Особенности бурения взд кратко

Обновлено: 13.05.2024

Нефтяная, газодобывающая отрасли нуждаются в применении специального оборудования. Для организации рабочего цикла часто применяется винтовой забойный двигатель (ВЗД ). Он участвует в процессе добычи жидких и газообразных, а также твердых полезных ископаемых, а также может применяться в процессе проведения ремонта уже существующих скважин.

Специальное оборудование обладает рядом особых технических характеристик. Чтобы агрегат в полной мере выполнял возложенные на него функции, его требуется правильно подбирать в соответствии с существующими условиями эксплуатации. Для этого необходимо понимать устройство конструкции ВЗД, а также правила его применения на различных объектах.

Общая характеристика

Винтовой забойный двигатель применяется в добывающей промышленности для осуществления бурения глубоких, наклонно-направленных, горизонтальных и вертикальных скважин. Он позволяет разбуривать пробки из песка, солевых отложений, цементные мосты.

Чтобы двигатель мог выполнять свои функции, он обладает определенным крутящим моментом. В зависимости от своих технических характеристик оборудование может разрушать горные породы с требуемой скоростью. Это обеспечивает высокую эффективность технологического цикла.

Диаметр ВЗД может составлять от 54 до 230 мм. В конструкции применяются прочные, но эластичные зубья. Это позволяет обеспечить высокую жесткость конструкции на изгиб, уменьшить утечку жидкостей при их прокачке.

Характеристики первого ВЗД несколько отличались от современных агрегатов. Он обеспечивал эффективное наклонное бурение. При этом его частота оборотов составляла 200 об./мин. В 1966 г. отечественными технологами был создан агрегат, который отличался тихим ходом. Он имел возможность регулировать обороты от 100 до 200 об./мин.

Со временем прибор совершенствовался. Появилось множество разновидностей подобного оборудования. Они применяются в различных отраслях добывающей промышленности. Чтобы обеспечить правильное бурение в различных условиях, конструкция и принцип действия ВЗД могут несколько отличаться. Однако главный принцип работы остается прежним для всех разновидностей.

Конструкция

Конструкция представленного оборудования может несколько отличаться. Для примера можно рассмотреть устройство винтового забойного двигателя ДР 95. Этот прибор является симметричным роторным оборудованием. При его работе применяется зубчатое зацепление косого типа. Механизм приводится в действие давлением подаваемой жидкости.

Конструкция состоит из узла двигателя, а также рабочей части. Первый элемент системы является основным силовым компонентом. Именно от его характеристик зависят эксплуатационные особенности оборудования. В их число входят мощность, КПД, крутящий момент, а также частота вращения ротора.

Двигательный узел состоит из статора (корпуса) и эластомерной вставки с резьбой. За нее зацепляется ротор. Под давлением жидкости начинается вращение. Эластичная оболочка разделяет камеру на две полости. Она изготавливается из прочной резины, устойчивой к износу. При попадании абразивных частиц на поверхность материала он не разрушается.

На рабочие характеристики винтового забойного двигателя влияет множество факторов. Ротор конструкции имеет вид сверла. Его покрытие очень прочное, изготовленное из легированной стали. Количество зубьев у ротора на один меньше, чем у статора. Двигательный узел имеет определенное натяжение зубчатого зацепления. Оно зависит от особенностей рабочей жидкости, температуры эксплуатации и т. д.

Рабочие органы представлены шпиндельным узлом и регулятором угла. Первый из них передает крутящий момент рабочему инструменту. Он подвергается значительным осевым нагрузкам. Шпиндельный узел имеет корпус и две опоры. На них крепится вал. Узел может быть открытым или закрытым.

Принцип действия

Принцип работы винтового забойного двигателя определяется особенностями конструкции. Это объемные роторные машины. Статор их двигателя с полостями примыкает к камерам низкого и высокого давления. Винт-ротор является ведущим. Через него передается крутящий момент на исполнительный механизм.

Винты-замыкатели называются ведомыми элементами конструкции. Они уплотняют двигатель. При помощи замыкателей происходит предотвращение попадания жидкости из камеры с высоким давлением в отделение с низким давлением.

Жидкость циркулирует внутри конструкции через рабочие органы. Это перемещение возможно благодаря перепаду давления. При этом на роторе происходит крутящий момент. Винтовые элементы рабочих органов взаимно замыкаются. Они отделяют область высокого и низкого давления.

Поэтому принцип работы винтового забойного двигателя похож на работу поршневых разновидностей оборудования. В рабочих органах ВЗД создаются разобщенные шлюзы. Для этого число зубьев статора определяется большим на единицу, чем у ротора (внутреннего элемента). Длина рабочих органов не может быть меньше, чем шаг винтовой поверхности наружного элемента. Это определяет нормальное функционирование системы. Причем отношение шагов наружных и внутренних поверхностей винта пропорционально отношению числа зубьев. Их профили характеризуются взаимоогибаемой формой. Это позволяет им находиться в непрерывном контакте на любом участке сцепления.

Кратность является одним из главных параметров работы оборудования. ВЗД отечественного производства обладают многозаходными рабочими органами. Иностранные компании изготавливают представленные двигатели с одним или несколькими заходами ротора.

Классификация

В соответствии с различными факторами происходит классификация винтовых забойных двигателей. По признаку применения различают три основные категории ВЗД:

Агрегаты для бурения в вертикальном направлении. Они имеют прямое исполнение. Наружный диаметр подобных агрегатов составляет от 172 до 240 мм.
Оборудование для горизонтального и наклонно-направленного бурения. Такие двигатели имеют искривленную компоновку. Диаметр может составлять от 76 до 240 мм.
Приборы для ремонтно-восстановительных работ. Они имеют прямое исполнение. Наружный диаметр составляет от 43 до 127 мм.

Силовые агрегаты могут иметь активную часть длиной до 550 см. Винтовой забойный двигатель 105, 127, 88, 76, 43 мм может иметь прямое исполнение. Также выпускаются приборы с возможностью регулировки угла наклона. Это позволяет осуществлять также наклонное или горизонтальное бурение. Для создания вертикальной скважины применяются силовые агрегаты. Их наружный диаметр, мощность должны быть больше. Габариты диаметра для таких агрегатов не могут быть менее 178 мм.

Наиболее простыми и недорогими разновидностями представленного оборудования являются ВЗД для проведения ремонта скважин. Это надежные агрегаты, оснащенные торсионной трансмиссией, резинометаллическими опорами.

Оборудование для бурения оснащается дополнительно противоаварийными узлами. Это позволяет исключить оставление деталей на забое при возникновении поломки. Шпиндельные отсеки двигателей для наклонного и горизонтального бурения имеют в своем составе радиальные твердосплавные опоры. Их подшипники обладают высокой грузоподъемностью.

В конструкцию ВЗД могут добавляться фильтры-шламоуловители, калибраторы, центраторы, обратные и переливные клапаны. Также в комплект поставки могут входить различные элементы ЗИП.

Количество секций

Секционные винтовые забойные двигатели для бурения скважин могут иметь определенные особенности конструкции. Их применение считается более целесообразным. Односекционные разновидности значительно теряют свои энергетические характеристики при износе винтовых пар.

Турбовинтовые разновидности

Относительно новой разновидностью оборудования являются турбинно-винтовые забойные двигатели . Они характеризуются высокой стойкостью и высокой энергетической эффективностью. Эту разновидность агрегатов иногда относят к классу редукторных турбобуров.

На винтовую пару возложена функция редуктора и стабилизатора. Это позволяет оптимизировать работу долота при нагрузке. Конструкция турбинно-винтовых разновидностей отличается высокой сложностью. При ее создании требуется много материала. Поэтому стоимость представленного оборудования остается высокой. Однако его рабочий ресурс превышает обычные разновидности ВЗД.

Винтовая пара представленных агрегатов может монтироваться над секцией турбин или между ней и шпиндельным отсеком. Первый вариант является более простым. В состав агрегата входит в этом случае только один узел соединения. Второй вариант винтовой пары менее надежен из-за своей сложности. Здесь необходимо создать два роторных узла соединения.

Характеристики ВЗД

Особенности бурения винтовыми забойными двигателями определяют их характеристики. Их необходимо учитывать для правильного выбора параметров бурения. Условия стабильного бурения должны сохраняться на протяжении всего производственного процесса. Сегодня ВЗД совершенствуются в соответствии с существующими требованиями добывающих компаний.

Характеристики оборудования постоянно улучшаются. Это позволяет правильно применять новые технологии в добывающей отрасли. В современном мире стали использоваться регулируемые приводы насосов. Бурение может проводиться в наклонных и горизонтальных направлениях. Также используется метод с применением непрерывных труб. Чтобы обеспечить высокую продуктивность новых процессов, характеристики оборудования исследуют различными способами.

При разработке программы бурения производятся стендовые испытания ВЗД. Это позволяет выявить их фактические параметры работы. Это влечет за собой дополнительные затраты производителя. Однако оборудование используется более эффективно. Производственные циклы организуются гармонично. По давлению, которое присутствует в стояке, можно контролировать нагрузку долота. Это влечет за собой повышение эффективности бурения.

Винтовые забойные двигатели для бурения скважин могут иметь статические или динамические характеристики. В первом случае отражается зависимость между наблюдаемыми переменными в установившихся режимах. Динамические характеристики отражают отношение показателей в неустановившихся режимах. Их обуславливает инерционность наблюдаемых процессов.

Стендовые и нагрузочные характеристики

Бурение винтовыми забойными двигателями требует соблюдения установленных производителем оборудования правил и норм. Их определяют при помощи стендовых или нагрузочных характеристик. В первом случае на производстве тестируются функции крутящего момента. Нагрузочные характеристики определяются после стендовых испытаний для определенных условий создания скважин.

С увеличением крутящего момента создается определенный перепад давления. Этот показатель увеличивается линейно. Частота вращения в начале испытания снижается незначительно. При приближении к полной остановке перепад происходит резко. Кривые общего КПД и мощности имеют экстремальный вид.

Тестирование производится в четырех основных режимах (оптимальный, холостой, экстремальный и тормозной). Рабочим режимом ВЗД при исследовании в условиях производства являются экстремальные условия. В соответствии с этим режимом обозначаются паспортные данные оборудования.

Считается оптимальным, если агрегат используется в режимах, которые смещены влево от экстремальных условий работы. Крутящий момент в этом случае будет иметь меньшее значение. При экстремальном режиме работы определяются наиболее эффективные разрушения пород. Граница этого режима проходит рядом с зоной устойчивости функционирования прибора. При дальнейшем повышении нагрузки бурение винтовыми забойными двигателями останавливается. Наступает режим торможения.

Особенности эксплуатации

По результатам тестирования характеристик оборудования устанавливаются правила эксплуатации винтовых забойных двигателей. В холодный период механизм отогревается паром или горячей водой. Промывочная жидкость должна иметь определенный уровень вязкости и плотности. В ней не должен находиться песок.

Когда прибор будет опущен на глубину 10-15 м, нужно включить насос, промыть зону скважины. Двигатель в этот момент не выключается. Если долото новое, необходимо произвести его приработку при небольшой осевой нагрузке.

Инструмент подается в скважину плавно. Не должно быть рывков. Периодически выполняется проворачивание ВЗД. При этом необходимо правильно задавать параметры расхода промывочной жидкости. Для этого необходимо учесть особенности очистки забоя.

В процессе работы рабочая пара постепенно изнашивается. Чтобы обеспечить высокую эффективность при эксплуатации винтового забойного двигателя , необходимо увеличить расход промывки. Он должен быть на 20-25% выше в конце работы сравнительно с начальным уровнем.

Чтобы в двигателе не накапливался шлам, необходимо перед наращиванием мощности или его подъемом при замене долота промыть скважину. Только после этого инструмент приподнимается над зоной забоя на 10-12 м. После этого можно остановить насос, открыть задвижку.

Также в процессе функционирования оборудования необходимо выполнять проверку его работы. Двигатель с установленной периодичностью отправляют на техобслуживание. При снижении его мощности, эксплуатационных характеристик оборудование отправляют на ремонт. Эта процедура также необходима при повышении зазора шпинделя. Также процедура обслуживания двигателя производится при зашламлении или невозможности произвести запуск над скважиной.

В заключение

Винтовой забойный двигатель должен обладать определенной скоростью потока моющей жидкости. Чем больше лопастей имеет ротор, тем больший объем промывки требуется в процессе работы оборудования. Однако это приводит и к увеличению износа агрегата.

Когда отсутствует нагрузка на оборудование (при поднятии со скважины), давление внутри падает. Если ротор подвешен, привести оборудование тяжелее. Для этого требуется огромное количество энергии.

Когда нагрузка на ВЗД увеличивается, в момент начала процедуры наблюдается падение давления. Однако оно восстанавливается при раскручивании ротора.

При работе агрегата необходимо учитывать предельно допустимое давление в рабочем узле. Если установленную черту превысить, эластомер деформируется. Крутящий момент будет потерян. При этом работа не сможет продвигаться дальше, а рабочая жидкость будет вхолостую протекать через двигатель.

Наименьшие потери рабочего давления наблюдаются при увеличении площади сечения долота. Если же его размер уменьшается, происходит быстрый износ подшипников. Поток жидкости не успевает их охлаждать.

Рассмотрев, что собой представляет винтовой забойный двигатель, его основные характеристики и условия применения, можно правильно подобрать оптимальную модель оборудования.

Для добычи нефти и/или газа либо для проведения капитального ремонта скважин используют винтовой забойный двигатель (ВЗД), обладающий необходимым крутящим моментом и способный осуществлять бурение в различных направлениях в зависимости от типа используемой конструкции. Такой выбор обусловлен необходимостью разрушения горных пород с высокой эффективностью и достаточной скоростью. Использование в конструкции эластичных, но прочных зубьев статора позволяют достичь высокой жёсткости на изгиб, а также существенно сократить утечки жидкости при её прокачке.

Конструкция ВЗД

Винтовой забойный двигатель представляет собой симметричный роторный агрегат с применением зубчатого косого зацепления, приводимый в действие за счёт давления подаваемой жидкости.

Конструктивно состоит из:

Двигательный узел

Двигательная секция ВЗД - основной силовой компонент двигателя и поэтому определяет его основные технические характеристики, такие как мощность, крутящий момент, КПД и частота вращения ротора. Состоит из роторного механизма в виде корпуса (статора), внутри которого закреплена эластомерная вставка с винтовой поверхностью, за которую зацепляется ротор и затем под давлением подаваемой жидкости начинает вращаться.

Эластичная оболочка позволяет разделить две полости камер с высоким градиентом давления. Она изготавливается из износостойкой резины, которая пластична, но в то же время способна выдерживать значительные силы трения при попадании абразивных частиц на её поверхность.

Ротор имеет конструкцию похожую на сверло, но с высокопрочным износостойким покрытием, так как предназначен для передачи крутящего момента. Его изготавливают из высокопрочной легированной стали.

Количество зубьев у него меньше на одну единицу, чем у статора. Двигательный узел выполняют с определённым натяжением зубчатого зацепления, который зависит от параметров рабочей жидкости, свойств эластомера, температуры эксплуатации, а также других характеристик. От того, насколько точно они будут подобраны зависит прочность двигателя в целом и его ресурс работы.

На ресурс работы рабочей пары влияют следующие факторы:

Присутствие в рабочей жидкости абразивных твёрдых частиц и дополнительных примесей.
Использование в составе жидкости веществ, которые разъедают эластомер или изменяют его механические свойства. К ним относятся: соли, жидкость с высоким содержанием нефтепродуктов, хлориды, кислоты и соли.
Превышение допустимых норм по температурным условиям в точке забоя, которые могут влиять на эластомер.
Недостаточный прогрев рабочей пары при старте двигателя.
Использование неправильного натяжения статор-ротор.

Рабочие органы ВЗБ

Винтовой забойный двигатель состоит из следующих рабочих органов:

1 – осевой подшипник; 2 – радиальная опора; 3 – центратор; 4 – противоаварийный бурт

Шпиндельный узел является вторым по важности конструктивным элементом двигателя. Он предназначен для передачи крутящего момента от рабочей пары рабочему инструменту для разрушения плотных пород грунта. При этом он способен выносить значительные осевые нагрузки, вызванные не только необходимостью передачи крутящего момента, а и силу трения о стенки креплений при угловом или горизонтальном бурении.

Шпиндельный узел представляет собой корпус с двумя опорами (радиальной и осевой), на которых закреплён вал. Вращение ротора передаёт крутящий момент посредством торсиона или карданного вала на вал шпиндельного узла, который начинает вращаться и передавать момент уже рабочей части.

Данный узел может быть выполнен в двух конструктивных исполнениях:

Открытом, когда рабочие узлы смазываются рабочей жидкостью.
Закрытом или герметизированном. Все рабочие элементы находятся в масляной ванне под давлением до 20 атм, которое выбирается таким, чтобы значительно превышало давление окружающей их среды.

Бурение винтовыми забойными двигателями под углом может быть осуществлено только при помощи регулятора угла. Он представляет собой сложный механизм, который состоит из верхнего и нижнего переводников, сердечника и зубчатой муфты.

По сути он немного напоминает по конструкции карданный вал, но из-за тяжёлых условий эксплуатации и необходимости обеспечения определённой функциональности он был существенно усложнён. Все детали изготавливаются из прочной твердосплавной стали, с выполнением армирования поверхностного слоя.

Основные особенности ВЗД, влияющие на его технические параметры

Скорость потока жидкости должна соответствовать типу используемого двигателя и его технических параметров рабочей пары. Чем больше лопастей на роторе и витков на статоре, тем больше поток жидкости, но при этом повышается и износ за счёт увеличения сил трения. Поэтому для конкретных условий бурения нужно варьировать эти параметры для достижения нужного результата.
Во время отсутствия нагрузки на забойную часть в ней происходит падение давления: когда ротор находится в подвешенном состоянии нужно затратить огромную энергию на приведение его в движение. При этом потеря давления будет пропорциональна скорости потока рабочей жидкости. Обычно она составляет примерно 7 атм.
При нагрузке на винтовой забойный двигатель в момент начала забоя происходит падение давления в системе, но со временем восстанавливается по мере раскручивания ротора.
Для двигателя существует предельное давление, которое возникает при бурении в рабочем узле. При необходимости увеличении усилия на долото требуется увеличить давление в системе, что приводит к деформации эластомера и потере крутящего момента. В результате полезной работы не производится, а рабочая жидкость просто протекает через двигатель.
Чем больше площадь поперечного сечения долота, тем меньше потери рабочего давления. При уменьшении размеров долота происходит быстрый износ подшипников, так как потока жидкости не хватает, чтобы их охладить.
Использование насадок на сопло ротора позволяет изменять поток жидкости через ВЗБ и, таким образом, учитывать особенности бурения конкретного вида горных пород при минимальном износе деталей и узлов.

Классификация двигателей по их назначению

Винтовые забойные двигатели для бурения скважин по основному назначению подразделяются на следующие виды:

Универсальные двигатели используются при бурении рабочих и разведывательных скважин, а также для их ремонта. Они имеют внешний диаметр от 127 до 240 мм. Конструктивно состоят из рабочего и шпиндельного узлов. Корпусные части имеют модульную конструкцию и соединяются с помощью резьбовых, конусных и конусно-шлицевых соединений. Все детали изготовлены из высокопрочной легированной стали, позволяющей обеспечивать одинаковый уровень производительности в различных условиях работы.
Для бурения под наклоном применяют двигатели типа ДГ. Их диаметр составляет 60-172 мм, что позволяет существенно нарастить скорость вращения ротора и повысить производительность в целом. Длина силовой и шпиндельной секции существенно уменьшена, по сравнению с универсальным двигателем. Обычно применяют ротор с двухзаходной резьбой, которого достаточно для центровки и обеспечения достаточной мощности вращения. Для обеспечения наклонного бурения установлены два переводника с высокоточной регулировкой наклона и надёжными шарнирами. Также предусмотрено крепление опорно-центрирующих устройств. Соединение ротора и вала выполнено таким образом, чтобы были минимальные потери крутящего момента и обеспечивалась высокая надёжность работы под разными углами в забое.
Винтовой забойный двигатель для проведения ремонтных работ в скважинах. Их размеры составляют до 108 мм. Это позволяет их применять в различных условиях нарушения структуры скважины. Основное их назначение – разбуривание цементных мостов, удаление песчаных пробок, фрезерование труб и прочих конструкций. За счёт небольших размеров появляется возможность исправлять любые повреждения, не разрушая ствол скважины. При этом они относительно недорогие, имеют простую конструкцию и весьма надёжны в работе. Обычно оснащаются торсионной трансмиссией и прорезинеными опорами. Иногда их изготавливают с полыми роторами, что позволяет уменьшить массу двигателя и увеличить КПД.

Видео: Бурение при помощи ВЗД

Характеристика конструкции винтового (объемного) забойного двигателя, изучение области его применения и эффективности, анализ особенностей бурения. Описание современных автоматизированных систем управления режимом бурения скважин забойными двигателями.

Рубрика	Геология, гидрология и геодезия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	23.04.2015
Размер файла	537,6 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Российский государственный университет имени И.М. Губкина

Реферат на тему:

“Бурение скважин с винтовыми забойными двигателями”

Выполнил студент: Пудовиков А.В

Группа АС-04-5, факультет АИВТ

Конструкция винтового (объемного) забойного двигателя (ВЗД)

Области применения и эффективности винтовых забойных двигателей

Особенности бурения винтовыми забойными двигателями

Автоматизированные системы управления режимом бурения скважин забойными двигателями

двигатель винтовой забойный

На выбор режимов бурения в течение последних лет решающее значение оказали успехи в развитии конструкций шарошечных долот с маслонаполненными опорами и вооружением из твердо-сплавных зубьев. Эти долота установили жесткие ограничения в частоте вращения долота (до 200 об/мин). Для работы на таких режимах в 1966 г. (М. Т. Гусманом, С. С. Никомаровым, Ю. В. Заха-ровым, В.Н.Меньшениным и Н.Д.Деркачем) был предложен новый тип винтового двигателя, в котором многозаходные винтовые рабочие органы выполняют функцию планетарного редуктора. Это позволило получить тихоходную (100. 200 об/мин) машину с вы соким вращающим моментом.

В последующие годы во ВНИИБТ и его Пермском филиале Д.Ф.Бадденко, Ю.В.Вадецким, М.Т.Гусманом, Ю.В.Захаровым, А.М.Кочневым, С. С. Никомаровым и другими были созданы ос-новы теории рабочего процесса, конструирования и технологии изготовления, разработана технология бурения винтовыми (объемными) двигателями.

Конструкция винтового (объемного) забойного двигателя (ВЗД).

Конструкция винтового забойного двигателя на примере двигателя Д1-195. Двигатель предназначен для бурения нефтяных и газовых скважин долотами диаметром 215,9. 244,5 мм при температуре на забое не выше 120°С.

Винтовой забойный двигатель Д1-195 относится к машинам объемного (гидростатического) действия. По сравнению с другими типами забойных гидравлических двигателей винтовой двигатель имеет ряд преимуществ:

низкая частота вращения при высоком крутящем моменте на валу двигателя позволяет получить увеличение проходки за рейс долота (в сравнении с турбинным бурением);

существует возможность контроля за работой двигателя по изменению давления на стояке насосов;

перепад давления на двигателе создает возможность применения высокопроизводительных гидромониторных долот.

По принципу действия ВЗД представляет собой планетарно-роторную гидравлическую машину объемного типа с внутренним косозубым зацеплением (рис. 7.10).

Двигатель содержит ротор и статор. Стальной статор внутри имеет Привулканизированную резиновую обкладку с винтовыми зубья-Ми левого направления. На стальном роторе нарезаны наружные винтовые зубья также левого направления. Число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев статора, в результате чего для осуществления зацепления ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зуба. Шаги винтовых линий ротора и статора прямо пропорциональны числу зубьев. Специальный профиль зубьев ротора и статора обеспечивает их непрерывный контакт между собой, образуя на длине шага статора единичные рабочие камеры.

Буровой раствор, поступающий в двигатель от насосов буровой установки, может пройти к долоту только в том случае, если ротор поворачивается относительно статора, обкатываясь под действием неуравновешенных гидравлических сил. Ротор, совершая планетарное движение, поворачивается по часовой стрелке (абсолютное движение), в то время как геометрическая ось ротора перемещается относительно оси статора против часовой стрелки (переносное движение). За счет разности в числах зубьев ротора и статора переносное движение редуцируется в абсолютное с передаточным числом, равным числу зубьев ротора, что обеспечивает пониженную частоту вращения и высокий крутящий момент на выходе.

Винтовой (объемный) забойный двигатель Д1-195 (рис. 7.11) содержит следующие основные узлы: секцию двигателя 2, секцию шпиндельную 4, переливной клапан 7 и карданный вал 3. Через переливной клапан осуществляется слив бурового раствора из бурильных труб при подъеме колонны с эксцентрично (планетарно) вращающегося ротора на вал шпиндельной секции. Шпиндельная секция служит для передачи осевого усилия с бурильных труб на долото.

В настоящее время промышленностью выпускаются следующие винтовые забойные двигатели: Д1-88; Д1-127; ДЗ-172; Д4-17! Д1-195; Д2-195; ДЗ-195 (табл. 7.3). Конструкция этих двигателей усо-вершенствована за счет применения облегченного пустотелого ро-тора, в полости которого размещается торсион. Уменьшение массы ротора и замена карданного вала торсионом позволили повысить КПД и надежность двигателя.

Винтовые двигатели следует доставлять на буровую в собранном виде, с ввинченными предохранительными пробками, что предотвращает попадание посторонних предметов в рабочие орга-ны и повреждения резьб. Не допускается перетаскивание двигателей волоком и сбрасывание их при разгрузке.

Доставленный на буровую двигатель перед пуском в работу подвергают наружному осмотру. Особое внимание следует обращать на отсутствие трещин и вмятин на статоре и корпусе шпинделя, состояние присоединительных резьб к бурильным трубам и долоту (забоины, промывы и задиры резьб), а также на плотность свинчивания промежуточных резьб, соединяющих корпусные детали двигателя. Двигатели с дефектами корпусных деталей и резьб к работе не допускаются; в случае неполного свинчивания резьбовые соединения докрепляют машинными ключами. Во избежание отвинчивания статора от шпинделя рекомендуется на буровой до-креплять нижнюю резьбу статора в соединении с соединительным переводником. Перед спуском в скважину каждый двигатель следует опробовать над устьем в целях проверки легкости запуска и герметичности резьбовых соединений. Двигатель должен запускаться плавно, при давлении на выкиде буровых насосов не более 2,5 МПа. На холостом ходу вращение вала двигателя должно происходить без рывков и заеданий, а остановка при выключении насосов не должна быть резкой.

Одновременно с запуском двигателя проверяют работоспособ-ность переливного клапана. При подаче промывочной жидкости в двигатель клапан должен плотно закрываться без утечек жидкости в боковые отверстия корпуса клапана; при выключении циркуляции клапан должен открыться. Клапан следует опробовать, опустив его ниже уровня ротора, в противном случае перед закрытием клапана и после его открытия возможно разбрызгивание промывочной жидкости на площадке буровой.

В зимнее время запуску двигателя должен предшествовать его отогрев паром или горячей водой в течение 30. 40 мин. Винтовые двигатели могут работать на промывочных жидкостях различной плотности и вязкости: на воде (пресной, морской и пластовой), глинистых растворах плотностью до 2,2 г/см3, аэрированных жидкостях. Однако длительная и безотказная работа двигателя зависит прежде всего от качества очистки промывочной жидкости, содержание песка в которой не должно превышать 0,5. 1 %. Повышенное содержание песка в промывочной жидкости приводит к интенсивному износу рабочих органов.

Области применения и эффективности винтовых забойных двигателей

За десятки лет существования отечественные винтовые забойные двигатели прошли эволюционный путь развития, превратившись в эффективное техническое средство для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин, обеспечивающее получение высоких показателей.

Постоянный рост удельного веса бурения ВЗД объясняется как объективными благоприятными факторами (появление на буровом рынке нового поколения низкооборотных шарошечных долот и развитием новых технологий буровых работ), так и важными эксплуатационными преимуществами самих двигателей, среди которых в первую очередь следует отметить:

оптимальные энергетические характеристики - высокие крутящие моменты при низких частотах вращения, обеспечивающие эффективную отработку долот различного типа;

относительно небольшой перепад давления в двигателе, позволяющий использовать гидромониторные долота;

возможность использования буровых растворов любой плотности (от аэрированных до утяжеленных плотностью 2000 кг/м3 и более);

минимальные по сравнению с турбобурами осевые габариты осевые габариты и высокие удельные вращающие моменты, позволяющие использовать двигатели при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин по различным радиусам искривления.

Большая потребность в ВЗД для бурения вертикальных и наклонно направленных скважин отмечалась с первых лет внедрения, поскольку в каждом нефтяном регионе в определенных интервалах бурения двигатели обеспечивали кратное повышение проходки за долбление по сравнению с турбобурами при незначительном снижении механической скорости. В результате существенно повышалась рейсовая скорость бурения и снижалась стоимость 1м проходки.

В середине 1980-х гг. началось массовое бурение винтовыми двигателями в Западной Сибири. Результаты промышленных испытаний в ряде объединений Главтюменнефтегаз показали, что эффективная работа винтовых двигателей обеспечивается при бурении интервала ниже 1700…1800м.

В настоящее время винтовые забойные двигатели получили широкое применение при бурении вертикальных и наклонно направленных скважин в ведущих нефтяных компаниях России.

В капитальном ремонте скважин в настоящее время малогабаритные винтовые двигатели практически во всех районах страны заменили применявшиеся турбобуры. Многообразие технологических задач потребовало создания большого числа типоразмеров винтовых двигателей диаметром от 127 до 42 мм, которые повсеместно используются при разбуривании песчаных и цементных пробок, при райбировании и фрезеловании эксплуатационной колонны и других ремонтных работах. Опыт применения этих машин подтвердил, что с их помощью значительно эффективнее (проще и дешевле) решается задача ремонта скважин самых различных категорий. Резко поднялась производительность труда бригад, расширились технические возможности капитального ремонта, что позволило в ряде случаев ввести в число действующих длительно простаивавшие аварийные скважины.

В последние годы малогабаритные винтовые двигатели получили шарокое применение при бурении боковых стволов для восстановления бездействующих скважин, в том числе боковых стволов с горизонтальным окончанием. Это новый метод, позволяющий повысить нефтеотдачу пластов и сократить объем бурения дополнительных скважин.

Специальные конструкции ВЗД диаметром 172, 155, 127, 106, 95, и 75 мм, оснащенные технологическими элементами и механизмами искривления, сыграли важнейшую роль в становлении и развитии горизонтального бурения в стране.

Особенности бурения винтовыми забойными двигателями

При спуске двигателя в скважину за 10. 15 м от забоя следует включить буровой насос и промыть призабойную зону скважины при работающем двигателе. Незапуск двигателя фиксируется по рез-кому подъему давления на выкиде насосов. В этом случае следует запускать двигатель с вращением бурильной колонны ротором при одновременном прокачивании жидкости. Запуск двигателя ударами о забой не допускается. Во избежание левого вращения инструмента под действием реактивного момента двигателя ведущую трубу фиксируют от проворачивания в роторе с помощью клиньев.

По своим энергетическим характеристикам винтовые двигатели позволяют создавать на долоте высокие осевые нагрузки (двигатель типа Д-195 -- до 250. 300 кН, двигатель Д-88 -- до 30 кН), однако приработку нового долота в течение 10. 15 мин необходи-мо проводить при пониженных осевых нагрузках.

При выборе типа долота предпочтение следует отдавать низкооборотным долотам с малонаполненной опорой, а также гидромониторным долотам, так как сниженный по сравнению с турбобурами перепад давления в винтовом двигателе создает резерв мощности на выкиде насосов. Тип вооружения долота выбирают в соответствии с твердостью и абразивностью проходимых пород.

При бурении винтовым забойным двигателем буровой инструмент необходимо подавать плавно, без рывков. Периодически инструмент следует проворачивать. Расход промывочной жидкости при этом выбирают исходя из условий необходимой очистки забоя. По мере износа рабочей пары двигателя для сохранения его рабочей характеристики целесообразно увеличить расход промывочной жидкости на 20. 25 % от начальной величины.

Для предотвращения зашламления двигателя перед наращиванием инструмента или подъемом его для замены долота необходимо промыть скважину в призабойной зоне, затем приподнять инструмент над забоем на 10. 12 м и только после этого остановить насосы и открыть пусковую задвижку.

В процессе эксплуатации винтовых двигателей необходимо пе-риодически проверять их пригодность к работе. Двигатель отправ-ляют на ремонт: при значительном снижении его приемистости к осевым нагрузкам; увеличении сверх допустимого осевого люфта шпинделя; затрудненном запуске или незапуске над устьем скважины или зашламовании двигателя.

Особенности режима бурения винтовыми (объемными) забойными двигателями

На выбор режимов бурения в течение последних лет решающее значение оказали успехи в развитии конструкций шарошечных долот с маслонаполненными опорами и вооружением из твердосплавных зубков. Эти долота установили жесткие ограничения в частоте вращения долота (до 200 об/мин). Для работы на таких режимах в 1966 г. М.Т.Гусманом, С. С. Никомаровым, Ю.З. Захаровым, В. Н. Меньше-ниным и Н. Д, Деркачем был предложен новый тип винтового двигателя, в котором многозаходные винтовые рабочие органы выполняют функцию планетарного редуктора. Это позволило получить тихоходную (100-200 об/мин) машину с высоким вращающим моментом.

В последующие годы во ВНИИБТ и его филиале Д. Ф. Балденко, Ю. В. Вадецким, М. Т. Гусманом, Ю.В.Захаровым, А. М. Кочневым, С. С. Никомаровым и другими исследователями были созданы основы теории рабочего процесса, конструирования и технологии изготовления, разработана технология бурения винтовыми (объемными) двигателями.

Конструкция винтового (объемного) забойного двигателя . Рассмотрим устройство винтового забойного двигателя Д1-195. Двигатель предназначен для бурения нефтяных и газовых скважин долотами диаметром 215,9-244,5 м при забойной температуре не свыше 120 °С.

Винтовой забойный двигатель Д1-195 относится к машинам объемного (гидростатическою) действия. По сравнению с другими типами забойных гидравлических двигателей винтовой двигатель имеет следующие преимущества:

1.низкая частота вращения при высоком крутящем моменте на валу двигателя позволяет получить увеличение проходки за рейс долота (в сравнении с турбинным бурением);

2.имеется возможность контроля за работой двигателя по изменению давления на стояке насосов;

3.перепад давления на двигателе создает возможность применения высокопроизводительных гидромониторных долот .

По принципу действия винтовой забойный двигатель представляет собой планетарно-роторную гидравлическую машину объемного типа с внутренним косозубым зацеплением.

Двигатель содержит ротор и статор, поперечное сечение которых показано на рис. 8.11. Стальной статор внутри имеет привулканизированную резиновую обкладку с винтовыми зубьями левого направления. На стальном роторе нарезаны наружные винтовые зубья также левого направления. Число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев статора , в результате чего для осуществления зацепления ось ротора смещена относительно оси статора на эксцентриситет е, равный половине высоты зуба. Шаги винтовых линий ротора и статора прямо пропорциональны числу зубьев. Специальный профиль зубьев ротора и статора обеспечивает их непрерывный контакт между собой, образуя на длине шага статора единичные рабочие камеры.

Буровой раствор, который поступает в двигатель от насосов буровой установки, может пройти к долоту только в том случае, если ротор поворачивается относительно статора, обкатываясь под действием неуравновешенных гидравлических сил. Ротор, совершая планетарное движение, поворачивается по часовой стрелке (абсолютное движение), в то время как геометрическая ось ротора перемещается относительно оси статора против часовой стрелки (переносное движение). За счет разности в числах зубьев ротора и статора переносное движение редуцируется в абсолютное с передаточным числом, равным. числу зубьев ротора, что обеспечивает сниженную частоту вращения и высокий крутящий момент на выходе.

Винтовой объемный забойный двигатель Д1-195 (рис. 8.12) содержит следующие основные узлы : секцию двигателя 2, секцию шпиндельную 4, переливной клапан 1 и карданный вал 3. Через переливной клапан осуществляется слив бурового раствора из бурильных труб при подъеме колонны с винтовым забойным двигателем, а также для заполнения бурильной колонны при спуске. Карданный вал 3 предназначен для передачи крутящего момента и осевой гидравлической нагрузки с эксцентрично (планетарно) вращающегося ротора на вал шпиндельной секции. Шпиндельная секция служит для передачи осевого усилия с бурильных труб на долото.

Создано новое поколение винтовых забойных двигателей (ДЗ-172, Д4-172, Д2-195, ДЗ-195). Конструкция этих двигателей усовершенствована за счет применения облегченного пустотелого ротора, в полости которого размещается торсион. Уменьшение массы ротора и замена карданного вала торсионом позволили повысить КПД и надежность двигателя.

Винтовые двигатели следует доставлять на буровую в собранном виде, с ввинченными предохранительными пробками; это предотвращает попадание посторонних предметов в рабочие органы и повреждение резьб. Не допускается перетаскивание двигателей волоком и сбрасывание их при разгрузке.

Двигатель, доставленный на буровую, перед пуском в работу подвергают наружному осмотру. Особое внимание следует обращать на отсутствие трещин и вмятин на статоре и корпусе шпинделя, на состояние присоединительных резьб к бурильным трубам и к долоту (забоины, промывы и задиры резьб), а также на плотность свинчивания промежуточных резьб, соединяющих корпусные детали двигателя. Двигатели с дефектами корпусных деталей и резьб к работе не допускаются; в случае неполного свинчивания резьбовые соединения докрепляют машинными ключами.

Во избежание отвинчивания статора от шпинделя рекомендуется на буровой докреплять нижнюю резьбу статора в соединении с соединительным переводником. Перед спуском в скважину двигатель следует опробовать над устьем с целью проверки легкости запуска и герметичности резьбовых соединений. Двигатель должен запускаться плавно, при давлении в нагнетательной линии буровых насосов не более 2,5 МПа . Вращение вала двигателя на холостом ходу должно происходить без рывков и заеданий, а остановка при выключении насосов не должна быть резкой.

Одновременно с запуском двигателя проверяют работоспособность переливного клапана. При подаче промывочной жидкости в двигатель клапан должен плотно закрываться без утечек жидкости в боковые отверстия корпуса клапана; при выключении циркуляции клапан должен открыться. Клапан следует опробовать, опустив его ниже уровня ротора, в противном случае перед закрытием клапана и после его открытия возможно разбрызгивание промывочной жидкости на площадке буровой.

В зимнее время запуску двигателя должен предшествовать его отогрев паром или горячей водой в течение 30-40 мин. Винтовые двигатели могут работать на промывочных жидкостях различной плотности и вязкости: на воде (пресная, морская и пластовая), глинистых растворах плотностью до 2,2 г/см 3 , аэрированных жидкостях. Однако длительная и безотказная работа двигателя зависит, прежде всего, от качества очистки промывочной жидкости, содержание песка в которой не должно превышать 0,5-1%. Повышенное содержание песка в промывочной жидкости приводит к интенсивному износу рабочих органов.

Особенности бурения винтовыми забойными двигателями . При спуске двигателя в скважину за 10-15 м от забоя следует включить буровой насос и промыть призабойную зону скважины при работающем двигателе. Незапуск двигателя фиксируется по резкому подъему давления в нагнетательной линии насосов. В этом случае необходимо запускать двигатель с вращением бурильной колонны ротором при одновременном прокачивании жидкости. Запуск двигателя ударами о забой не допускается.

Во избежание левого вращения инструмента под действием реактивного момента двигателя ведущую трубу фиксируют от проворачивания в роторе с помощью клиньев.

По своим энергетическим характеристикам винтовые двигатели позволяют создавать на долоте высокие осевые нагрузки (двигатель типа Д-195-до 250-300 кН, двигатель Д-85-до 30 кН), однако приработку нового долота в течение 10-15 мин необходимо вести при пониженных осевых нагрузках.

При выборе типа долота предпочтение следует отдавать низкооборотным долотам с маслонаполненной опорой, а также гидромониторным долотам , так как сниженный по сравнению с турбобурами перепад давления в винтовом двигателе создает резерв мощности в нагнетательной линии насосов. Тип вооружения долота выбирают в соответствии с твердостью и абразивностью проходимых пород, и

При бурении винтовым забойным двигателем буровой инструмент необходимо подавать плавно, без рывков. Периодически инструмент следует проворачивать. Расход промывочной жидкости при бурении винтовым забойным двигателем нужно выбирать, исходя из условий необходимой очистки забоя. По мере износа рабочей пары двигателя для сохранения его рабочей характеристики целесообразно увеличивать расход промывочной жидкости на 20-25% от начальной величины.

Для предотвращения зашламления двигателя перед наращиванием инструмента или перед подъемом его для замены долота необходимо промыть скважину в призабойной зоне, затем приподнять инструмент над забоем на 10-12 м и только после этого остановить насосы и открыть пусковую задвижку.

При эксплуатации винтовых двигателей необходимо периодически проверять их пригодность к работе. Двигатель отправляют на ремонт при значительном снижении его приемистости к осевым нагрузкам, увеличении сверх допустимого осевого люфта шпинделя, а также при затрудненном запуске или незапуске над устьем скважины или зашламовании двигателя.

Читайте также: