Энергетические характеристики винтового забойного двигателя

Энергетические характеристики винтового забойного двигателя

Показатели отработки 28-ми ВЗД в Республике Казахстан

Средний межремонтный
период 281 часов

Новости

Предприятие приняло участие в 3-ей конференции «Импортозамещение», организованной ПАО «Варьеганнефтегаз». Выступление нашего представителя с докладом на одной из секций конференции «Бурение и заканчивание скважин» крайне заинтересовало представителей ПАО «Варьеганнефтегаз» и ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз». Достигнуто взаимопонимание с генеральными заказчиками о дальнейших шагах по внедрению инновационных продуктов, разработанных специалистами нашего предприятия.

ДР-178.NGT.7/8.64.M23

ВЗД ДР-178.NGT.7/8.64.M23 представляет собой новый универсальный гидравлический забойный двигатель для бурения нефтяных и газовых скважин шарошечными долотами, долотами PDC диаметром 212,7-250,8 мм :

Между шпинделем и винтовой парой установлен регулируемый искривляющий переводник с диапазоном регулировки от 0° до 2° или от 0° до 3°.

ВЗД комплектуется шпинделем с повышенным ресурсом работы более 300 часов. Шпиндель имеет осевую опору скольжения, рабочие поверхности которой выполнены из синтетического алмаза и радиальными твердосплавными опорами. ВЗД комплектуются импортными удлиненными рабочими парами с высоким ресурсом работы.

Благодаря очень короткому плечу до точки перекоса осей (всего 1856 мм) буровики смогут:

• производить спуско-подъемные операции в эксплуатационной колонне без существенного прижатия долота к внутренним стенкам;
• бурить боковые стволы сложного профиля, где требуется чередовать участки искривления ствола с интенсивностью более 5°/10 м и участки стабилизации с вращением бурильной колонны без подъема компоновки для смены угла перекоса.
• минимизировать риск оставления в скважине частей двигателя, т.к. все резьбы собираются с использованием клея Loctite и каждый двигатель комплектуется переводником безопасности.
• проводить большой объем работ одним двигателем (важно особенно в труднодоступных районах), поскольку межремонтный ресурс составляет около 300 часов.

Двигатель может быть укомплектован сменным центратором и переводником калибратора:

Переводник калибратора

Центратор

Техническая характеристика ВЗД

Энергетическая характеристика ВЗД

ДР-178.NGT.4/5.54.M15
ДР-178.NGT.4/5.54.M23

ДР-178.NGT.7/8.52.M15
ДР-178.NGT.7/8.52.M23

ДР-178.NGT.7/8.55.M15
ДР-178.NGT.7/8.55.M23

ДР-178.NGT.7/8.62.M15
ДР-178.NGT.7/8.62.M23

ДР-178.NGT.7/8.63.M15
ДР-178.NGT.7/8.63.M23

ДР-178.NGT.7/8.64.M15
ДР-178.NGT.7/8.64.M23

Совершенствование конструкции винтовых забойных двигателей на основе опыта строительства скважин малого диаметра

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 28.05.2018 2018-05-28

Статья просмотрена: 331 раз

Библиографическое описание:

Ташкалов, Э. М. Совершенствование конструкции винтовых забойных двигателей на основе опыта строительства скважин малого диаметра / Э. М. Ташкалов, А. Л. Петренко, Р. И. Халидуллин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 21 (207). — С. 89-92. — URL: https://moluch.ru/archive/207/50799/ (дата обращения: 28.08.2021).

На сегодняшнее время одна из важнейших проблем в производстве и эксплуатации винтового забойного двигателя является разрушение резиновой обкладки статора. Повреждения эластомерной обкладки ведут к значительному снижению энергетических характеристик двигателя вплоть до его полного отказа.

Во время работы двигателя ротор планетарно вращается внутри статора, постоянно соприкасаясь с его зубьями и образуя камеры высокого и низкого давления. Резиновые зубья статора при этом получают циклические деформации.

При бурении глубоких скважин с высокими температурами на забое на обкладку статора ВЗД одновременно воздействует высокое давление промывочной жидкости и температура. Так же, резина имеет высокий коэффициент температурного расширения. Под действием этих двух факторов происходит искажение проектного циклоидального профиля обкладки статора.

Все последние исследования ведутся в сторону улучшения энергетических характеристик ВЗД, а именно увеличение жёсткости винтовых зубьев рабочих органов и улучшении отвода тепла от резиновой обкладки. Рассматривается стандартная конструкция статора, представляющая собой металлический остов с внутренней цилиндрической расточкой и прикрепленной резиновой обкладкой, имеющей внутреннюю винтовую поверхность циклоидального профиля. Стандартная конструкция сравнивается с новой конструкцией статора, отличающейся тем, что металлический остов имеет внутреннюю винтовую поверхность циклоидального профиля и прикрепленную к нему резиновую обкладку. Известны следующие конструктивно-технологические решения по формированию внутреннего винтового профиля металлического корпуса статора:

– фрезерование внутренней поверхности трубной или цилиндрической металлической заготовки;

– ковка трубной металлической заготовки на винтовом сердечнике;

– литье металла в полость между корпусом и винтовым сердечником;

– пластическое деформирование методом обкатки роликами внутренней поверхности металлической заготовки;

– набор металлических пластин или сегментов с вырезанным циклоидальным профилем;

– установка в цилиндрический корпус тонкостенного винтового штампованного металлического вкладыша;

– установка в сердцевину резинового зуба металлического прутка.

– Для устранения конструкционных и эксплуатационных недостатков стандартной конструкции статора предложена новая конструкция в двух вариантах конструктивного исполнения (рис. 1.1) — статор ВЗД, состоящий из металлического остова с внутренним винтовым циклоидальным профилем и прикрепленной к нему упругоэластичной обкладкой постоянной толщины.

а — винтовая оболочка армирована металлическим цилиндрическим прутком

б — винтовая оболочка армирована теплопроводным наполнителем

Рис. 1 Фрагмент новой конструкции экспериментальных статоров ВЗД

Для армирования резинового зуба статора используется тонкостенная винтовая металлическая оболочка. Оболочка изготовлена методом гидроштампирования. Кольцевая полость между цилиндрическим корпусом и гидроштампованной оболочкой заполняется теплопроводным наполнителем. В данную полость возможна установка металлического цилиндрического прутка.

Изготовление статора с остовом с внутренним винтовым металлическим профилем и резиновой обкладкой, профиль которой эквидистантен циклоидальному профилю металлического остова, приводит к повышению жесткости винтового зуба статора. При увеличенной жесткости винтовой зуб статора имеет значительно сниженные перемещения под действием перепада давления промывочной жидкости в рабочих камерах героторного механизма и воздействием ротора, сохраняя при этом контактное взаимодействие рабочих органов. Уменьшаются утечки рабочей жидкости из камер высокого давления в камеры низкого давления. За счет снижения объемных потерь новая конструкция статора позволяет увеличить межвитковый перепад давления промывочной жидкости в рабочих камерах статора при его работе.

Момент на выходном валу двигателя напрямую зависит от межвиткового перепада давления в статоре:

(1)

P — перепад давления в PO, Па

V — рабочий объем,

При увеличении перепада давления в статоре возрастает крутящий момент на выходном валу двигателя. Так по сравнению со стандартным статором новый статор с винтовым зубом повышенной жесткости увеличивает крутящий момент ВЗД.

При уменьшении объемных потерь в РО появляется возможность использовать меньший натяг в зацеплении без увеличения их длины и ухудшения энергетических характеристик, что должно снизить износ поверхностей скольжения ротора и статора, уменьшить механические потери на трение в механизме, а также уменьшить давление запуска двигателя.

Другим положительным моментом использования новой конструкции статора ВЗД является возможность уменьшения длины зацепления его РО без увеличения натяга в зацеплении и ухудшения энергетических характеристик.

Значительное уменьшение протоков промывочной жидкости из рабочих камер двигателя, образованных винтовыми поверхностями ротора и статора, должно уменьшить падение оборотов ротора при возрастающем тормозном моменте на него или, другими словами, улучшить нагрузочную характеристику героторного механизма (сделать её более «жесткой»). Зависимость частоты вращения ротора от увеличения тормозного момента на выходном валу двигателя на графике становится более пологой, как показано на рис. 1.8.

Рис. 2. Нагрузочная характеристика статоров габарита 95 мм сопоставимой длины с кинематическим отношением 5/6 при расходе 8 л/с

При бурении скважин винтовым забойным двигателем со статором новой конструкции его более жесткая нагрузочная характеристика обеспечивает значительно меньшее снижение частоты вращения ротора при увеличивающемся тормозном моменте на вал, который может возникнуть, например, при сужении ствола во время проработки скважины или увеличенной осевой нагрузке на забой. Также более жесткая нагрузочная характеристика нового статора позволит более точно регулировать частоту вращения выходного вала ВЗД изменением расхода промывочной жидкости на буровых насосах.

