0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Винтовой забойный двигатель конструкция работа

Забойные двигатели

В современной буровой технике используются два основных способа бурения скважин для добычи и разведки полезных ископаемых: роторное и турбинное. При роторном бурении долото приводится во вращение вместе со всей бурильной колонной с помощью ротора, установленного на поверхности над устьем скважины, а при турбинном – забойными двигателями, установленными в нижней части бурильной колонны непосредственно над долотом.

Главное условие высокоэффективного бурения при этом состоит в обеспечении большого крутящего момента при относительно невысокой скорости вращения бурового инструмента.

Обеспечить данное условие при роторном бурении не представляет особых затруднений, однако его недостатком является резкое возрастание энергозатрат на вращение бурильной колонны с увеличением глубины скважины, что ограничивает возможности его применения. При бурении же забойными двигателями энергозатраты на его осуществление от глубины скважины практически не зависят, вследствие чего оно широко применяется при глубинном бурении.

Забойные двигатели могут быть гидравлическими и электрическими. Среди гидравлических двигателей наиболее известны многоступенчатые турбины, называемые турбобурами, и двигатели объёмного действия или винтовые. Электрические забойные двигатели или электробуры представляют собой маслонаполненные трехфазные двигатели переменного тока.

Основными частями известных гидравлических забойных двигателей являются статор и ротор.

В современных турбобурах статор и ротор установлены соосно друг другу и выполнены в виде безредукторных многоступенчатых осевых турбин. Ступени турбины в них установлены последовательно и состоят из направляющего аппарата, жёстко связанного с корпусом статора, и рабочих лопаток, равномерно размещённых по периметру ротора. Лопатки ротора и направляющего аппарата при этом установлены под углом друг к другу.

В винтовых двигателях статор и ротор представляют собой как бы винтовую пару с внутренним зацеплением и винтовыми зубьями, в которой число зубьев статора на один больше числа зубьев ротора, а ротор установлен эксцентрично относительно оси статора. Для соединения ротора с валом шпинделя или долота, соосных статору, служит двухшарнирная шаровая муфта, компенсирующая эксцентриситет.

Кроме упомянутых типов известны также турбовинтовые двигатели, представляющие собой сочетание низкооборотного винтового механизма с быстроходной турбиной, а также двигатели, в которых для создания крутящего момента при протекании через них рабочей жидкости в статоре и роторе выполняются разного рода полости и вырезы, винтовые каналы и лопасти, фигурные выступы и прочие элементы, образующие рабочие камеры переменного объёма, которые при этом могут снабжаться впускными и выпускными клапанами или золотниковыми устройствами /1-7/.

Указанные забойные двигатели наряду с присущими им достоинствами имеют весьма существенные недостатки, подробный анализ которых проведен ниже.

Главным недостатком электрических забойных двигателей является необходимость подачи в забой кроме электрической энергии рабочей жидкости для выноса на поверхность продуктов бурения, что существенно ограничивает возможности их применения.

Наиболее существенными недостатками известных турбобуров являются неудовлетворительное по современным требованиям соотношение крутящего момента и частоты вращения вала ротора, высокий перепад давления, требующийся для обеспечения их работы, большая длина. Указанные недостатки обусловлены тем, что крутящий момент в каждой ступени турбины создаётся за счёт изменения количества движения протекающей через неё рабочей жидкости, вследствие чего, как и частота вращения турбины, изменяется пропорционально её расходу. Поскольку образующийся при этом на каждой ступени турбины крутящий момент мал, то вследствие их последовательного расположения получить в указанном двигателе суммарный крутящий момент необходимой величины возможно только путём многократного увеличения числа её ступеней, что неизбежно приводит к значительному увеличению его длины и необходимости повышения суммарного перепада давления подаваемой в двигатель рабочей жидкости до очень высоких значений. Скорость вращения вала ротора при этом также существенно возрастает.

Винтовые двигатели имеют лучшее соотношение крутящего момента и частоты вращения вала ротора и меньшую длину, чем турбобуры, однако для обеспечения их запуска и создания необходимой мощности требуются высокий перепад давления и большой расход рабочей жидкости. К их существенным недостаткам следует отнести также наличие поперечных вибраций, создаваемых эксцентрично вращающимся ротором и приводящих к быстрому износу радиальных опор.

Наиболее существенными недостатками остальных гидравлических двигателей являются, как правило, сложность конструкции, малый крутящий момент, неравномерность изменения объёмов рабочих камер, приводящая к пульсирующему характеру подачи рабочей жидкости в двигатель, особенно в конструкциях, оснащаемых впускными и выпускными клапанами или золотниковыми устройствами.

Из сказанного следует, что основной причиной, которая предопределяет отмеченные выше недостатки существующих гидравлических забойных двигателей, является последовательная подача рабочей жидкости в их рабочие камеры. Устранение указанной причины и обусловленных ею недостатков возможно путем создания забойных двигателей с параллельной подачей рабочей жидкости в рабочие камеры.

Нами предложен такой гидравлический забойный двигатель, на который получено два патента. Упомянутый тип двигателя обладает целым рядом достоинств, позволяющих рассчитывать на его широкое практическое использование, в частности:

  • возможностью создания крутящего момента двигателя необходимой величины при относительно небольшом перепаде давления рабочей жидкости;
  • возможностью создания практически любого соотношения между крутящим моментом и частотой вращения вала ротора;
  • существенным уменьшением длины двигателя, упрощением его конструкции и технологии изготовления;
  • равномерным протеканием рабочей жидкости через двигатель;
  • возможностью запуска двигателя при любом положении ротора путём подачи в него рабочей жидкости под самым малым давлением;
  • снижением требований к точности изготовления деталей двигателя;
  • повышением эффективности бурения и увеличением долговечности работы двигателя.

Список использованных источников

  1. Ильский А.Л., Шмидт А.П. Буровые машины и механизмы., М., Недра, 1989 г.
  2. Патент РФ №2166054 по кл. Е21 В 4/02.
  3. Патент РФ №2181851 по кл. Е21 В 4/02.
  4. Патент РФ №2200814 по кл. Е21 В 4/02.
  5. Патент РФ №2200815 по кл. Е21 В 4/02.
  6. Патент РФ №2203380 по кл. Е21 В 4/02.
  7. Патент РФ №2283936 по кл. Е21 В 4/02.
  8. Авторское свидетельство СССР SU № 1313997 по кл. Е 21 В 4/00, 1987 г.
  9. Авторское свидетельство СССР № 569692 по кл. Е 21 В 4/02, 1975 г.

Классификация винтовых двигателей

Винтовые забойные двигатели могут быть классифицированы по следующим признакам:

1. По кратности действия рабочих органов различают двигатели с однозаходным ротором (Ζ2 = 1) и многозаходные двигатели (Ζ1 > 1), в которых ротор и статор имеют многозаходные винтовые поверхности. Кратность действия определяет число циклов в рабочих камерах гидромашины за один оборот вала. Цикл одновинтовой гидромашины соответствует процессу вытеснения объема замкнутой камеры (шлюза) и совершается на периоде между контактом смежных зубьев ротора с фиксированной впадиной статора.

Кратность действия, зависящая от кинематического отношения рабочих органов, равна числу заходов внутреннего элемента Ζ2 и определяет рабочий объем винтового героторного механизма.

Рисунок 10. Зависимости выходных параметров винтовых забойных двигателей диаметром 172 мм от кинематического соотношения героторного механизма (Q=const,Δp=const).

Кратность действия является основным параметром винтового забойного двигателя, что иллюстрируется теоретическими кривыми (рис. 10), повсеместно используемыми при обосновании выбора рабочих органов винтового забойного двигателя. Отечественные винтовые забойные двигатели имеют многозаходные рабочие органы. Зарубежные компании производят двигатели как с однозаходным ротором, так и с многозаходными рабочими органами.

2. По кинематике рабочих органов. Согласно классификации винтовых героторных механизмов, для осуществления рабочего процесса необходимо и достаточно, чтобы кинематика ротора и статора соответствовала одному из четырех вариантов взаимодействия, приведенных на рис. 11.

Рисунок 11. Варианты взаимодействия ротора и статора винтового героторного механизма.

Компоновка двигателя во многом определяется конструктивными средствами, обеспечивающими возможность выполнения планетарного движения одного из элементов рабочих органов. Наиболее распространен вариант I компоновки, характеризующийся неподвижным наружным элементом и планетарно-вращающимся внутренним. Этот вариант имеет следующие преимущества:

— разделение полостей высокого и низкого давления осуществляется внутри рабочих органов, т.е. не требуется каких-либо дополнительных сальниковых устройств;

— имеется возможность непосредственно соединять статор с колонной бурильных труб (реактивный момент на статоре закручивает резьбовые соединения бурильных труб). Двигатели с рабочими органами по варианту II, целесообразно применять в компоновках низа бурильной колонны (КНБК), предназначенных для поддержания вертикальности скважины или при необходимости расширения ствола, поскольку на наружной поверхности вращающегося статора весьма просто разместить опорно-центрирующие или режущие элементы. Однако этот вариант имеет существенный недостаток — необходимость уплотнения между неподвижным корпусом и вращающимся статором.

Читать еще:  Двигатель z16xer холостые обороты

На практике вариант II компоновки был использован французской фирмой «Schlumberger» в двигателе «Gerotor», а также в экспериментальном отечественном двигателе для стабилизации КНБК без вращения колонны бурильных труб.

В начале 70-х годов ВНИИБТ предложил конструкцию винтового забойного двигателя с подвижным статором, кинематически аналогичную варианту III. От известных двигателей он отличается тем, что соединение подвижного статора и колонны бурильных труб выполнено в виде гибкой трубы. Компоновка забойного двигателя позволяет использовать в качестве гибкой трубы элемент бурильной колонны.

Практическое применение варианта IV компоновки пока неизвестно, хотя теоретически использование его может способствовать повышению эффективности разрушения горных пород и увеличению скорости бурения.

3. По конструктивной компоновке различают шпиндельные и бесшпиндельные двигатели. Большая часть двигателей выпускается в шпиндельном исполнении, с вынесением осевой и радиальных опор в отдельный автономный узел, расположенный под рабочими органами. Таким образом, конструктивная схема винтового двигателя аналогична турбобурной схеме.

Принципиально возможны конструкции двигателей в бесшпиндельном исполнении. Наиболее актуальна такая компоновка для двигателей с ограниченным осевым габаритом т.е. двигатели малого диаметра. Собственно, как дальше будет показано, в винтовых двигателя используются радиальные и осевые опоры, используемые в турбобурах и это естественно.

4. По конструкции силовой секции (секции где располагаются рабочие органы) различают монолитные и секционные двигатели. В большинстве случаев рабочие органы двигателей выполняются в монолитном исполнении длиной в 2-3 шага статора. Секционные двигатели характеризуются последовательным расположением стандартных рабочих органов. Роторы секционных двигателей обычно соединяются между собой посредством гибких валов или шарниров, статоры — резьбовыми переводниками. Основная цель секционирования — повышение крутящего момента двигателя или снижение контактных напряжений в рабочих органах.

В ряде случаев при создании многошаговых конструкций рабочих органов используются модульные варианты. Так, двигатель типа ДММ имеет составной статор, выполненный из нескольких втулок, собранных в корпусе, и составной ротор, набранный из модулей, закрепленных на общем вале.

По конструкции секционных двигателей различают безориентированные и ориентированные модификации. При ориентированной сборке секции соединяются таким образом, что они образуют единую винтовую нарезку и в идеале подобны монолитным рабочим органам. Преимущество ориентированного соединения секций — снижение межвиткового перепада давления и перекашивающего момента.

5. По характеру распределения потока жидкости различают двигатели обычные и с разделенным потоком. Разделенный поток используется в схемах винтовых забойных двигателей, когда по технологическим соображениям необходимо часть жидкости пропустить через полый ротор, минуя камеры рабочих органов, и в схемах с параллельным соединением секций рабочих органов.

6. По конструкции ротора рабочих органов различают двигатели с цельным и полым ротором. Двигатели с наружным диаметром 88 мм и более, как правило, выполняются с полым ротором. Такое исполнение позволяет разместить в расточке ротора гибкий вал, а также снизить инерционные силы в машине.

Двигатели с наружным диаметром менее 88 мм выполняются с цельным ротором. Однако с развитием прогрессивных технологий (гидроштамповка, горячая прокатка) в будущем не исключено использование полых роторов во всех типоразмерах двигателей.

7. По конструкции узла соединения ротора и вала шпинделя винтового забойного двигателя выполняются в двух вариантах: шарнирном или торсионном (с гибким валом).

Первые отечественные двигатели (Д2-172М, ДЗ-172) оснащались двухшарнирными соединениями. В настоящее время почти во всех двигателях используются гибкие валы. В некоторых случаях в двигателях с большим перекосом осей (более 1,5°) силовой и шпиндельной секций для повышения надежности используется комбинированная шарнирно-торсионная компоновка.

8. По конструкции шпинделя различают винтовые забойные двигатели с открытым и маслозаполненным шпинделем. В открытых шпинделях (они используются во всех серийных отечественных двигателях) узлы трения смазываются и охлаждаются буровым раствором. В маслонаполненных шпинделях узлы трения находятся в масляной ванне с избыточным давлением на 0,1-0,2 МПа, превышающим давление окружающей среды.

9. По типу осевой опоры в шпинделе различают забойные двигатели с опорами качения и скольжения. Опоры качения выполняются в виде многоступенчатых радиально-упорных или упорных шарикоподшипников. Опоры скольжения представлены многорядными упорными подшипниками. В отечественных конструкциях используется пара «обрезиненный подпятник — металлический диск», т.е. осевую опору, которая в турбобуре называется пятой-сальником. Однако наибольшее распространение получил винтовой забойный двигатель с осевыми опорами качения.

10. По конструкции уплотнения вала шпинделя различают шпиндели с торцевыми и многорядными лабиринтными уплотнениями. Уплотнения вала устанавливаются для обеспечения эффективной работы гидромониторных работ.

11. По назначению различают двигатели:

— универсального применения (общего назначения);

— для наклонно направленного бурения;

— для горизонтального бурения;

— для ремонта скважин (буровых работ внутри обсадных колонн и насосно-компрессорных труб);

— специального применения (например, двигатели для горизонтального бурения с вращением КНБК).

12. По наружному диаметру выделяют винтовые забойные двигатели:

— обычного исполнения (диаметром 127 мм и более);

— малогабаритные (диаметром от 54 до 127 мм);

— миниатюрные (диаметром менее 54 мм).

13. По термостойкости различают двигатели:

— в обычном исполнении для температуры до 100 °С;

— термостойкие, предназначенные для бурения при забойной температуре 120-150 °С.

Термостойкость винтового забойного двигателя определяется физико-химическими свойствами эластичной обкладки статора клея, обеспечивающего крепление обкладки с металлом. Для повышения термостойкости винтового забойного двигателя используются специальные эластомеры, а также особые конструкции статоров, например со шлицевым креплением обкладки. В отечественной практике термостойкие двигатели серийно не выпускаются. За рубежом ряд компаний предлагают винтовые забойные двигатели, предназначенные для работы в условиях забойной температуры до 150 °С.

14. По частоте вращения выходного вала различают двигатели:

— обычные (n = 80-150 об/мин);

— быстроходные (n > 150 об/мин);

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Клуб студентов «Технарь». Уникальный сайт с дипломами и курсовыми для технарей.

Все разделы / Нефтяная промышленность /

Чертежи-Графическая часть-Дипломная работа-Схема колтюбинговой буровой М 10, Винтовой забойный двигатель ДГ-108, ВЗД ДДВВ-75/108.3, ВЗД Д-75, Деталировка

Тип работы: Чертежи
Форматы файлов: AutoCAD (DWG/DXF), КОМПАС
Сдано в учебном заведении: ИНиГ

Описание:
Различают три способа бурения:
роторное — когда двигатель, приводящий во вращение долото на забое при помощи колонны бурильных труб, на¬ходится па поверхности;
турбинное — когда двигатель расположен у забоя скважины, над долотом, поток бурового раствора кроме известных функций используется как источник энергии.
с использованием электробура — также как и у турбинного способа бурения двигатель расположен над долотом, в качестве источника энергии используется электрический ток.
Роторное и турбинное бурение являются основными способами проводки скважин и применяются повсеместно.
Способ бурения выбирают с учетом особенностей и условий проходки скважин. При этом следует принимать во внимание область рационального использования того или другого способа бурения.
Области рационального использования различных способов бурения для данных условий приведены в таблице № 1 данные взяты из литературы Калинин А.Г., Левицкий А.З., Мессер А.Г., Соловьев Н.В. «Практическое руководство по технологии бурения скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые.» 2001
Таблица № 1
Исходная информация Способ бурения
Роторный ГЗД Электробуром
Глубина бурения Комментарии: Винтовые забойные двигатели предназначены для бурения вертикальных, горизонтальных и наклонно-направленных скважин. ВЗД наиболее полно удовлетворяют требованиям технологии бурения скважин низкооборотными долотами, а также могут быть использованы при капитальном ремонте эксплуатационных скважин и при геологическом бурении.
По принципу действия ВЗД относятся к объемным (гидростатического действия) роторным гидравлическим машинам, которые отличаются многообразием типов и конструкций.
Отличительная особенность ВЗД:
– наличие развитых поверхностей трения и щелевых уплотнений, поэтому большинство гидродвигателей роторного типа работает с использованием жидкостей с хорошей смазывающей способностью, свободных от механических примесей;
– винтовые двигатели относятся к объемным роторным гидравлическим машинам, которые отличаются многообразием типов и конструкций;
– сравнительно малая металлоемкость и простота конструкции этих гидромашин по сравнению с поршневыми явились важными факторами, способствующими их широкому использованию в современной технике;
– характерным для роторных гидромашин является наличие развитых поверхностей трения и щелевых уплотнений, поэтому большинство из них работают с использованием жидкостей с хорошей смазывающей способностью, свободных от механических примесей (исключение составляют одновинтовые гидравлические машины, предложенные Р. Муано).
Винтовые забойные двигатели, как и большинство винтовых роторных насосов, отличаются традиционным конструктивным исполнением рабочих органов: металлическим ротором с износостойким покрытием (обычно ротор покрывают хромом или никелем) и статором, имеющим привулканизированную эластичную (чаще всего применяется резина с твердостью 75 – 85 усл. Ед., иногда вместо резины применяют полимеры) обкладку, на внутренней поверхности которой расположены винтовые зубья. Согласно общей теории винтовых роторных гидравлических машин элементами рабочих органов являются:
– статор-корпус двигателя с полостями, примыкающими по концам к камерам высокого и низкого давления;
– ротор-винт, носящий название ведущего, через который вращающий момент передается исполнительному механизму;
– замыкатели-винты, носящие название ведомых, назначение которых уплотнять двигатель, т.е. препятствовать перетеканию жидкости из камеры высокого давления в камеру низкого давления;
Винтовые забойные двигатели имеют ряд преимуществ перед другими забойными двигателями:
– низкая частота вращения при высоком вращающем моменте на валу, что позволяет получать существенное увеличение проходки долота в твердых породах в 2 раза, в мягких в 1,5 раза, по сравнению с показателями турбинного бурения;
– небольшой перепад давления дает возможность применения гидромониторных долот;
– простота конструкции двигателя, что значительно упрощает ремонт и обслуживание;
– в качестве рабочей жидкости, возможно, использовать техническую воду, а также буровой раствор плотностью до 1500кг/м3, включая аэрированные жидкости;
– возможность контроля за работой двигателя под нагрузкой по изменению давления на насосах буровой установки.
Эти преимущества позволяют успешно применять ВЗД при использовании низкооборотных долот с маслонаполненными опорами.
Винтовые роторные двигатели являются практически единственным типом объемных гидравлических двигателей, которые сравнительно долговечны при перекачивании жидкостей, содержащих механические примеси и не обладающих смазывающими свойствами. Это достигается за счет особенностей принципа действия и конструктивного исполнения рабочих органов.
К особенностям принципа действия следует отнести:
– отсутствие быстроизнашивающихся распределительных устройств, поскольку распределение жидкости по шлюзам рабочих органов осуществляется автоматически за счет соотношения числа зубьев и шагов винтовых поверхностей ротора и статора;
– кинематику рабочих органов, в движении которых сочетается качение со скольжением при относительно невысоких скоростях последнего, что снижает износ рабочей пары;
– непрерывное изменение положения контактной линии в пространстве, в результате чего механические примеси, находящиеся в перекачиваемой жидкости, имеют возможность выноситься потоком из рабочих органов.
Винтовые забойные двигатели, предназначенные для бурения вертикальных, горизонтальных и наклонно-направленных скважин имеют общую конструктивную схему, различаются по энергетическим характеристикам (крутящий момент, частота вращения, перепад давления, расход и коэффициент полезного действия), габаритам и массе. Конструктивные отличия некоторых узлов и деталей, отечественных и зарубежных винтовых забойных двигателей обусловлены требованиями изготовления и сборки, разрабатываемой с учётом производственных возможностей заводов – изготовителей, а также периодической модернизацией ВЗД с целью повышения их надёжности и долговечности
Т.к. в буровой технике нет конструкционных решений по данной теме, необходимо разработать конструкционно-новую компоновочную схему.
Новая конструкционная будет состоять из забуриваемого долота, расширительного долота и двух независимых приводов на каждое долота.
В качестве привода выбираем винтовые забойные двигатели.
Выбор винтовых забойных двигателей в качестве привода долота обусловлен следующим:
1) использование турбобура не рационально в связи с его существенными недостатками.
2) использование модульного турбинно-винтового двигатели типа ТВД не приемлемо, вследствие того, что серийно выпускаемые двигатели имеют диаметр 195 и 240 мм, а бурение ведется бурильной головкой диаметром 187.3 мм.
1) т.к. бурение ведется шарошечными долотами, не допустимы высокие скорости вращения долота.
2) низкая частота вращения при высоком вращающем моменте на валу, что позволяет получать существенное увеличение проходки за рейс долота по сравнению с показателями турбинного бурения;
3) небольшой перепад давления, что создает возможность применения гидромониторных долот;
4) простота конструкции двигателя, что упрощает его ремонт и эксплуатацию.
ВЗД эксплуатируются с использованием воды и буровых растворов плотностью (1000 кг/м3 и менее) до максимальной (2000 кг/м3), включая аэрированные растворы и пену, с содержание песка не более 1% по весу, максимальным размером частиц 1 мм, при забойной температуре не выше +100 ºС.
Необходимо осуществить анализ имеющихся технических решений и выбрать приемлемый для нашего случая.
В наше время серийно выпускаются следующие винтовые забойные двигатели предназначенные для бурения.
I.а) ВЗД общего назначения екционный ные.
Предназначены для бурения вертикальных, горизонтальных, наклонно-направленных скважин.
ВЗД данного типа имеют следующую конструкцию: двигательная и шпиндельная секция и переливной клапан, корпусы которых соединяются между собой с помощью конической резьбы. Рабочими органами двигательной секции являются многозаходные винтовые ротор и статор. Внутри стального статора привулканизирована резиновая обкладка 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, предназначенного для преобразования планетарного движения ротора во вращение вала шпинделя и передачи осевой гидравлической силы с ротора на подшипник шпинделя.

Читать еще:  А15мф двигатель сколько лошадей

Рис. 9. Винтовой забойный двигатель типа Д:
1, 6 — переводник соединительный; 2 — статор; 3 — ротор; 4 — торсион; 5 — шпиндель

Преимуществами ВЗД данной серии является:
1) Высокое качество исполнения сборочных узлов и деталей, разработанных по результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований.
2) Созданы на основе многолетнего опыта конструирования турбобуров и в них использованы апробированные конструкции опорных узлов шпиндельной секции, резьбовых соединений, элементов соединения валов и др.
Недостатками данной серии ВЗД является:
1) ограничение по использованию бурового раствора.
2) бурение осуществляется не глубоких скважин.
3) энергетическая характеристика ВЗД ухудшается по мере износа рабочих винтовых пар и при зазоре в них свыше 1,0 мм, применение такого двигателя становится практически не целесообразно.
I.б) Секционные ВЗД
Предназначены для бурения вертикальных и наклонно направленных скважин различного направления с использованием бурового растворов при температуре не выше +100 ºС.
Конструктивное отличие от односекционных ВЗД:
1) имеют больше одной двигательной секции.
2) сборка возможна с ориентированием рабочих органов по винтовой линии с жестким соединением статоров и роторов с помощью переводника или сборка возможна без ориентирования рабочих органов с жестким соединением статоров и соединением роторов с помощью шарнира или гибкого вала.

Рис. 10 ВЗД екционный типа Д1-195 с соединением рото¬ров при помощи шарнира:
1 — клапан; 2 — переводник соединительный; 3 — втулка распорная; 4 — статор; 5 — ротор; 6 — муфта; 7,9, 10 — переводники; 8 — шарнир; 11 — вал
Преимуществами данной серии ВЗД является:
1) сниженные удельные нагрузки в рабочей паре.
2) требуемый момент силы на выходном валу обеспечивается при сниженном расходе бурового раствора.
3) уменьшенный износ рабочих пар.
4) повышенная долговечность ВЗД.
5) более высокий межремонтный период.
6) позволяет работать при перепадах давления в насадках используемых долот до 8-10Мпа.
Недостатками данной серии ВЗД является:
1) ограничение по использованию бурового раствора.
2) бурение осуществляется не глубоких скважин.
II) ВЗД с полым ротором
Предназначены для бурения вертикальных, наклон направленных и горизонтальных скважин различного назначения с промывкой буровым раствором на водной основе плотностью до 1300 кг/м3 в условиях температуры до +100 ºС.
Отличительной особенностью этих двигателей является то, что в них соединение полого ротора с валом шпинделя осуществляется через торсион, размещенный внутри ротора.

Рис.11. Винтовой забойный двигатель типа Д2-195 с полым ротором
Преимуществами данной серии ВЗД является:
1) уменьшение массы ротора и применение торсиона, размещенного в роторе, позволяет уменьшить длину и массу двигателя на 10-15%, а также существенно увеличить стойкость узла соединении ротора с валов шпинделя.
2)такая конструкция двигателя позволяет улучшить энергетическую характеристику двигателя, повысить его КПД и в 2-4 раза снизить уровень вибрации.
3) за счет унификации присоединительных элементов рабочих органов и торсиона эти двигатели могут быть секционированы, что позволяет повысить момент силы на валу и мощность, а также значительно увеличить срок службы рабочих органов.
4) в двигателях применяют простой надежный переливной клапан манжетного типа.
Недостатками данной серии ВЗД является:
1)ограничение по использованию бурового раствора.
2)бурение осуществляется не глубоких скважин
III) Многомодульные двигатели типа ДММ
Предназначены для бурения вертикальных, наклон направленных и горизонтальных скважин различного назначения с промывкой буровым раствором на водной основе плотностью до 1500 кг/м3 в условиях температуры до +100 ºС.
Отличительной особенностью этих двигателей является то, что их рабочие органы представляют собой агрегированные в корпусе элементы статора, а на валу – элементы ротора. Схемы модульного секционирования предполагают применение отдельных модулей статора при монолитном роторе; отдельных модулей ротора при монолитном статоре; агрегирование модулей ротора и статора.

Читать еще:  Что такое двигатель hev

Размер файла: 1,2 Мбайт
Фаил: (.rar)

Винтовой забойный двигатель

Винтовой забойный двигатель (англ. positive displacement motor; mud motor; drilling motor ) — это машина объемного (гидростатического) действия. Основными элементами конструкции являются: двигательная секция, шпиндельная секция, регулятор угла. Винтовой забойный двигатель (ВЗД) применяют для бурения скважин различной глубины, широко применяются для наклонно-направленного и горизонтального бурения.

Содержание

  • 1 История внедрения в России
  • 2 Конструкция и принцип работы
  • 3 Примечания
  • 4 Литература

История внедрения в России [ | ]

СССР является родиной турбинного бурения. Первый промышленный образец был изготовлен еще в 1922—1923 гг . Это был редукторный турбобур с одноступенчатой турбиной, начиная с 40-х годов основных техническим средством для бурения скважин являлся многоступенчатый турбобур. Широкое распространение турбинного бурения позволило получить высокие темпы роста добычи нефти и газа. [1]

Однако с увеличением средних глубин скважин, совершенствования долот и технологии роторного бурения отечественная нефтяная промышленность стала отставать по показателю проходки за рейс от мирового уровня. Так в 1981—1982 годах средняя проходка за рейс в США составляла 350 м, в то время как в СССР она не превышала 90 м. Такое отставание от США было связано с характеристикой турбобуров, которые не позволяли получать частоту вращения менее 400—500 об/мин с обеспечением необходимого крутящего момента и уровня давления насосов, и как следствие было невозможно применять современные низкооборотные шарошечные долота. И перед нефтяной промышленностью СССР встал вопрос о переходе на технологию низкооборотного бурения. [1]

Роторное бурение хоть и применялось, но технологически сильно отставало от мирового уровня: не имелось бурильных труб и буровых станков высокого технического уровня. Таким образом было принято решение о создании низкооборотного забойного двигателя для замены турбобуров. Работы по созданию опытных образцов винтовых забойных двигателей (ВЗД) начались в США и СССР в середине 60-х годов. В США первые ВЗД были альтернативой турбобурам для наклонно-направленного бурения, а в СССР они служили средством для привода низкооборотных долот [1] .

В последние годы в технике и технологии бурения скважин произошли значительные изменения: появились новые технологии в наклонно-направленном бурении (бурение горизонтальных участков, бурение дополнительных стволов из ранее пробуренных скважин), распространение долот типа PDС, новейшие телеметрические системы для контроля забойных параметров во время бурения и др. И если раньше ВЗД рассматривались только как альтернативу турбобурам и их перспектива оценивалась неоднозначно, то сейчас в силу свои уникальных характеристик ВЗД стали основной частью современных технологий. В 2010 году в России выполнено ¾ всего объема бурения и ремонта скважин при помощи ВЗД и они были взяты на вооружение практически всеми российскими и зарубежными нефтегазовыми и сервисными компаниями [2] .

Конструкция и принцип работы [ | ]

Винтовые забойные двигатели относятся к объемным роторным гидравлическим машинам и согласно общей теории таких машин элементами рабочих органов (РО) являются:

  • Статор двигателя с плоскостями, примыкающими по концам к камерам высокого и низкого давления. [3]
  • Ротор-винт, носящий название ведущего через который крутящий момент передается исполнительному механизму. [3]
  • Замыкатели-винты, носящие название ведомых, назначение которых уплотнять двигатель, то есть препятствовать перетеканию жидкости из камеры высокого давления в камеру низкого давления [3] .

Сравнительно малая металлоемкость и простота конструкции является важным фактором, способствующим широкому использованию роторных гидромашин в современной технике.

РО ВЗД является винтовой героторный механизм — зубчатая пара с внутренним пространственным зацеплением, состоящая из ротора и статора с циклоидальными профилями зубьев.

Ротор совершает планетарное движение внутри неподвижного статора, центры их поперечных сечений смещены на расстояние эксцентриситета зацепления.

К отличительным особенностям ВЗД относятся:

  • Отсутствие быстроизнашивающихся распределительных устройств, поскольку распределение жидкости по камерам рабочих органов осуществляется автоматически за счет соотношения чисел зубьев и шагов винтовых поверхностей ротора и статора. [4]
  • Кинематика рабочих органов, в относительном движении которых сочетается качение и скольжение при относительно невысоких скоростях скольжения, что снижает износ рабочей пары. [4]
  • Непрерывное изменение положения контактной линии (геометрического места точек касания ротора и статора) в пространстве, в результате чего механические примеси, находящиеся в жидкости, имеют возможность выносится потоком из рабочих органов. [4]

Так как ВЗД находится в непосредственном контакте с жидкостью (буровым раствором), который и приводит его в действие, то благодаря указанным особенностям он является практически единственным типом объемных гидравлических двигателей, который сравнительно долговечны при использовании рабочих жидкостей, содержащих механические примеси [4] .

Практически любой ВЗД можно разделить на несколько основных узлов: двигательная секция, шпиндельная секция, регулятор угла перекоса. [5]

Двигательная (силовая) секция предназначена для преобразования энергии потока жидкости в вращательное движение ротора. Она состоит из стального ротора с винтовыми зубьями и статора, который имеет эластичную обкладку с внутренней винтовой поверхностью, выполненную обычно из резины. Статор и ротор двигательной секции должны соответствовать некоторым условиям: [5]

  • Числа заходов статора и ротора должны отличаться на единицу [4] ;
  • Шаги винтовых поверхностей статора и ротора должны быть пропорциональны числам их заходов;
  • Винтовые поверхности статора и ротора должны иметь одинаковое направление [4]

Зубья статора и ротора находятся в непрерывном контакте, образуя замыкающиеся по длине статора единичные камеры. Буровой раствор, проходя через эти камеры, проворачивает ротор внутри статора. По конструкции двигательной секции различают монолитные и секционные двигатели. [5]

Шпиндельная секция. Под термином «шпиндель» подразумевается автономный узел двигателя с выходным валом с осевыми и радиальными подшипниками. Шпиндель является одним из главных узлов двигателя. Он передает крутящий момент и осевую нагрузку на долото, воспринимает реакцию забоя и гидравлическую осевую нагрузку, действующую в РО, а также радиальные нагрузки от долота и узла соединения планетарного ротора и вала шпинделя (шарнир или гибкий вал). [6]

Шпиндель выполняется в виде монолитного полого вала, который соединяется посредством наддолотного переводника в нижней части с долотом, а с помощью муфты в верхней части — с шарниром или гибким валом [6] По конструктивному исполнению шпиндели бывают открытые и маслонаполненные. В открытых (используются почти во всех серийных отечественных двигателях) узлы трения смазываются и охлаждаются буровым раствором, а в маслонаполненных узлы трения находятся в масляной ванне с избыточным давлением на 0,1-0.2 МПа, превышающим давление окружающей среды. [7] .

Регулятор угла предназначен для перекоса осей секций двигателя или самого двигателя относительно нижней части бурильной колонны. Устанавливается между силовой и шпиндельной секцией или над самим ВЗД. Обычно состоит из двух переводников, сердечника и зубчатой муфты. [5]

В большинстве компоновок низа бурильной колоны, включающих ВЗД, устанавливаются переливные клапаны. Они предназначены для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством при спуско-подъемных операциях. Применение клапана устраняет холостое вращение двигателя, а также уменьшает гидродинамическое воздействие на забой и стенки ствола скважины, предотвращает перелив бурового раствора на устье скважины. Устанавливаются над двигателем или входят непосредственно в конструкцию ВЗД [8] .

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector