Sw-motors.ru

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

Применение забойных винтовых гидравлических двигателей при бурении интервалов геологоразведочных скважин

Применение забойных винтовых гидравлических двигателей при бурении интервалов геологоразведочных скважин.

Геологоразведочное бурение (как и бурение эксплуатационных скважин на нефть, газ и воду) – это механическое вращательное бурение. Даже при применении ударных импульсов для разрушения породы на забое скважины, вращательное движение породоразрушающего инструмента является обязательным. Вращение в геологоразведочном бурении создается вращателем бурового станка и передается на ПРИ колонной бурильных труб. Вращение бурильной колонны является серьезной проблемой вращательного бурения: — значительные затраты мощности, пропорциональные глубине скважины и практически квадрату частоты вращения, износ и обрывы достаточно дорогих бурильных труб, возникновение вибрации при высоких оборотах, влияние на искривление оси скважины.

Изначально буровики искали возможности обеспечить вращение ПРИ без вращения бурильной колонны. В двадцатые годы прошлого века в нашей стране был разработан работоспособный забойный двигатель – турбобур.Однако турбобур, будучи гидравлическим двигателем динамического действия, мог работать только на сравнительно высоких оборотах (600 – 800 об/мин), что вызывало проблемы с износом шарошечных долот. Малогабаритные турбобуры пригодные для геологоразведочного бурения были изготовлены в восьмидесятые годы прошлого века в Китайской Народной Республике. Турбобур имел диаметр 52 мм, развивал 2600 об/мин и мощность 7,2 кВт и обеспечил бурение разведочных скважин глубиной до 880 м. с производительностью более высокой, чем обычное алмазное бурение. В нашей стране в те же годы турбобур для бурения разведочных скважин диаметром 76 мм был изготовлен и успешно испытан энтузиастом этого дела В. Большаковым. Однако дальнейшее развитие и внедрение бурения геологоразведочных скважин малогабаритными турбобурами не получило применения, по-видимому из-за дороговизны и сложности эксплуатации в геологоразведочных условиях, невозможности совмещения со снарядами ССК.

В нефтяном бурении серьезный прорыв во внедрении бурения с забойными двигателями произошел при создании забойных гидравлических винтовых двигателей. Эти двигатели объемного действия, развивают умеренную частоту вращения (150 – 300 об/мин) и большой крутящий момент и, в отличие от турбобуров, успешно работают с шарошечными долотами. Наряду с винтовыми гидравлическими двигателями для бурения нефтяных скважин, нефтяники разработали и малогабаритныевинтовые двигатели с диаметром корпуса 54 и 70 мм для разбуривания парафиновых пробок внутри нефтеподъемных труб. Размеры этих двигателей идеально подходили для геологоразведочного бурения, где наиболее распространены диаметры скважин 59 и 76 мм. Однако оказалось, что при использовании, применяемых в геологоразведке буровых насосов мощность, развиваемая этими двигателями, недостаточна для бурения на рациональных режимах. Так двигатель Д-54развивает максимальную мощность до5 кВт и максимальную частоту вращения до 500 об/мин при подаче жидкости с расходом 180 л/мин и при перепаде давления на двигателе 4,0 мПа. Учитывая гидравлические сопротивления в циркуляционной системе скважины, такие параметры можно получить только при использовании самого мощного бурового насоса геологоразведочного бурения НБ 320/100 и при не очень большой глубине скважины. Расчет забойной мощности по формуле: Nзаб. = 10 -4 ·β·Fос.·r∙n, где β = (μ + А·hоб), обобщенный коэффициент сопротивления, для алмазного бурения β ≈ 0.4,приFос. = 10 кН, для D=59 мм где r= 0,03, показывает:

5квт= 10 -4 ·0,4·10 4 ·0,03·n = 0,012·n, что мощности двигателя Д-54 достаточно лишь для бурения при Fос. = 10 кН, с частотой вращения до 410 об/мин. Это значит — возможно бурение на пониженном режиме при максимально возможной гидравлической мощности насоса.

И расчеты и практика показали, что использовать забойные гидравлические двигатели для обычного геологоразведочного бурения не целесообразно и не рентабельно.

Еще при начале турбинного бурения нефтяных скважин было отмечено, что отсутствие вращения бурильной колонны, создает отличные условия для направленного бурения! Над турбобуром или другим забойным двигателем устанавливается «кривой» переходник, колонна ориентируется в нужном направлении и далее вращается долото или коронка, а колонна с кривым переходником и корпусом забойного двигателя не вращаются, повернуты в заданном направлении, куда и отбуривается ствол скважины с заданной интенсивностью.

Именно такое применение и получили забойные гидравлические двигатели в геологоразведочном бурении – для отбуривания отдельных участков скважин в заданном направлении и с заданной интенсивностью при направленном или многозабойном бурении. Для этих целей бурение может вестись и на пониженных значениях параметров режима бурения – выигрыш в качестве за счет некоторого проигрыша в производительности.

Дата добавления: 2016-06-18 ; просмотров: 1824 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Методическая разработка по теме: «Особенности режима бурения ВЗД»
учебно-методический материал на тему

Скачать:

ВложениеРазмер
osobennosti_rezhima_bureniya_vzd.doc59.5 КБ

Предварительный просмотр:

Лекция №8.5., дисциплина ТБНГС для специальности 130504 «Бурение НГС» групп 3Б.

Лит-ра: Ю. В. Вадецкий «Бурение нефтяных и газовых скважин» М «Недра»1993

Особенности режима бурения винтовыми (объемными) забойными двигателями

Общие сведения. Назначение винтового (объемного) забойного двигателя такое же, как и турбобура,- бурение скважин в различных геологических условиях, В 1962 г. американской фирмой «Смит Тул» был создан винтовой двигатель «Дайна-Дрилл», представляющий собой обращенный одновинтовой насос, изобретенный французским инженером Р. Муано в 1930 г. Характеристика двигателя «Дайна-Дрилл» незначительно отличается от характеристики современных турбобуров. Его эксплуатационные данные оказались более подходящими для наклонного бурения, что и определило его широкое распространение за границей в этой области бурения.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

При выборе рациональных параметров режима бурения винтовым забойным двигателем необходимо учитывать следующие особенности его характеристик: пропорциональность частоты вращения расходу бурового раствора; сравнительно «жесткую» скоростную характеристику под нагрузкой (в зоне устойчивой работы двигателя от режима холостого хода до режима максимальной мощности частота вращения падает на 15-20%); линейную зависимость перепада давления на двигателе от момента на долоте.

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

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

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

Винтовые Забойные Двигатели

Винтовые забойные двигатели (ВЗД) downhole drilling motors

Винтовые забойные двигатели (Гидравлические 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. Применяется в нефтегазовой и нефтегазодобывающей областях, ГНБ.

Винтовой забойный двигатель (англ.: downhole drilling motors; нем.: Воhrlochschraubenmotor, Strebschrau- benmaschine; франц.: moteur d’attaque heliсоidal; итальянск.: motor de atague heliсоidal) — гидравлический забойный двигатель объёмного типа, рабочие органы которого выполнены по схеме планетарного механизма, приводимого в действие за счёт энергии промывочной жидкости. 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.

Диаметр винтовых забойных двигателей обычно составляет 43-240 мм и применимы в бурении и капитальном ремонте скважин.

Мы поставляем двигатели от 43 до 240 мм различных модификаций, как с регулируемым углом, так и прямые.

Винтовые забойные двигатели Ø 43-85 мм

Винтовые забойные двигатели Ø 95 мм

Винтовые забойные двигатели Ø 106 мм

Винтовые забойные двигатели Ø 120 мм, 127 мм, 165 мм

Винтовые забойные двигатели Ø 176-178 мм

Винтовые забойные двигатели Ø 195 мм

Винтовые забойные двигатели Ø 240/195 мм

Винтовые забойные двигатели Ø 240 мм

Технические характеристики, отпускные цены и условия поставки Вы можете уточнить в отделе продаж нашей компании.

Новости

Распродажа бурголовок по необычайно низким ценам.

Универсальное лопастное буровое долото 190,5 мм (7 1/2) присоеденительная резьба З-117 для:
Строительства.
Бурения на воду.
И других целей бурения.

С 01.12.2020 г. изменился адрес для корреспонденции.

Новый адрес для писем:
195279, Санкт — Петербург, а/я 155

195279, Russia, Saint Petersburg, BOX 155

подробнее. 01.09.2020
Долото 393,7 С-ЦВ
подробнее. 11.10.2019
Запасные части к насосам и насосным агрегатам на основе НБ32 и НБ50

подробнее.