Помимо таких явных преимуществ как повышение крутящего момента для эффективного использования долот РБС, уменьшения длины статора и уменьшения натяга в зацеплении рабочих органов применение новых статоров за счет повышения мощности привода позволит снизить энергозатраты при бурении скважин. Новый статор может использоваться с той же эффективностью углубления скважины, что и стандартный статор, но при этом затрачиваться будет часть от его максимальной мощности в то время, как стандартный будет работать на полную мощность. Другими словами, новый статор позволит работать при меньшем расходе рабочей жидкости, буровые насосы будут работать при меньшей производительности, что обуславливает экономическую эффективность.

Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

• All
• Casing design theory and practice
• Drilling engineering
• Gasification
• Handbook of Cellulosic Ethanol
• Vergasungstechnik
• Wood gas as engine fuel
• Альтернативная энергетика без тайн
• Альтернативные источники энергии и энергосбережение
• Бассейны, водоемы и пруды
• Биогаз на основе возобновляемого сырья
• БИОЭНЕРГЕТИКА:. мировой опыт и прогноз развития
• Биоэнергия: технология, термодинамика
• БІОЕНЕРГЕТИЧНІ УСТАНОВКИ ОБЛАДНАННЯ ТА ТЕХНОЛОГІЇ ПЕРЕРОБКИ. ОРГАНОВМІСНИХ ЕНЕРГОРЕСУРСІВ
• Благоустройство загородного участка
• Бурение
• Бурение н оборудование гидрогеологических скважин
• Бурение разведочно — експлуатационой скважины
• Бурение разведочных скважин
• Бурение скважин
• БУРЕНИЕ СКВАЖИН В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
• Бурение скважин на воду
• БУРЕНИЕ СКВАЖИН ПРИ РАЗВЕДКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
• БУРОВЫЕ УСТАНОВКИ ЗИФ-650М, ЗИФ-1200МР И БСК-2М2-100
• Бытовые насосы
• Виогаз
• Вода в металлургии
• ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО
• Водопровод, сантехника, трубы
• Водоснабжение, водопотребление
• ВОДОХРАНИЛИЩА
• ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
• ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ. ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
• Все о воде
• Геолого-технологическис исследования в процессе бурения
• ЕНЕРГЕТИЧНІ ТА ЕКОЛОГІЧНІ. АСПЕКТИ
• Естественная энергетика
• Естественная энергетика
• Заключение
• Инженерные основы новой энергетики
• ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ ПРИ БУРЕНИИ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН
• ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ
• Источники Энергии
• ИСУ
• Колодцы и скважины
• Курс бурильщика колонкового кернового бурения
• МЕХАНИКА В РАЗВЕДОЧНОМ БУРЕНИИ
• Мікробіологічні аспекти перероблення органічних відходів
• Нетрадиционные источники энергии
• Океан как динамическая система
• Определение наружных давлений
• ОПЫТ БУРЕНИЯ СКВАЖИН НА ВОДУ
• ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ЭКОНОМИКА БУРЕНИЯ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН
• ОСЛОЖНЕНИЯ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН (ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ, ЛИКВИДАЦИЯ)
• Отопление
• ОХРАНА И МОНИТОРИНГ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД СУШИ
• Пассивные кондиционеры
• ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В РОССИИ. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В РОССИИ
• Понятие о скважине
• ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ И ЛИКВИДАЦИЯ ПРИХВАТОВ ТРУБ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН
• Предупреждение самопроизвольного искривления скважин
• ПРИБОРЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССОВ БУРЕНИЯ
• Прибрежное бурение Краснодарского края
• ПРОМЫВОЧНЫЕ ЖИДКОСТИ И ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ
• Промышленные насосы
• РАЗВЕДОЧНОЕ БУРЕНИЕ
• Разное
• Разные статьи
• РАСЧЕТ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ БУРЕНИЯ СКВАЖИН
• РАЦИОНАЛЬНАЯ ОТРАБОТКА И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ШАРОШЕЧНЫХ ДОЛОТ
• Системы воздушного отопления
• СПЕЦИАЛЬНЫЕ РАБОТЫ ПРИ БУРЕНИИ И ОБОРУДОВАНИИ СКВАЖИН НА ВОДУ
• Справочник бурильщика
• СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ БУРЕНИЯ СКВАЖИН
• Сточная канава, чистка стоков
• ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ БУРЯЩИХСЯ СНВАЖИН
• ТЕОРИЯ, КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ ЛОКОМОБИЛЯ
• Тепловое оборудование
• ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНІ УСТАНОВКИ. ТА ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ. ВИРОБНИЦТВА ЕНЕРГІЇ
• ТЕПЛООБМЕН ПРИ БУРЕНИИ МЕРЗЛЫХ ПОРОД
• Термогидравлика при бурении скважин
• Техническая литература по бурению
  • Учебник инженера: Бурение горизонтальных скважин (1998г.)
• Техническое проектирование колонкового бу­рения
• ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ
• Технология и техника разведочного бурения
• Фундаментальные открытия кванта пространства-времени. и сверхсильного электромагнитного взаимодействия
• Экологическая техника
• ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ
• Электро-химические генераторы
• Энергосбережение

Винтовые забойные двигатели. Назначение и область применения. Гидромеханика винтовой пары

Двигатели винтовые предназначены для бурения вертикальных, наклонно-направленных нефтяных и газовых скважин, для зарезки боковых стволов, горизонтального бурения и капитального ремонта с использованием в качестве рабочей жидкости воды и бурового раствора плотностью не более 1,4·103 кг/м3 при забойной температуре не выше 100 0С.

ВЗД – гидравлические двигатели, которые используют гидростатический напор ПЖ для вращения вала

Рабочим органом ВЗД явл винтовая пара: статор(1) и ротор(2); Статор представляет собой металл. трубку, к внутренней пов-ти которой привулканизирована резиновая обкладка, имеющая 10 винтовых зубьев левого напр., обращенных к ротору; Ротор выполнен из высоколегированной стали с 9 винт. зубьями левого напр. и расположен относительно оси статора эксцентрично. При движении ПЖ ротор обкатывается по зубьям статора и сохраняет при этом непрерывный контакт ротор-статор по всей длине. В связи с этим обр. полости высокго и низкого давления и осуществл. рабочий процесс двигателя. Вращающий момент от ротора передается на вал шпинделя, к которому прикрепляется долото

— шпиндель – фиксация вала в корпусе, восприятие и передача

разл. осевых и радиальных нагрузок

— при бурении Т г/п проходка на долото ↑ в

— проста конструкция, ↓стоимость

— ↑Mкр и меньшей скоростью вращения вала

— более высокое КПД

— возможность контроля нагрузки на долото по давлению

— быстрый износ внутр. пов-ти корпуса

— бурение ОТ/Т/М г/п разл. абразивности

— забуривание вторых стволов скв.

— использ с гидромон. долотами

38.39 01 Энергетические характеристики гидравлических забойных двигателей. Режим работы.

Энергетическая характеристика турбобура

РЕЖИМЫ РАБОТЫ

Режим M N P N η

Тормозной MT 0 PT 0 0

Экстремальный Max

Оптимальный Max

Холостой Nx Px 0 0

Энергетическая характеристика винтового двигателя

Крутящий момент, Н. м (кгс. м) M

Частота вращения, с-1 (об/мин) N

Перепад давления, МПа (кгс/см2) P

Мощность, кВт (л. с.) N

Коэф. полезного действия (КПД),% η

Расход бур. раствора, м3/с (л/с) Q

Плотность бур. раствора, кг/м3 (г/см3) ρ

39.Режим работы турбобура и ВЗД

Энергетическая характеристика турбобура

А — зависимость крутящего момента M от частоты вращения n.

Б — зависимость перепада давления P от частоты вращения n.

1 – турбина нормальноциркулятивного типа;

2 – турбина высокоциркулятивного типа;

3 – турбина низкоциркулятивного типа.

В — зависимости мощности N и КПД от частоты вращения

Энергетические характеристики винтового забойного двигателя

ВИНТОВЫЕ ЗАБОЙНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Типы ВЗД производства ООО «РСБ Сервис»:

• Двигатели прямые;
• Двигатели с регулятором угла.

Обозначение винтового забойного двигателя:

ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ ВЗД

1. Верхнее ловильное устройство служит для исключения оставления в скважине частей двигателя при поломке его корпусных деталей.

Двигательная секция предназначена для преобразования энергии движущегося потока промывочной жидкости во вращательное движение ротора. В состав рабочей пары входят ротор и статор.

2. Карданный вал служит для передачи планетарного вращения эксцентрично расположенного ротора, в осевое вращение вала шпиндельной секции.

Регулятор угла или кривой переводник предназначены для придания двигателю необходимого угла искривления.

3. Шпиндельная секция служит для восприятия гидравлических нагрузок, реакции забоя и радиальных нагрузок от долота при бурении.

Нижнее ловильное устройство служит для исключения оставления в скважине частей двигателя при поломке его внутренних деталей.

ДВИГАТЕЛЬНАЯ СЕКЦИЯ

• Высокое качество применяемых материалов обеспечивает долговечность двигательных секций и минимизацию аварийности во время бурения;
• Проектирование оптимального профиля, достижение расчетного натяга в зацеплении ротор-статор дают возможность обеспечивать заявленные характеристики на протяжении длительного срока эксплуатации;
• Использование секций двигательных разной длины и разной заходности (зацепление ротор-статор) позволяют обеспечить требуемые характеристики для различных долот.

По профилю обкладки статора двигательные секции различаются:

• Стандартные (с зубчатым профилем обкладки статора);
• Профилированные (с равномерной обкладкой статора).

По условиям эксплуатации двигательные секции различаются:

• Для стандартных условий бурения — с высококачественным эластомером обкладки статора и хромовым покрытием ротора.
• В качестве бурового раствора используется техническая вода или растворы с плотностью до 1,5*10³ кг/м³;
• забойная температура — до 120°С;
• массовое содержание абразива – до 1%;
• массовое содержание хлорид-ионов до 50 кг/м³;
• массовое содержание нефтепродуктов до 10%;

• Для солевых растворов с высокой концентрацией хлорид-ионов (более 50 кг/м³) используются роторы с покрытием из твердых сплавов (карбид вольфрама);
• Для бурения скважин с высокой температурой на забое (до 180°С) используются статоры с термостойкими эластомерами;
• Для повышенного содержания в буровых растворах нефтепродуктов, более 10%, используются статоры с эластомерами с повышенной стойкостью к нефтепродуктам;
• Для бурения скважин с использованием аэрированных растворов. При изготовлении статоров применяются специальные эластомеры.

КАРДАННЫЙ ВАЛ

Использование чехлов без хомутов упрощает сборку, разборку и замену деталей вала карданного.

Увеличенное количество шаров обеспечивает повышение ресурса работы, возможность выдерживать большие нагрузки, снижение наработки тангенциального люфта.

РЕГУЛЯТОР УГЛА

Регулятор угла перекоса имеет пяту, армированную твердосплавными зубками в месте соприкосновения со стенкой скважины.

Возможна замена на прямой переводник или переводник с фиксированным углом перекоса.

Стандартный диапазон установки углов перекоса 0°-2,5°. По требованию заказчика возможно изготовление регулятора угла с углом перекоса до 3,0°.

СЕКЦИЯ ШПИНДЕЛЬНАЯ

Секция шпиндельная предназначена для восприятия осевых и радиальных нагрузок, действующих на двигатель, и состоит из: корпуса, вала, многорядного шарикового радиально-упорного подшипника, верхней и нижней твердосплавных радиальных опор.

Особенности конструкции секции шпиндельной:

• Уменьшенная длина обеспечивает высокую интенсивность набора угла при бурении наклонных участков;
• Максимально технологичный процесс разборки, сборки и замены узлов секции шпиндельной;
• Увеличенный межремонтный период и срок службы деталей.

ОПОРЫ РАДИАЛЬНЫЕ

В качестве верхней и нижней радиальных опор используются втулки скольжения с твердосплавными вставками из карбида вольфрама (возможно применение резинометаллических опор).
Оптимальное расположение нижней радиальной опоры приводит к снижению радиальных нагрузок и увеличению ресурса.

ПОДШИПНИКИ УПОРНО-РАДИАЛЬНЫЕ

Для восприятия осевых нагрузок применяются многорядные шариковые радиально-упорные подшипники с увеличенной динамической грузоподъёмностью;

Все детали секции шпиндельной производятся из высококачественной стали.

ПРОТИВОАВАРИЙНЫЕ УСТРОЙСТВА

Верхнее противоаварийное устройство предназначено для исключения оставления в скважине частей двигателя при поломке его корпусных деталей. В случае поломки корпуса вес частей двигателя ниже слома передаётся последовательно на вал шпинделя, вал карданный, ротор, шпильку ловильную, гайку и торец переводника верхнего (ловильного).

Нижнее противоаварийное устройство предназначено для исключения оставления в скважине частей двигателя при поломке вала карданного, вала секции шпиндельной.