Винтовой забойный двигатель конструкция работа - Автомобильный журнал
Arskama.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Винтовой забойный двигатель конструкция работа

Устройство и принцип работы винтового забойного двигателя. Характеристика винтового двигателя. 6608

Винтовые забойные двигатели предназначены для бурения нефтяных и газовых скважин шарошечными, лопастными и алмазными долотами. Винтовой двигатель может работать с использованием промывочных жидкостей любой плотности от аэрированных растворов плотностью меньше 1г/см 3 до утяжелённых плотностью более 2г/см 3 .

Основной особенностью винтового двигателя по сравнению с турбобуром является то, что он обладает относительно жёсткой рабочей характеристикой. По принципу действия ВЗД относятся к роторным машинам объёмного (гидростатического) типа. Объёмные двигатели действуют от гидростатического напора в результате наполнения жидкостью рабочих камер и перемещения вытеснителей. Под вытеснителем понимается рабочий орган, совершающий работу под действием на него давления жидкости. Ротор расположен в статоре с эксцентриситетом. Вследствие разницы чисел заходов в винтовых линиях статора и ротора их контактирующие поверхности образуют ряд замкнутых полостей – шлюзов между камерами высокого и низкого давления. Шлюзы перекрывают свободный ток жидкости через двигатель, в них давление жидкости создаёт вращающий момент, передаваемый долоту.

К особенностям принципа действия следует отнести:

— отсутствие быстроизнашивающихся распределительных устройств, поскольку распределение жидкости по шлюзам рабочих органов осуществляется автоматически за счёт 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.

Двигатель состоит из трёх основных узлов: секции двигательной, секции шпинделя и переливного клапана, которые соединяются между собой с помощью замковых резьб.

Переливной клапан предназначен для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством при спуско-подъёмных операциях на скважине.

Секция двигательная и шпиндельная включает статор 1 и ротор 2, двухшарнирное соединение 3 и корпусные переводники 4 и 5. Рабочие органы, ротор и статор представляют собой зубчатую пару с внутренним косозубым зацеплением с разницей в числах зубьев, равной единице.

Статор 1 имеет десять внутренних винтовых зубьев левого направления, выполненных на обкладке из эластомера, привулканизированной к расточке корпуса.

Ротор 2, на наружной поверхности которого нарезаны девять винтовых зубьев левого направления, выполняется из коррозионностойкой стали или конструкционной стали с хромированием зубьев.

Верхний конец полого ротора 2 закрыт пробкой и свободен, а к нижнему присоединено двухшарнирное соединение 3, преобразующее планетарное движе-ние ротора в соосное вращение вала шпинделя.

Опора 6 предназначена для восприятия осевых нагрузок действующих на вал шпиндельной секции и на ротор двигателя. Осевая нагрузка на ротор двигате-ля сопоставима по величине с осевыми нагрузками на долото и может оказывать существенное влияние на работоспособность двухшарнирного соединения и на радиальные подшип-ки 7.

1-статор; 2-ротор; 3-двухшарнирное соед-ние; 4,5,11-верхний, сред-й и ниж-й переводники; 6-многорядная упорная шаровая опора; 7-радиальный подшипник; 8-вал шпинделя; 9-корпус шпинделя; 10-муфта соединительная; 12-ниппель; 13-распорное кольцо

Техническая характеристика дв-ляД-195(L,мм;Æ,мм, Заходность ротора и статора, Расход раб жидкости, л/с,

ω вала, с -1 ,ΔΡ, МПа; М-ент силы на валу, кН м)

Рабочая хар-ка забойного винтового двигателя типа Д2-172М:

:а — холостой ход двигателя (М = 0; п = max); 6 — режим максимального к.п.д. (оптимальный режим); в — режим максимальной мощности (экстре­мальный режим); г — тормозной реж (л = 0; М = max)

Винтовой забойный двигатель конструкция работа

Изобретение относится к области буровой техники (инструмента), в частности к винтовым забойным двигателям для бурения нефтяных и газовых скважин.

Известен винтовой забойный двигатель (ВЗД), содержащий секцию рабочих органов, включающую статор и эксцентрично расположенный внутри него ротор, шпиндельную секцию и внутренний соединительный узел, выполненный в виде карданного вала зубчатого или пальцевого типа или шарнирного устройства (Балденко Д.Ф. и др. Винтовые забойные двигатели: Справочное пособие. М.: Недра, 1999, с.68-71).