Турбинно-винтовые забойные двигатели

Модульные турбинновинтовые забойные двигатели (ТНВ) — новая концепция забойного привода породоразрушающего ин­струмента.

ТНВ органично сочетает на­дежность, свойственную турбобу­рам, и высокий уровень соотноше­ния «момент силы — частота враще­ния» (М/«), свойственный винто­вым забойным двигателем (рис. 5.18; табл. 5.13).

При работе на малоабразивной жидкости двигатели ТНВ способны безотказно работать 400 — 550 часов.

Двигатели ТНВ выполняются с наружным диаметром 172, 195 и 240 мм.

С помощью этих двигателей производится проходка сплошным забоем прямолинейных и искрив­ленных участков скважин. Кроме того, ими можно осуществлять при­вод керноотборных устройств при отборе керна.

Применение двигателей ТНВ рекомендуется при температуре про­мывочной жидкости до 110 °С, плот­ности до 1700 кг/м и содержании углеводородных соединений до 5%. Конструктивно двигатели ТНВ выполнены на базе трех узлов: шпинделя, турбинной секции и винтового модуля. Конструкцией пре­дусмотрены различные варианты агрегатирования указанных узлов. Их монтаж может производиться как в условиях цеха, так и на буро­вой. В зависимости от ситуации могут быть собраны следующие ком­поновки: шпиндель + винтовой модуль; шпиндель + турбинная секция; шпиндель + турбинная секция + винтовой модуль.

От режима холостого хода (нулевой момент силы) до рабочего режима частота вращения вала снижается в пределах 10 %, а рост пе­репада давлений не превышает 30 %

Электробур

Наряду с гидравлическими машинами разрабатываются и элек­трические — электробуры. Электробур — это электрическая забойная машина, своеобразный электродвигатель, смонтированный в трубном корпусе малого диаметра и предназначенный для привода долота на забое скважины.

Современный электробур представляет собой, как правило, асин­хронный маслонаполненный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Впервые в 1899 в России был запатентован электробур на канате. В 30-х гг. в США прошел промышленные испытания электробур с яко­рем для восприятия реактивного момента, опускавшийся в скважину на кабеле-канате. В 1936 в СССР Квитнером и Н.В. Александровым разработана конструкция электробура с редуктором.

Конструкция промышленного электробура была разработана в 1937 — 1940 гг. группой инженеров (А.П. Островский, Н.В. Александ­ров, Ф.Н Фоменко, A.JI. Ильский, Н.Г. Григорян и др.). В 1940 в Баку электробуром пробурена первая скважина. В 1951-52 в Башкирии при бурении нефтяной скважины по предложению А.А. Минина, А.А. По- гарского и К.А. Чефранова впервые применили электробур знакопере­менного вращения для гашения реактивного момента, опускаемый на гибком электрокабеле-канате. Последующие опытно-конструкторские работы позволили значительно модернизировать электробур по срав­нению с первыми образцами: была создана безредукторная машина, мощность на валу электробура была увеличена в 2 — 3 раза (от 70 до

120 — 230 кВт) и наряду с этим уменьшен наружный диаметр. Серийное производство электробуров в нашей стране налажено с 1956 г.

Конструктивная схема электробуров первых серийных выпусков и основном сохранена и в современных электробурах. Современный >лектробур представляет собой забойную машину, состоящую из элек­тродвигателя и шпинделя. Для уменьшения скорости вращения вала между электродвигателем и шпинделем может быть вмонтирован ре­дуктор-вставка. Корпус электробура приспособлен, как и у турбобура, для захвата его элеватором и для соединения с бурильной колонной. К нижнему концу вала шпинделя присоединяется долото.

Параметрический ряд электробуров состоит из семи диаметров: 164, 170, 185, 215, 240 и 290 мм. Длины электробуров колеблются от 10 до 14 м. Обозначения электробуров, например, Э164-8: Э — электро­бур; 164 — диаметр корпуса, мм; 8 — число полюсов электродвигателя. В конце шифра могут стоять буквы М — модернизация и Р — электробур с редуктором-вставкой. Шпиндель обозначается как Ш164.

Обозначение электродвигателя содержит сведения о наружном диаметре корпуса, общей длине магнитопровода с длиной немагнито- нроводных пакетов и о числе полюсов. Например, маркировка МАП1-17-658/6 расшифровывается следующим образом: МАП — мотор асинхронный погружной, 1 — для электробура, 17 — наружный диаметр корпуса в см; 658 — общая длина магнитопровода и немагнитных паке­тов статора в см, 6 — число полюсов.

В электробуре применен маслонаполненный трехфазный асин­хронный электродвигатель, размещенный в трубном корпусе. Статор двигателя собран в цилиндрических корпусах, соединенных между собой на конических резьбах. В пазах статора заложена стержневая обмотка, верхние концы которой соединены с контактным стержнем, соединяющим ее с системой токоподвода.

Ротор двигателя выполнен секционным и многоопорным. Длина магнитопровода каждой секции в зависимости от диаметра двигателя принята в пределах 400 — 500 мм. Величина зазора между статором и ротором составляет 0,4 — 0,6 мм, что обеспечивает достаточную надеж­ность работы двигателя с учетом начального эксцентриситета осей статора и ротора, износа подшипников и жесткости вала. Вал электро­двигателя, имеющий по всей длине один диаметр, установлен на ша­рикоподшипниках, опирающихся непосредственно на расточки немаг- нитопроводных пакетов статора. Осевая опора ротора выполнена в виде двухрядных шариковых подшипников, установленных на нижнем конце вала и рассчитана на усилие только от массы ротора. Нижний конец вала электродвигателя соединяется при помощи зубчатой муфты и шарнирной уплотняющей втулки с валом шпинделя или редуктора- вставки. Внутренняя полость двигателя заполнена электрически ней­тральным маслом.

Маслонаполненный (смазочное масло) шпин­дель служит для восприятия реакции забоя при создании нагрузки на долото.

Выпускаемый промышленностью электробур включает трехфазный асинхронный маслонапол­ненный двигатель А и маслонаполненный шпин­дель Б на подшипниках качения (рис. 5.19 и 5.20).

В трубном корпусе электробура помещены пакеты магнитопроводной стали статора 6, они разделены пакетами немагнитопроводной стали в местах расположения радиальных шариковых опор ротора. Пакеты ротора 7 с алюминиевой об­моткой насажены на полом валу двигателя 5. Ро­тор располагается в статоре с зазором 0,5 — 0,6 мм на сторону. Внутренняя полость двигателя запол­няется сухим изоляционным маслом. От внешней среды внутренняя полость двигателя изолируется верхним 4 и нижним 8 сальниками. В сальники подается машинное масло. Для компенсации уте­чек масла через сальники и поддержания некото­рого избыточного давления внутри двигателя, препятствующего попаданию промывочной жид­кости внутрь, в верхней части электробура в луб- рикаторной головке размещаются лубрикаторы двигателя 3 и сальника 2. Внутри верхнего пере­водника проходит кабельный ввод от контактного стержня 1 до обмотки статора. Для восприятия веса вала в нижней его части над нижним сальни­ком установлен упорный шариковый подшипник. Осевые нагрузки на породоразрушающий инстру­мент полностью воспринимаются осевой опорой шпинделя и на вал двигателя не передаются.

Снизу к двигателю присоединяется шпиндель. В шпинделе находит­ся многорядная осевая опора на шариковых подшипниках 10. Полый вал центрируется в корпусе с помощью роликовых и шариковых подшипни­ков. Вал шпинделя соединен с валом двигателя посредством соедини­тельной зубчатой муфты 9, в месте соединения валов находится шарнир­ное уплотнение для изоляции внутреннего пространства от промывочной жидкости, поступающей к забою по внутреннему каналу в валу двигателя и шпинделя. В нижней части шпинделя помещено сальниковое уплотне­ние 12. Шпиндель заполняется густым машинным маслом и оснащен луб­рикатором 11. Избыточно давление лубрикатор создает за счет усилия сжатой пружины, которая давит на поршень, а под поршнем находиться резерв масла, восполняющий его потери из шпинделя.

Асинхронные двигатели для электробуров имеют жесткую харак­теристику, т.е. диапазон изменения их частоты вращения довольно ограничен. Ее изменение зависит от скольжения ротора относительно поля статора:

где п — частота вращения ротора двигателя; nп — частота вращения маг­нитного поля статора ,f- частота тока, р — число пар полю­сов; двигатели выпускаются 10, 8, и 6-полюсными); s — скольжение, при номинальной нагрузке скольжение

В электробуре, вращающий момент двигателя прямо пропорцио­нален квадрату напряжения на вводе двигателя. Снижение напряжения приводит к заметному падению вращающего момента. В связи с этим необходимо учитывать потери напряжения в токоподводе от поверх­ности к двигателю, а падение напряжения при кратковременных пере­грузках двигателя рекомендуется компенсировать некоторым повыше­нием напряжения на вводе двигателя на 5 — 10 % против номинально­го. Номинальное напряжение на клеммах электробуров 1000 — 1200 В в зависимости от типа двигателя.

Буровой раствор проходит через электробур к долоту по цен­тральному каналу в валах двигателя и шпинделя. С помощью лубрика­тора поддерживается давление масла на 0,1 — 0,3 МПа больше давления раствора в скважине.

Электрическая энергия, подаваемая на буровую по линии элек­тропередач, поступает в распределительное устройство высокого на­пряжения (рис. 5.21). Отсюда она через понижающий трансформатор и станцию управления по наружному кабелю подается на токоприемник. Последний передает энергию на кабель, расположенный внутри бу­рильных труб. По кабелю энергия поступает к электробуру и преобра­зуется в механическую энергию вращения долота. Кнопки и приборы управления вынесены на пульт, с которого бурильщик управляет рабо­той электробура. Для опускания бурильной колонны в процессе буре­ния служит автоматический регулятор подачи.

Электроэнергия к забойному двигателю подводится по секциони­рованному кабелю, помещенному внутри бурильной колонны.

Токоподвод может осуществляться по трех- или двухжильному кабелю. В последнем случае в качестве третьего провода используется бурильная колонна. Эта система питания носит название «два провода — земля» (сокращенно ДПЗ).

Система ДПЗ позволяет увеличить площадь сечения проходного канала в бурильной колонне и тем самым способствует снижению по­терь напора при циркуляции промывочной жидкости по бурильной колонне.

нении труб. В единую цепочку секции соединяют с помощью контакт­ных элементов — контактного стержня на верхнем конце и контактной муфты на нижнем. Контактный стержень защищен от механических повреждений защитным стаканом. Соединение контактных элементов происходит автоматически при свинчивании бурильных труб, при этом контактный стержень входит в муфту с некоторым натягом, обеспечивающим герметичность соединения от проникновения буро­вого раствора.

Для монтирования секции электрокабеля используют специаль­ные бурильные трубы типа ЭБШ с гладкопроходным сечением. Они выпускаются диаметром 140 и 114 мм с высаженными наружу конца­ми. Трубы изготовляют из стали групп прочности Д и Е.

Кабельный подвод электробура — одно из наиболее слабых звень­ев системы. Вследствие загрязнения и недостаточной герметичности соединений секций омическое сопротивление изоляции снижается. Если при спуске инструмента наблюдается резкое падение сопротив­ления (первоначальное сопротивление самого электробура 50 МОм), спуск инструмента прекращают и выбраковывают трубы с низким со­противлением в изоляции кабеля. В процессе работы в соединениях с недостаточной герметичностью происходят пробои. Пробои и разрывы электрической цепи могут происходить также вследствие поломки медных контактов в муфте и излома кабеля в местах его сращивания с контактными соединениями.

Частота вращения электробура от 750 до 440 об/мин. Для разбу ривания большой группы мягких и средней твердости пород, особенно залегающих на больших глубинах, эти частоты вращения велики. По­этому на практике обороты снижают путем уменьшения частоты тока питания электробура с 50 до 20-26 Гц и применением редуктора. Пер­вый путь не эффективен, так как не сопровождается соответствующим повышением крутящего момента. Использованием одной или двух редукторных вставок с передаточным отношением 1:2 между электро­двигателем и шпинделем удается повысить вращающий момент и сни­зить обороты в 2 — 4 раза при уменьшении мощности лишь на величину где N- мощность электродвигателя; ηр — КПД редуктора.

Технические характеристики электробуров приводятся в табл. 5.14.

Мощность на долоте при бурении электробуром определяется выражением

где Nп — мощность, потребляемая электробуром от сети; ΔNT — потери мощности в токоподводе; η= 0,55 — 0,75 — КПД электродвигателя; Nхлст — мощность на холостое вращение шпинделя; Р — осевая нагрузка на долото; μ- условный коэффициент трения в упорном подшипнике; d — внутренний диаметр упорного подшипника; n — частота вращения вала шпинделя.

Коэффициент передачи мощности на забой

Мощность, реализуемая на долоте, может быть выражена через осевую нагрузку Р и удельный момент Муд:

где N — мощность на вращение долота при отсутствии осевой нагрузки.

Момент на долоте

При выборе режима бурения добиваются более полного исполь зования мощности электробура, т.е.

Характеристика двигателя элек­тробура представлена на рис. 5.22. Асинхронный двигатель длительное время может работать в режиме номи­нальной мощности NHM и в области nу

Тема 5. Забойные двигатели. Классификация двигателей; принципиальная схема двигателя, рабочая характеристика, способы изменения рабочей характеристики

В основе бурения забойными двигателями лежит применение погружного двигателя. Гидравлическим погружным двигателем называют машину, которая преобразует энергию потока жидкости в механическую энергию, а электрическим погружным двигателем — электробур.

По принципу действия различают гидравлические двигатели объемного типа и гидродинамические двигатели.

Объемные двигатели действуют от гидростатического напора в результате наполнения жидкости рабочей камеры и перемещения вытеснителей. Объемные двигатели характеризуются тремя основными признаками:

а) наличие рабочих камер, которые периодический сообщаются со входом или выходом машины, причем жидкость наполняет каждую камеру или выталкивается из не;

б) изменением давления в рабочей камере от начального до конечного постепенно вследствие изменения объема камеры или скачкообразно в результате сообщения камеры с выходом;

в) несущественной зависимостью усилий на рабочих органах двигателя от скорости движения жидкости в камерах.

Гидродинамические двигатели (турбины) функционируют при изменение момента количества движения жидкости в рабочих органах машины. В этом типе гидравлических двигателей ведомое звено совершает вращательное движение. Гидродинамические двигатели характеризуются:

а) рабочие органы двигателя выполнены в виде лопаточного аппарата, состоящего из статора и ротора, обтекаемого жидкостью;

б) в каналах двигателя циркулирует непрерывный поток жидкости;

в) взаимодействие между лопаточным аппаратом и жидкостью носит гидродинамический характер.

В турбинном бурении наибольший крутящий момент обусловлен только сопротивлением породы вращению долота. В турбинном бурение коэффициент передачи мощности от источника энергии к долоту значительно выше, чем в роторном.

Турбобур — машина быстроходная. Поэтому большое значение имеют работы направленные на создание низкооборотных турбобуров, способные эффективно отрабатывать шарошечные долота.

Современный турбобур должен обеспечивать следующие характеристики и функции:

1. Достаточный крутящий момент при удельных расходах жидкости не более 0,07 л/с на 1 см2 площади забоя.

2. Устойчивую работу при частотах вращениях менее 7 с» для шарошечных и 7 — 10 с » для алмазных долот.

3. Максимально возможный КПД.

4. Обеспечение перепада давления на долоте не менее 7МПа.

5. Наработку на отказ не менее 300 ч.

6. Долговечность не менее 2000 ч.

7. Постоянство энергетической характеристики по меньшей мере до наработки на отказ.

8. Независимость энергетической характеристики от давления и температуры окружающей среды.

9. Возможность изменения реологических свойств бурового раствора в процессе долбления.

10.Возможность введения в буровой раствор различных наполнителей и

11 .Возможность осуществления промывки ствола скважины без вращения долота.

12.Возможность проведения замеров траектории ствола скважины в

любой точке вплоть до долота без подъема бурильной колонны.

13. Стопорение выходного вала с корпусом в случае необходимости и

освобождения от стопорения.

14.Гашение вибрации бурильного инструмента.

15.Экономию проведенных затрат на 1 м проходки скважины по сравнению с альтернативными способами и средствами бурения. Понятно, что в одной конструкции все или большую часть этих требований воплотить очень сложно. В то же время целесообразно иметь возможно меньшее число типов турбобуров одинакового диаметра.

Дальнейшее совершенствование конструкций турбобура связано с появлением новых высокопроизводительных шарошечных долот с герметизированными маслонаполненными опорами. Для эффективной отработки этих долот требуются частоты вращения приблизительно 2,5-5 с» . Это привело к созданию ряда новых направлений в конструировании турбобуров: с системой гидродинамического торможения; многосекционных;

с высокоциркулярной турбиной и клапаном-регулятором расхода бурового раствора;

с системой демпфирования вибраций;

с разделенным потоком жидкости и полым валом;

с плавающей системой статора;

с тормозной приставкой гидромеханического типа;

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Волга с двигателем тойота характеристики
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector