытесняемого из керноприёмника по мере заполнения его керном, вблизи верхней части керноприёмника имеются радиально расположенные отверстия в его стенке, а несколько ниже их – клапанный узел . Последний предотвращает попадание выбуренной породы внутрь керноприёмника, когда он не заполняется керном, и в это время клапан закрыт.

Керноприёмник подвешан на опоре , установленной между переводником к БК и распорной втулкой . Под действием гидравлического усилия, возникающего от перепада давления в турбобуре и долоте, и сил собственного веса, керноприёмник прижимается к опоре и во время работы турбобура не вращается.

ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

      Рабочим органом винтового забойного двигателя (ВЗД) является винтовая пара: статор  и ротор .

      Статор представляет собой металлическую трубу, к внутренней поверхности которой привулканизирована резиновая обкладка, имеющая 10 винтовых зубьев левого направления, обращённых к ротору.

      Ротор выполнен из высоколегированной стали с девятью винтовыми зубьями левого направления и расположен относительно оси статора эксцентрично

Кинематическое отношение винтовой пары 9: 10 и соответствующее профилирование её зубьев обеспечивает при движении бурового раствора планетарное обкатывание ротора по зубьям статора и сохранение при этом непрерывного контакта ротора и статора по всей длине. В связи с этим образуются полости высокого и низкого давления и осуществляется рабочий процесс двигателя.

Вращающий момент от ротора передаётся с помощью двухшарнирного соединения на вал шпинделя, укомплектованного многорядной осевой шаровой опорой  и радиальными резино – металлическими опорами . К валу шпинделя  присоединяется долото . Уплотнение вала достигается с помощью торцевых сальников.

ВЗД изготовляют согласно ТУ 39-1230-87.

Типичная характеристика ВЗД при постоянном расходе бурового раствора следующая . По мере роста момента М перепад давления в двигателе Р увеличивается почти линейно, а частота вращения вала двигателя снижается вначале незначительно, а при торможении – резко. Зависимости изменения мощности двигателя и К.П.Д. от момента М имеют максимумы. Когда двигатель работает с максимальным, режим называют оптимальным, а с максимальной мощностью – экстремальным. Увеличение нагрузки на долото после достижения экстремального режима работы двигателя приводит к торможению вала двигателя и к резкому ухудшению его характеристики.

Неэффективны и нагрузки на долото, при которых момент, развиваемый двигателем, меньше момента, обеспечивающего оптимальный режим его работы.

Характер изменения от момента М при любом расходе бурового раствора остаётся примерно одинаковым.

Значения при увеличении растут почти линейно, — несколько уменьшается, а возрастает по зависимости, близкой к квадратичной.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Расход рабочей жидкости, л/с

Перепад давления, МПа

Частота вращения вала, об/с

Крутящий момент, Н*м

Присоединительная резьба долото/БК

Диаметр, мм

Добавить комментарий