Недостатками известного винтового забойного двигателя с перечисленными соединительными узлами являются многодетальность, сложность изготовления и сборки, что, в свою очередь, отражается на недостаточно высоких ресурсе и надежности двигателя.

Известен ВЗД, включающий секцию рабочих органов, шпиндельную секцию и внутренний соединительный узел, выполненный в виде торсиона, соединенного с сопряженными деталями шлицевым, или резьбовым, или конусным соединениями (Балденко Д.Ф. и др. Винтовые забойные двигатели: Справочное пособие. М.: Недра, 1999).

Применение в известном винтовом забойном двигателе торсиона (гибкого вала) с шлицевым, или резьбовым, или конусным соединениями значительно упростило конструкцию винтового забойного двигателя, улучшило условия передачи крутящего момента, способствовало небольшому увеличению долговечности.

Однако, исходя из конструктивных особенностей и принципа работы винтового забойного двигателя, остро стоит проблема уменьшения влияния действующего на ротор перекашивающего момента, создаваемого гидравлическими силами, из-за которого происходит искажение геометрии зацепления рабочих органов, а значит, увеличение объемных утечек и механических потерь.

Указанный недостаток частично устраняет винтовой забойный двигатель (а.с. СССР №784397), содержащий секцию рабочих органов, шпиндельную секцию и торсион, соединенный с ротором выше рабочей зоны ротора и статора в отличие от обычной схемы установки торсиона ниже ротора.

Но и такое конструктивное решение, как в а.с. №784397, не решает основные проблемы нагрузочной способности двигателя от возникающих при его работе сил в комплексе: осевой силы, крутящего момента и отрицательных сил (перекашивающего момента, перерезывающей силы). Анализ математических расчетов на прочность, устойчивость и экспериментальных исследований показывает, что данная проблема зависит от правильного выбора геометрических размеров рабочей длины L и диаметра d торсиона.

Известен ВЗД (а.с. СССР №926208), который является наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и выбран в качестве прототипа. ВЗД содержит секцию рабочих органов, включающую статор и расположенный внутри него ротор, шпиндельную секцию и торсион, причем рабочая длина L и диаметр d торсиона связаны соотношением L/d=10-60.

Недостатки прототипа заключаются в том, что указанное соотношение L/d=10-60 имеет очень широкий диапазон при определении диаметра d и длины L торсиона и не учитывает энергетические показатели назначения для конкретного ВЗД и величины действующих в нем сил, что приводит к снижению прочности, устойчивости, повышению отрицательных нагрузок, действующих со стороны торсиона на сопряженные детали, и в связи с этим к снижению надежности и ресурса двигателя.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение ресурса и надежности двигателя, стабилизации рабочих технических характеристик ВЗД за счет оптимизации геометрических размеров торсиона.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что в винтовом забойном двигателе, содержащем секцию рабочих органов, включающую статор и эксцентрично расположенный внутри него ротор, шпиндельную секцию и внутренний соединительный узел, соединяющий обе секции, согласно изобретению внутренний соединительный узел в виде S-образно изогнутого торсиона, размещенного ниже ротора или внутри него, имеет рабочую длину L и диаметр d, заданные соотношениями:

Z — число зубьев ротора;

Е — модуль упругости, МПа;

ρ — удельный вес, кг/м 3 ;

G — осевая сила, Н;

n — частота вращения, с -1 ;

a, b — безразмерные параметры-координаты, задающиеся из внутренней части области устойчивости торсиона, ограниченной линиями: а=-3b+19; а=0; a=b; а=-b+4.

Кроме того, согласно изобретению торсион винтового забойного двигателя изготовлен из титана или титановых сплавов.

Предлагаемое изобретение в отличие от прототипа позволяет определить геометрические размеры торсиона (рабочую длину L и диаметр d) для конкретного двигателя с учетом показателей назначения (частоты вращения, осевой гидравлической силы, зависящих от расхода бурового раствора, габарита двигателя и кинематического отношения в рабочей паре ротор-статор) и механических свойств материала (модуля упругости, удельного веса) через безразмерные параметры-координаты а и b области устойчивости, что приводит к повышению ресурса и надежности двигателя.

Выполнение торсиона с геометрическими размерами (L, d), определенными с учетом показателей назначения и механических свойств материала через безразмерные параметры-координаты а и b из внутренней части области устойчивости торсиона, ограниченной линиями а=-3b+19; а=0; а=b, а=-b+4, позволяет уменьшить отрицательное воздействие нагрузок, действующих со стороны торсиона на сопрягаемые детали и узлы двигателя, и улучшить работу двигателя.

Выполнение ВЗД с торсионом из титана или титановых сплавов имеет преимущества: такой торсион более легкий, гибкий и упругий, с меньшей жесткостью на изгиб по сравнению со стальным торсионом при одинаковых геометрических размерах, что приводит к уменьшению воздействия отрицательных сил, стабилизации контакта зацепления в рабочей паре, уменьшению износа основных деталей, узлов и объемных утечек, увеличению ресурса, повышению надежности и в итоге всех технико-экономических показателей бурения.

Читать еще:  Чем заправлять двигатель tsi

Значения предельных величин прочности у стали и титана практически равные, но значения модуля упругости (2·10 5 МПа) и удельного веса (4,5 г/см 3 ) титана в два раза меньше, чем у стали. Следовательно, при работе ВЗД с торсионом из титана (титановых сплавов) так же кратно снизится отрицательное влияние изгибающего момента и перерезывающей силы, износ деталей двигателя. Таким образом, винтовой забойный двигатель будет работать более стабильно, длительно, сохраняя технические показатели назначения в рабочем режиме.

Изобретение поясняется иллюстрациями.

На фиг.1 показан винтовой забойный двигатель (частичный разрез) с торсионом, установленным ниже ротора.

На фиг.2 показан винтовой забойный двигатель с торсионом, расположенным внутри ротора.

На фиг.3 изображена область устойчивости торсиона, где a, b — безразмерные параметры-координаты.

Винтовой забойный двигатель (фиг.1 и 2) содержит секцию рабочих органов 1, шпиндельную секцию 2 и торсион 3. Секция рабочих органов 1 включает статор 4 и расположенный внутри него ротор 5. Статор 4 выполнен в виде стального корпуса 6 с привулканизированной внутри него резиновой обкладкой 7, имеющей винтовые зубья левого направления. Стальной ротор 5 имеет наружные винтовые зубья также левого направления, число которых на единицу меньше, чем у статора 4. Ось ротора О2 смещена относительно оси статора O1 на величину эксцентриситета е, равную половине высоты зуба. Торсион 3 является внутренним соединительным узлом деталей винтового забойного двигателя и выполнен металлическим — из стали или титана (титановых сплавов). Торсион 3 устанавливают ниже ротора 5 (фиг.1) или внутри него (фиг.2).

Винтовой забойный двигатель работает следующим образом.

Зубья ротора 5 и статора 4, находясь в непрерывном контакте, образуют замыкающиеся на длине шага статора 4 единичные камеры. Буровой раствор, поступающий в двигатель от насосов, проходит к долоту при провороте ротора 5 двигателя внутри обкладки 7 статора 4, который обкатывается по зубьям статора 4 под действием неуравновешенных гидравлических сил. При этом ротор 5 совершает планетарное движение: геометрически ось О2 ротора 5 вращается относительно оси O1 статора 4 против часовой стрелки (переносное движение), а сам ротор 5 поворачивается по часовой стрелке (абсолютное движение). За счет разности в числах зубьев ротора 5 и статора 4 переносное движение редуцируется в абсолютное с передаточным числом, равным числу зубьев ротора 5, что обеспечивает пониженную частоту вращения и высокий момент силы на выходном валу двигателя.

Шпиндельная секция 2 служит для восприятия гидравлических нагрузок, возникающих в секции рабочих органов 1, реакции забоя и радиальных нагрузок от долота при бурении.

Торсион 3 преобразует планетарное движение ротора 5 в соосное вращение выходного вала двигателя и служит для передачи крутящего момента и осевой гидравлической нагрузки, возникающих в рабочих органах, на выходной вал шпинделя.

При этом торсион 3 должен выдерживать сложное напряженно-деформируемое состояние от передаваемых сил и возникающих отрицательных сил из-за непостоянной ориентации ротора при работе двигателя и оказывать минимальные отрицательные воздействия на сопряженные с ним детали для уменьшения износа и предотвращения поломки.

Для выполнения предъявляемых к торсиону требований в предлагаемом изобретении геометрические размеры (рабочая длина L и диаметр d) торсиона определяются через безразмерные параметры-координаты из внутренней части области устойчивости торсиона.

Область устойчивости торсиона получена теоретическим путем из математических расчетов, в которых принималось, что во время работы двигателя торсион обращается вокруг основной оси двигателя с частотой, равной частоте обращения ротора. Обращение торсиона рассматривается как изгибные колебания, описываемые дифференциальным уравнением в частных производных, решение которого проводится с учетом схемы соединения ротора с валом шпинделя (для вертикального бурения и отклонителя) и условий закрепления концов торсиона и его первоначальной S-изогнутости — соединение не соосных деталей (граничные условия для расчетов на устойчивость).

После решения дифференциального уравнения относительно амплитуды колебаний и проведения необходимых преобразований получаем трансцендентное уравнение для определения устойчивости торсиона:

где а, b — безразмерные параметры-координаты.

Решение трансцендентного уравнения относительно а и b получено численным методом и графически изображено на фиг.3 в виде кривой I (KF). Для инженерных расчетов допустимо кривую I аппроксимировать в прямую линию II а=-3b+19. Линия III (OF) a=0, ограничивающая область устойчивости, соответствует работе ВЗД в тормозном режиме, когда осевая сила G максимальна, частота вращения выходного вала n практически равна нулю. Линия IV (ОК) получена из расчетов, которые показали, что эту пограничную прямую можно минимизировать как a=b, что соответствует зоне рабочего режима винтового забойного двигателя от холостого хода до режима максимального КПД. Исходя из предназначения торсиона и требований, предъявляемых к нему, базы данных многочисленных расчетов на устойчивость торсиона и напряженно-деформируемого состояния сопрягаемых с ним деталей, анализа стендовых характеристик двигателя была получена линия V (DN) a=-b+4, которая разграничивает общую область устойчивости OKF на зоны ODN и DKFN.

Установлено, что торсион с рабочей длиной L и диаметром d, рассчитанными через безразмерные параметры-координаты а и b из внутренней части области ODN, устойчив, обладает высоким запасом прочности, но при этом имеет повышенную жесткость на изгиб. В винтовом забойном двигателе при работе с таким торсионом будут возникать большие по величине отрицательные силы: перекашивающий момент и перерезывающая сила, следствием действия которых будет повышенный износ в рабочей паре, ухудшение энергетических показателей назначения, стабильности его работы, заниженный ресурс.

Анализ испытаний двигателей и математические расчеты показали, что торсион с рабочей длиной L и диаметром d, определенными через безразмерные параметры-координаты, взятые из внутренней части области устойчивости DKFN, является устойчивым, имеет достаточный запас прочности и оказывает минимальные отрицательные воздействия на сопрягаемые с ним детали.

Например, винтовой забойный двигатель Д 1-105, содержащий секцию рабочих органов с кинематическим отношением zp/zc, равным 5/6, (zp и zc — числа зубьев ротора и статора соответственно), секцию шпиндельную и торсион, расположенный внутри ротора (фиг.2), у которого рабочая длина торсиона L и диаметр d определены по предлагаемому изобретению.

В расчете геометрических размеров торсиона (L, d) винтового забойного двигателя Д 1-105 по предлагаемому изобретению учтены следующие исходные данные:

— расход бурового раствора Q=10, л/с;

— осевая сила G=45,9, кН, частота вращения вала n=3,8, с -1 (режим максимальной мощности);

— свойства материала (сталь): модуль упругости Е=2·10 5 , МПа, удельный вес ρ=7,85, кг/м 3 ;

— безразмерные параметры-координаты из области устойчивости DKFN_a=2, b=3,2.

В итоге получены значения:

L=1540 мм и d=36,5 мм.

С учетом конструкторских возможностей винтового забойного двигателя были приняты значения геометрических размеров торсиона винтового забойного двигателя Д1-105 рабочая длина L=1520 мм, диаметр d=36 мм.

Винтовой забойный двигатель Д1-105 востребован на буровых предприятиях, очень стабилен в работе, обладает высокой надежностью, вырабатывает полный ресурс 600 часов без замены торсиона.

Таким образом, торсион с геометрическими размерами (рабочей длиной L и диаметром d), определенными по соотношениям, приведенным в предлагаемом изобретении, выдерживает сложное напряженно-деформируемое состояние от передаваемых сил и возникающих отрицательных сил из-за непостоянной ориентации ротора при работе винтового забойного двигателя и, кроме того, оказывает минимальные отрицательные воздействия на сопряженные с ним детали для уменьшения износа и их поломки, что повышает ресурс и надежность ВЗД.

Винтовой забойный двигатель ВЗД

Производство и ремонт бурового оборудования и инструмента для ремонта скважин

Поможем в подборе аварийного оборудования

Оказываем услуги по ремонту и прокату оборудования

  • Описание

ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Винтовой забойный двигатель ВЗД является объемным мотором. Буровой раствор высокого давления через бурильную трубу входит в винтовый забойный двигатель, гидравлическая энергия преобразовывается в механическую энергию, ротор приводит главный вал и долото во вращение, действует долото, осуществляется цель бурения. Наша компания поставляет винтовые забойные двигатели ВЗД серии 2-3/8″—11-1/4″ серии LZ, или с различными размерами по специальным требованиям заказчиков.

В настоящее время кроме популярных прямых винтовых забойных двигателей, мы предлагаем и следующие типы винтовых забойных двигателей ВЗД:
1. Гнутый винтовый забойный двигатель: структурное сгибание под углом на корпусе направляющего вала винтового забойного двигателя для отклонения с разными кривинами. Имеются корпус отдельного гнутья и двойного гнутья.
2. Винтовый забойный двигатель с регулируемым углом: для разных коэффициентов отклонения гнутых винтовых забойных двигателей можно регулировать углы перегиба винтового забойного двигателя.
3. Удлиненный винтовый забойный двигатель: на основе обычного винтового забойного двигателя повышен класс мотора для увеличения крутящего момента винтового забойного двигателя, чтобы ускорить разбивание долотом пород.
4. Пустотелый винтовый забойный двигатель: для большого расхода выбуренных пород при бурении применяется пустотелый ротор с твердой легированной форсункой, таким образом, увеличен входной расход и повышен водяной привод долота.
5. Винтовый забойный двигатель с высоким отклонением: оригинальное проектирование, кратчайшая длина, точка изгибания ближе к долоту, коэффициент отклонения >1°/m.
6. Винтовый забойный двигатель для стойкого к насыщенному соляному раствору глинистого раствора: для долговременной работы винтового забойного двигателя в насыщенном соляном растворе применяется специальное покрытие, антикоррозийное и износостойкое.
7. Высокотемпературный винтовый забойный двигатель: для повышения стойкости резины статора винтового забойного двигателя к высокой температуре, для удовлетворения требований к бурению при высоких температурах в градиентных зонах высокой температуры земли, в глубоких скважинах, в сверхглубоких скважинах применяется качественная и жаростойкая резина для изготовления статора мотора, стойкость мотора к высокой температуре повышается до 160ºС.
8. Уплотнительный винтовый забойный двигатель с приводным валом: изменить обычный приводной вал с глинистым раствором для смазывания в уплотнительный приводной вал с маслом для смазывания, улучшить рабочие условия упорного и радиального подшипников, удлинить срок полезной службы цельного винтового забойного двигателя.

Читать еще:  Бесключевой запуск двигателя для мерседес

Конструктивные особенности винтовых забойных двигатели ВЗД

1. Блок клапана сброса

Клапан сброса состоит из поршня, муфты, пружины и т.д. Клапан имеет два положения:»открыто» и «Закрыто». При спускоподъемных операциях он находится в положении «открыто». Проходные каналы связывают затрубное пространство и бурильную колонну для обеспечения циркуляции раствора и для предотвращения выброса бурового раствора на ротор во время спускоподъемных операций.
При прохождении бурового раствора через устье клапана создается дифференциальное давление на концевых отверстиях, обеспечивающее толкающее усилие. Когда такое давление превышает усилие пружины и статическое трениепоршень клапана сброса опускается и пропускные каналы закрываются .При этом буровой раствор направляется в двигатель.
Энергия давленияпреобразуется в механическую энергию. Когда буровой насосостановлен или когда значение производительности недостаточно,дифферен циальное давление недостаточно для превышения усилияпружины и она возвращает поршень в положение «закрыто».

2. Компановка винтового забойного двигателя ВЗД

Винтовой двигатель ВЗД состоит из двух частей. Статор представляет собой трубу с покрытием из эластомера ВипаГ1. Резиновая полость в статоре имеет спирально винтовую форму. Ротор представляет собой стержень спиральновинтовой формы из прочного стального сплава с прочным хромовым покрытием для снижения трения и абразивного воздействия при вращении. Форма и размер ротора и статора обеспечивают надежный контакт. Точкивзаимного контакта образуют герметичный спиральный канал по оси двигателя.

При вращении ротора в статорегерметичная полость перемещается, обеспе чиваяпреобразование энергии. Это представляет собой основной принцип действия винтового двигателя. Роторы забойных двигателей имеют различный заходлопастей.
В целом, двигатель с однозаходной лопастью имеет преимущества в высокой скоростииболеенизкомкрутящеммоменте;многозаходныелопастныедвигателиимеет низкую скорость и высокий крутящий момент. Рабочее значение крутящего момента двигателей пропорционально перепаду давления на двигателе.
Таким образом, выходное значение крутящего момента контролируется давлением на буровом насосе (давление циркуляции + дифференциальное давление на двигателе]. Дифференциальное давление на двигателе не должно превышать установленных значений для предотвращения преждевременного износа забойного двигателя.
Теоретически скорость вращения прямопропорциональна объему жидкости, поступающей в спиральную полость. Контроль входного объема жидкости обеспечивает контроль скорости вращения.
Для повышения производительности винтового двигателя ВЗД без увеличения скорости вращения ротор некоторых забойных двигателей имеет полость со штуцером. Это позволяет увеличить производительность забойного двигателя, но при этом скорость вращения двигателя снижается вместе с увеличением нагрузки на долото (нелинейно). Следует уделить внимание соответствующему выбору и режиму

3. Компановка соединительного штока

Компоновка соединительного штока соединяется с нижней частью ротора и с верхней частью ведущего вала и служит для передачи вращения от двигателя к ведущему валу и долоту.
Она также компенсирует угловую несоосность эксцентрического движения ротора и концентрического движения ведущего вала. Гибкость компановки достигается применением двух противоположных соединений универсального типа.

4. Компановка подшипников

Компановка подшипников не только передает крутящий момент и скорость вращения двигателя надолото, но также принимает на себя осевые и радиальные нагрузки, возникающие в процессе бурения.

Основная структура компоновки представляет собой группу подшипников. Компоновка ведущего вала гидравлических забойных двигателей имеет различную структуру.
Стандартная компановка подшипников имеет верхний инижний подшипники из карбида вольфрама, группу нажимных шарикоподшипников между ними, что обеспечиваетприемистостькнагрузкеи длительность срока эксплуатации. Герметичный ведущий вал имеет сходную структуру.
Такая конструкция обеспечивает увеличение межремонтного срока эксплуатации двигателя за счет применения сальниковых уплотнителей, благода ря чему работа компановки подшипниковпроисходитвгерметичных условиях, и изолирует этот узел от попадания промывочной жидкости.
Верхнийинижнийрадиальныйподшипниккомпоновки ведущего вала витового забойного двигателя изготовлены из сплава СС. В середине расположены нажимные плоские подшипники РйС с высокой переносимостью нагрузки и длительным сроком эксплуатации.

Технические характеристики винтовых забойных двигателей ВЗД

Комплектование забойных двигателей ВЗД

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

Кривой переводник и корпус

Управляемый винтовой забойный двигатель состоит из следующих элементов и узлов:
Винтовой забойный двигатель ВЗД с изогнутым переводником (Его верхняя часть оснащена переводником с заданным углом, угол задаётся производителем в соответствии стребованиями клиента);
Винтовой забойный двигатель ВЗД с муфтой изменения угла (Корпус универсального вала одиночноизогнутый. Угол изгиба корпуса задаётся клиентом. Положение точки изгиба может размещаться в верхней или нижней части изогнутого корпуса. В целом, для одного и того же угла расстояние выноса нижней точки изгиба невелико и степень набора высока. Точка изгиба может располагаться в верхней части корпуса без специальных требований).
Двойной изогнутый корпус с одним направлением (Корпус универсального вала имеет два угла изгиба в одном направлении).
Двойной изогнутый корпус с разными направлениями (Корпус универсального вала имеет два угла изгиба в разных направлениях. Нижний угол искривления вдвое превышает верхний угол искривления. Такая конструкция имеет большой угол искривления и малое отклонение].
Изогнутый переводник и корпус с большим отклонением и одним направлением (Кривой переводник устанавливается в верхней части, а корпус универсального вала имеет один изгиб)

Кривой переводник и корпус

винтовой забойный двигатель с изогнутым переходником

винтовой забойный двигатель с одиночноизогнутым корпусом

Винтовые забойные двигатели ВЗД имеют гравированную маркировку в точке изгиба. Указывается значение угла в высшей точке изгиба для удобства работы

винтовые забойный двигатель с одиночноизогнутым корпусом с разными направлениями

винтовые забойный двигатель с изогнутым переводником с одним направлением

Управляемый винтовой забойный двигатель ВЗД может быть оснащен различными регулируемыми корпусами.

Сменный стабилизатор

Для удовлетворения различных требований управляемый винтовой забойный двигатель ВЗД может быть оснещен сменными стабилизаторами. Стабилизатор можно заменить в полевых условиях. .

— Соединение может быть специально сконструировано в соответствии с требованиями клиента, иначе оно изготавливается в стандартном варианте резьбового соединения.
— Указанные выше параметры следует использовать лишь как справочные.

ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ

Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ

В Перми освоено производство винтовых забойных двигателей для бурения нефтяных и газовых скважин

Заемщик Фонда развития промышленности — ООО “Гидробур-сервис” (входит в группу НьюТек Сервисез) — освоил новые технологии для производства винтовых забойных двигателей и начал в Перми серийный выпуск новых моделей для бурения нефтяных и газовых скважин. Стоимость проекта 180 млн рублей, из которых 90 млн рублей предоставлены ФРП в виде льготного займа. Планируется создать 55 рабочих мест. Успешная реализация проекта позволит предприятию вывести на рынок высокотехнологичное оборудование российского производства. Винтовой забойный двигатель — это объемный (гидростатический) роторный гидравлический механизм, предназначенный для бурения вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин, а также для капитального ремонта скважин и проводки боковых стволов.

Читать еще:  Цикл работы 2х тактного двигателя

  • Наша продукция
  • Презентации по направлениям
  • Инжиниринг
  • Консалтинг
  • Металлообработка
  • Моделирование
  • Разработки

По итогам реализации проекта планируется увеличить годовой объем выпуска винтовых забойных двигателей со 180 до 372 единиц в год, начиная с 2019 года. В рамках проекта планируется производство винтовых забойных двигателей наружным диаметром 95 мм, 106 мм, 120 мм, 178 мм, 240 мм.

Организация собственной производственной линии по гуммированию статоров позволит добиться высокого качества выпускаемой продукции и увеличения производственных мощностей предприятия, а также сокращения доли аутсорсинга в производственном процессе. Продукция проекта соответствует требованиям технических условий ТУ 3664-003-14673381-2016 по ГОСТ 12.2.003.

Справка:

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:

  1. Двигательного узла.
  2. Рабочей части.

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:

  1. Присутствие в рабочей жидкости абразивных твёрдых частиц и дополнительных примесей.
  2. 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.
  3. Превышение допустимых норм по температурным условиям в точке забоя, которые могут влиять на эластомер.
  4. Недостаточный прогрев рабочей пары при старте двигателя.
  5. Использование неправильного натяжения статор-ротор.

Рабочие органы ВЗБ

Винтовой забойный двигатель состоит из следующих рабочих органов:

  • шпиндельного узла;
  • регулятора угла.

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:

  1. Открытом, когда рабочие узлы смазываются рабочей жидкостью.
  2. 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

  1. 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.
  2. 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.
  3. При нагрузке на винтовой забойный двигатель в момент начала забоя происходит падение давления в системе, но со временем восстанавливается по мере раскручивания ротора.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.

Источники: http://ru-good.ru/, http://snkoil.com/

  • Наша продукция
  • Презентации по направлениям
  • Инжиниринг
  • Консалтинг
  • Металлообработка
  • Моделирование
  • Разработки

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector