Vikupautomsk.ru

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

Забойный двигатель

Забойный двигатель

Забойный двигатель предназначен для использования при бурении скважин. Двигатель содержит постоянно сцепленные между собой внутреннюю шестерню с наружным зацеплением и наружную шестерню с внутренним зацеплением. Шестерни разделяет невращающийся корпус, несущий внутреннюю шестерню. В корпусе выполнены каналы для подачи и выпуска рабочего агента, корпус жестко связан с колонной бурильных труб, а вращающаяся за счет энергии потока рабочего агента наружная шестерня жестко связана с породоразрушающим инструментом. Такое выполнение забойного двигателя позволяет повысить его КПД и долговечность. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для использования при бурении скважин.

Гидравлические двигатели шестеренного типа существуют в общепромышленной практике (Башта Т.М. Гидравлические двигатели летательных аппаратов.-М.: Машиностроение, 1967, с.156, рис.89), но никоим образом не приспособлены и не могут быть использованы в качестве забойных двигателей при бурении скважин. Рабочим телом промышленных шестеренных двигателей является масло, подаваемое под давлением от насоса. Промышленные шестеренные двигатели обычно состоят из неподвижного герметичного корпуса, внутри которого синхронно вращаются в противоположные стороны две постоянно сцепленные между собой шестерни наружного зацепления с одинаковым количеством зубьев, вал одной из которых служит для отвода мощности. Кинематически такой двигатель достаточной мощности не вписывается в поперечные размеры скважины.

Известны две разновидности гидравлических забойных двигателей вращательного действия для бурения скважин — многоступенчатый турбинный (турбобур) и винтовой. Оба известных забойных двигателя сложны по конструкции, дороги в изготовлении и эксплуатации, могут применяться только при жидкостной промывке, требуют большого расхода промывочной жидкости, отличаются большой длиной.

Кроме того, турбобур не является объемным гидравлическим двигателем, т. е. частота его вращения не определяется только подачей жидкости, но зависит также от крутящего момента (осевой нагрузки) и в принципе не может быть эффективным при малых диаметрах, свойственных современному алмазному бурению разведочных скважин на твердые полезные ископаемые.

Производительность алмазного бурения прямо пропорциональна частоте вращения алмазного породоразрушающего инструмента до 2000 — 3000 об/мин. Однако обеспечить достаточно высокие для алмазного бурения обороты без забойного двигателя невозможно из-за неизбежно возникающей вибрации бурильной колонны. Так, несмотря на меры борьбы с вибрацией (смазка колонны, применение эмульсионных растворов и др.), при глубине скважины более 500 м допустимой считается скорость вращения бурового снаряда менее 500 об/мин.

Неизбежно большая длина существующих забойных двигателей препятствует их применению для быстрого наращивания кривизны при бурении наклонно-направленных скважин.

В качестве прототипа рассмотрим забойный двигатель (а.с. СССР N 400689, кл. E 21 B 3/12, 1970), включающий в себя несущий корпус, в котором размещен рабочий орган в виде зубчатой пары — статора с внутренними винтовыми зубьями и ротора с наружными винтовыми зубьями, причем вращающийся под действием потока жидкости ротор совершает круговое движение по внутренней винтовой поверхности статора, образуя нагнетательные и сливные полости, в результате чего этот гидравлический двигатель в отличие от турбобура является объемным, т. е. частота его оборотов определяется только подачей жидкости и не зависит от осевой нагрузки (крутящего момента). Однако данный забойный двигатель обладает следующими недостатками: поскольку ось ротора всегда эксцентрична оси двигателя, необходим шпиндель, в котором размещен карданный вал с двумя универсальными шарнирами, что усложняет конструкцию, удорожает изготовление, снижает КПД и долговечность двигателя в эксплуатации.

Задача изобретения заключается в устранении указанных недостатков, т.е. в упрощении конструкции, повышении КПД и долговечности забойного двигателя. Технический результат достигается тем, что в забойном двигателе, содержащем несущий корпус, зубчатый рабочий орган, нагнетательную и выпускную полости, рабочий орган выполнен в виде постоянно сцепленных между собой внутренней шестерни с наружным зацеплением и наружной шестерни с внутренним зацеплением, причем разделяющий их невращающийся корпус, несущий на себе внутреннюю шестерню с наружным зацеплением, имеет каналы для подачи и выпуска рабочего тела и жестко связан с колонной бурильных труб, а наружная шестерня с внутренним зацеплением жестко связана с породоразрушающим инструментом. При этом отпадает необходимость в шпинделе и карданном вале с двумя универсальными шарнирами.

Предлагаемый забойный двигатель лишен недостатков существующих турбинного и винтового двигателей: прост по конструкции, дешев в изготовлении и эксплуатации, может применяться как при жидкостной промывке, так и при промывке пеной и продувке сжатым воздухом (газом), не требует повышенного расхода промывочной жидкости (пены, газа), имеет небольшую длину и, кроме того, может быть изготовлен любого малого диаметра применительно к алмазному бурению на твердые полезные ископаемые.

Применение предлагаемого забойного двигателя, в частности, при алмазном бурении позволит существенно повысить производительность за счет постоянно высоких оборотов алмазного породоразрушающего инструмента независимо от глубины скважины, многократно снизить аварийность, простои и расход бурильных труб, поскольку бурильная колонна в процессе бурения не вращается и может работать многократно дольше.

На фиг.1 изображен общий вид предложенного забойного двигателя, продольный разрез; на фиг.2 — сечение АА на фиг.1.

Забойный двигатель состоит из несущего корпуса 1, жестко связанного с невращающейся при бурении колонной бурильных труб 2, внутренней шестерни 3 с наружным зацеплением, сидящей в подшипниках 4 в теле несущего корпуса, и постоянно сцепленной с нею наружной шестерни 5 с внутренним зацеплением, сидящей на подшипниках 6, также установленных в теле корпуса 1, и жестко связанной с породоразрушающим инструментом 7 при бескерновом бурении (или с колонковым набором при бурении с отбором керна). В теле несущего корпуса 1 выполнены расположенные в осевом направлении и не связанные друг с другом канал 8, соединяющий через тангенциально расположенные сверления 9 внутренний канал бурильной колонны 2 с нагнетательной полостью «а» забойного двигателя, и канал 10, соединяющий через тангенциально расположенные сверления 11 выпускную полость «b» забойного двигателя с внутренним каналом породоразрушающего инструмента 7 (или колонковым набором). Канал 8 и сверление 9 служат для подачи под давлением рабочего тела (промывочная жидкость) в нагнетательную полость «а», а канал 10 и сверление 11 — для выхода отработанного рабочего тела из выпускной полости «b».

Читать еще:  Bmw x3 расход топлива дизельного двигателя

При сборке бурового снаряда предлагаемый забойный двигатель устанавливается между концом бурильной колонны 2 и породоразрушающим инструментом 7 (или колонковым набором). После спуска бурового снаряда в скважину, но до постановки на забой в канал бурильной колонны с поверхности под давлением подается промывочная жидкость (пена, сжатый воздух), которая по каналам 8, 9 попадает в нагнетательную полость «а» двигателя и в силу большей площади продольного сечения несмыкающихся зубьев за счет перепада давления приводит обе сцепленные между собою шестерни 3 и 5 во вращательное движение по часовой стрелке (если смотреть сверху). При этом наружная шестерня 5 с внутренним зацеплением приводит во вращение породоразрушающий инструмент 7 (или колонковый набор). Буровой снаряд с вращающимся породоразрушающим инструментом ставится на забой с определенной осевой нагрузкой, и начинается процесс бурения скважины. Частота вращения забойного двигателя и соответственно породоразрушающего инструмента изменяется прямо пропорционально расходу несжимаемой промывочной жидкости, а крутящий момент зависит от фактического перепада давления на двигателе, т.е. является функцией осевой нагрузки и расхода (подачи) жидкости.

Отработанная промывочная жидкость из выпускной полости «b» по каналам 11 и 10 поступает во внутренний канал породоразрушающего инструмента 7 (или в колонковую трубу) и в дальнейшем используется для охлаждения породоразрушающего инструмента и выноса продуктов разрушения породы с забоя скважины.

После завершения рейса бурения подача промывочной жидкости прекращается, и буровой снаряд вместе с забойным двигателем и породоразрушающим инструментом (или колонковым набором вместе с керном) извлекается на поверхность.

Для обеспечения длительной безотказной работы двигателя в верхней и нижней частях бурильной колонны следует устанавливать сетчатые фильтры аналогично тому, как это делается при турбинном бурении.

Предлагаемый забойный двигатель может работать как гидравлический с использованием в качестве рабочего тела несжимаемой жидкости (воды, водного раствора ПАА, эмульсионного, малоглинистого растворов и др.) и как пневматический с использованием сжимаемого рабочего тела (газо-жидкостной смеси, пены, сжатого воздуха, азота и др.). Во втором случае применение фильтров в бурильной колонне не требуется. Зависимости частоты вращения и крутящего момента от расхода сжимаемого рабочего тела более сложны, чем в случае использования несжимаемой жидкости.

1. Забойный двигатель, включающий в себя несущий корпус, рабочий орган в виде зубчатой пары, нагнетательную и выпускную полости, отличающийся тем, что рабочий орган выполнен в виде постоянно сцепленных между собой внутренней шестерни с наружным зацеплением и наружной шестерни с внутренним зацеплением, причем разделяющий их несущий корпус жестко связан с колонной бурильных труб, а наружная шестерня с внутренним зацеплением жестко связана с породоразрушающим инструментом.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что не связанные между собой каналы для подачи под давлением рабочего тела в нагнетательную полость и выхода отработанного рабочего тела из выпускной полости выполнены в теле несущего корпуса, каждый в осевом и тангенциальном направлениях.

Винтовой забойный двигатель

Винтовой забойный двигатель (ВЗД) — гидравлический забойный двигатель объёмного типа, рабочие органы которого выполнены по схеме планетарного механизма, приводимого в действие за счёт энергии промывочной жидкости. 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.

Рисунок 3 – Винтовой забойный двигатель

Первые винтовые забойные двигатели с высокой частотой вращения разработаны в США в 1962 Харрисоном на базе обращённого однозаходного героторного винтового насоса Муано. Многозаходный винтовой забойный двигатель с низкой частотой вращения создан в CCCP в 1966-70 С. С. Никомаровым, М. Т. Гусманом и др.

ВЗД состоит из следующих основных узлов и деталей:

двигательной секции: включающей в себя ротор и статор;

шпиндельной секции: включающей в себя многорядную упорно-радиальную опору, радиальные опоры и торцевой сальник;

переливного клапана, соединительных и рабочих переводников.

Стальной статор внутри имеет привулканизированную резиновую обкладку с винтовыми зубьями левого направления. На стальном роторе, с хромированным покрытием, нарезаны зубья также левого направления. Число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев статора. Специальный профиль зубьев ротора и статора обеспечивает их непрерывный контакт между собой, образуя на длине шага статора единичные рабочие камеры.

Промывочная жидкость, поступающая в двигатель от насосов, может пройти к долоту только в том случае, если ротор проворачивается относительно статора, обкатываясь под действием неуравновешенных сил.

Ротор, совершая планетарное движение, поворачивается по часовой стрелке (абсолютное движение), в то время как геометрическая ось ротора перемешается относительно оси статора против часовой стрелки (переносное движение).

За счёт разности в числах зубьев ротора и статора (передаточное соотношение в зависимости от типа ВЗД может быть 9/10, 6/7 и др.) переносное движение редуцируется в абсолютное с передаточным числом, что обеспечивает сниженную частоту вращений и высокий крутящий момент на валу двигателя.

Шпиндельная секция служит для передачи осевого усилия с бурильных труб на долото, восприятия гидравлической нагрузки и реакции забоя, снижения радиальных колебаний долота.

Переливной клапан предназначен для слива промывочной жидкости из бурильных труб при подъёме колонны с ВЗД и заполнении бурильной колонны при спуске в скважину.

Читать еще:  Что такое оппозитный двигатель альфа ромео

Винтовой забойный двигатель доставляется на буровую в собранном виде с навернутыми предохранительными пробками.

Перед пуском в работу двигатель должен быть подвержен наружному осмотру. Особое внимание следует обратить на отсутствие трещин и вмятин на статоре и корпусе шпинделя, на состояние присоединительных резьб к бурильным трубам и к долоту, а также на плотность свинчивания промежуточных резьб, соединяющих корпусные детали двигателя.

Двигатель должен эксплуатироваться, если:

в качестве промывочной жидкости используется техническая вода или глинистый раствор плотностью не более 210 кг/м;

содержание песка не более 2% по весу;

размер твердых частиц не более 1 мм;

при забойной температуре не выше +100 ºС.

Повышенное содержание твердых частиц в промывочной жидкости приведёт к быстрому износу рабочих органов (ротор-статор). Повышение температуры в призабойной зоне влияет на прочность эластомера статора и понижает ресурс двигателя. Буровой раствор, содержащий реагенты на углеводородной основе, приводит к набуханию резиновой обкладки (эластомера) статора и преждевременному выходу из строя двигателя. Дифференциальное давление, превышающее рекомендуемое максимальное рабочее значение на приводе объёмного двигателя, сокращает срок работы статора.

При эксплуатации винтовых забойных двигателей необходимо следить, чтобы количество осадка в приёмных мерниках буровых насосов не превышало 25% от объёма мерников и под ведущую бурильную трубу (квадрат) и УБТ был установлен фильтр.

Немагнитные винтовые забойные двигатели

В последнее время повышается актуальность добычи нефти на зрелых месторождениях, в том числе с реанимацией старого фонда скважин, где существуют достаточные запасы трудноизвлекаемой нефти. Как правило, для этого используют технологии наклонно-направленного и горизонтального бурения, повышающие индекс доходности, как показателя снижения капитальных вложений в сравнении с бурением скважин по обычным технологиям.

Технологии наклонно-направленного и горизонтального бурения находят широкое применение при добыче полезных ископаемых шахтным способом, обеспечивающие дегазацию угольных месторождений, водоотлив и осушение, проходку выработок, буровзрывные работы, скважинное выщелачивание и гидродобычу, способствуя значительному снижению затрат, повышению безопасности и технологической эффективности горных работ в целом.

При бурении наклонно-направленных и горизонтальных скважин необходима высокая точность проводки стволов для обеспечения попадания в заданные коридоры между различными пластами и исключения возможного прорыва газа из газовой шапки или чрезмерного приближения к границе водоносного горизонта.

Для отслеживания траектории скважины в процессе бурения в компоновке низа буровой колонны применяются различные геоизмерительные телесистемы, размещаемые выше гидравлического забойного двигателя. Для обеспечения корректной работы датчиков и магнитных зондов телесистемы, а особенно инклинометрических, их размещают в немагнитных переводниках или немагнитных буровых трубах.

На точность измерения инклинометрических зондов влияет присутствие намагничиваемых металлических элементов забойного двигателя и дополнительных устройств, общая длина которых, в зависимости от габарита двигателя и необходимой мощности, составляет порядка 7 – 11 метров, поэтому данный зонд (точка замера) в компоновке телесистемы отдален(до 12 – 18 м) от забойного двигателя и долота. Отдаление инклинометрического зонда от долота ухудшает точность прогнозирования азимутального и зенитного углов бурового инструмента, что затрудняет удержание траектории ствола при проходке скважины в пределах проектных вертикальных и горизонтальныхкоридоров (±1 м), особенно с волнообразной пространственной траекторией проходки через пласты с высоким водоносным насыщением.

Для решения задачи уменьшения влияния элементов забойного двигателя на телеметрические телесистемы предприятием ООО «ИнБурТех» были проведены исследовательские работы по подбору материала, удовлетворяющего поставленной задаче, в результате которых, в качестве конструкционного материала была выбрана немагнитная аустенитная Mn-Cr сталь марки Р550, имеющая высокие физико-механические свойства, обладающая устойчивостью к точечной коррозии и к коррозийному растрескиванию под напряжением, обеспечивающая надежную работу высоконагруженных элементов двигателя в тяжелых условиях бурения и имеющая, в отличии от обычных конструкционных сталей, (например стали SAE 1045, µ = 1000) более низкую относительную магнитную проницаемость (µ = 1,005).

Дополнительным преимуществом стали Р550 является повышенная твердость (в среднем 400 HB). Это выше, чем у обычной углеродистой стали, применяемой для изготовления забойных двигателей обычного исполнения, что позволяет уменьшить степень истирания и повысить прочность корпусных деталей двигателя, особенно при бурении с вращением колонны бурильных труб ротором.

Винтовые забойные двигатели из немагнитных материалов превосходят забойные двигатели из традиционных материал по прочности, вязкости и коррозионной стойкости.

Из выбранной стали была изготовлена опытная партия двигательных секций с верхними переводниками (ловильными устройствами) для двигателей диаметром 76 и 106 мм. Двигатели успешно прошли стендовые испытания, после чего, при проведении промысловых испытаний на месторождениях Урало-Поволжья и республики Коми, были подтверждены повышение показателя точности бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважинс использованием имеющихся у буровых компаний систем телеметрии, а так же показатели ресурса работы и надежности высоконагруженных узлов забойного двигателя, показавшие целесообразность использования выбранной марки стали для изготовления забойного двигателя и дополнительных устройств. По результатам промысловых испытаний, технические решения двигателей были запатентованы.

В настоящее время предприятие освоило серийный выпуск немагнитных забойных двигателей, которые широко используются в подразделениях ООО «Лукойл-Коми» НШУ «Яреганефть» для шахтной добычи высоковязкой нефти.

Забойные двигатели

Для выполнения процесса бурения скважин используется специальное оборудование – забойные двигатели. Существует несколько разновидностей оборудования данного вида, каждый из которых имеет свое предназначение и технические характеристики.

Забойные двигатели для бурения скважин

Одним из видов погружных устройств, которые применяются для бурения скважин, разного типа являются забойные двигатели.

Принцип работы механизмов заключается в том, что происходит преобразование электрической энергии в гидравлическую или пневматическую. В результате этого происходит вращение бурового долота, что приводит к разрушению породы в середине забоя скважины.

Читать еще:  N52b25 сколько масло заливать в двигатель

Оборудование можно условно подразделить на несколько видов:

  • вращательные;
  • ударные;
  • пневматические;
  • гидравлические (объемного типа и гидродинамические);
  • электронные.

Энергия проходит по колонне, расположенной в середине бурильной трубы посредством использования специального типа кабеля.

Применение забойного двигателя способствует повышению скорости выполнения рабочего процесса, уменьшению стоимости рабочего процесса, понижения затрат энергии, уменьшает возможность возникновения аварийных ситуаций.

Стоит также отметить довольно высокий показатель эффективности эксплуатации забойных двигателей при их использовании для бурения скважин.

Принцип работы винтового забойного двигателя

Независимо от типа забойных двигателей, они состоят из таких составных частей:

  • узел перепускного клапана;
  • отсек преобразования энергетического потока раствора;
  • механизм, соединяющий валы шринделя и мотора;
  • механизм приводного вала с подшипниками.

Узел клапана перепускного приводит к тому, что колонна наполняется или освобождается. Если забойный двигатель настроен на минимальный показатель мощности, происходит придавливание клапана в нижней части колонны. Это приводит к его выходу из внетрубного в затрубное пространство. В результате этого раствор перенаправляется в двигатель.

При уменьшении скорости воздушного потока, пружина приводит к вращению поршня клапана. Он выставляется в положение «открыто», что приводит к открыванию перепускного отверстия.

Для того чтобы избежать возможности попадания твердых частиц, которые находятся в затрубном пространстве, необходимо установить переходник с клапаном максимально близко к мотору.

Забойный двигатель имеет также возможность функционировать без клапана. Но этот вариант значительно понижает эффективность работы оборудования.

Турбинные и турбинно-винтовые забойные двигатели

Отличительной особенностью забойных двигателей турбинного типа заключается в том, что их конструкция включает в себя турбины.

Такие двигатели могут быть выполнены в нескольких вариантах:

  • цельнолитые металлические;
  • составные металлические с точным литьем;
  • составные пластмассовые, представляют комплект ступицы из металла и проточной части из пластмассы.

Современные технологии позволяют разрабатывать и внедрять в производство новые модели турбинных забойных двигателей.

Для выполнения процесса бурения скважин на большой глубине, используются турбовинтовые забойные двигатели. При помощи использования оборудования данного типа можно выполнять бурение скважин в двух направлениях: вертикальном и наклонном.

Кроме этого, турбинно-винтовые двигатели успешно используются и в качестве забойного привода или двигателя-отклонителя.

Гидравлические забойные двигатели

Гидравлические забойные двигатели применяются при необходимости выполнения бурения скважин или капитальном ремонте нефтяных скважин. Они также используются в горной промышленности.

Конструкция гидравлического забойного двигателя состоит из статора с выходными и входными каналами, а также лопастями поворотного типа. Его полость имеет элипсообразное поперечное сечение.

Забойные двигатели гидравлического типа отличаются высокий уровень надежности и рабочего ресурса. Это стало возможным в результате их упрощенной конструкции.

Стоит также возможность простоту процесса их обслуживания, который можно выполнять непосредственно на месте работы оборудования.

Специалисты работают над повышением уровня надежности данного типа оборудования при его работе с растворами, в состав которых включены абразивные частицы. Это является слабой стороной гидравлических забойных двигателей.

Забойный двигатель Д 105

Забойный двигатель Д 105 – это одна из моделей гидравлического (винтового) забойного двигателя, который часто применяется для выполнения бурения скважин на большой глубине в вертикальном или горизонтальном направлении.

Довольно активно данная модель используется при необходимости выполнения процесса выбуривания песчаных пробок или отложения солей.

Его диаметр достигает 106 мм, а диаметр долот, которые используются для его работы, колеблется в пределах 120 – 151 мм. На холостых оборотах выходной вал вращается со скоростью в пределах 192 – 313 оборотов за 1 минуту.

Основные области применения забойного двигателя Д 105 – нефтегазовая и нефтедобывающая отрасли.

Где купить забойные двигатели

Забойные двигатели можно купить, как через посредников, так и в компаниях, которые непосредственно занимаются их производством.

В первом случае не избежать довольно внушительной переплаты, так как каждый из посредников делает наценку стоимости оборудования от цены производителя.

Второй вариант наиболее выгоден. Подобным образом, можно приобрести забойные двигатели по реально низкой цене.

Есть также возможность купить оборудование данного типа не новое, а бывшее в употреблении. Но при этом не исключена возможность того, что двигатели прослужат короткий промежуток времени.

Производители и поставщики забойных двигателей

В стране немало компаний, которые специализируются на производстве и поставке забойных буровых двигателей.

Среди известных организаций можно назвать следующие:

  1. «Завод Уралнефтемаш» известен не только на территории нашей страны, но и в странах СНГ. Основное направление деятельности компании заключается в выпуске буровых установок, винтовых забойных двигателей, а также запчастей и комплектующих к ним. Каждое наименование выпускаемой заводом продукции, отличается высоким качеством.
  2. ООО «БурТехРесурс» специализируется на выпуске нефтепромышленного оборудования, а также систем, предназначенных для очистки буровых растворов от сторонних фракций. Среди клиентов компании не только отечественные, но и зарубежные предприятия.

Это только некоторые компании, которые занимаются поставкой и производством забойных буровых двигателей.

Забойные двигатели на выставке

На выставке «Нефтегаз» будут представлены современные модели разных типов забойных двигателей от отечественных и зарубежных производителей. Участие в выставке ведущих нефтегазовых компаний, производителей оборудования и правительственных представителей говорит об особом статусе мероприятия.

Посетители выставки «Нефтегаз» могут ознакомиться и с другим оборудованием, предназначенным для добычи, транспортировки и переработки углеводородов, в том числе забойные двигатели. В рамках выставки проходят тематические конференции, семинары и деловые встречи.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector