Винтовой забойный двигатель

Рабочим органом винтового забойного двигателя (ВЗД) является винтовая пара: статор и ротор .

Статор представляет собой металлическую трубу, к внутренней поверхности которой привулканизирована резиновая обкладка, имеющая 10 винтовых зубьев левого направления, обращённых к ротору.

Ротор выполнен из высоколегированной стали с девятью винтовыми зубьями левого направления и расположен относительно оси статора эксцентрично

Кинематическое отношение винтовой пары 9: 10 и соответствующее профилирование её зубьев обеспечивает при движении бурового раствора планетарное обкатывание ротора по зубьям статора и сохранение при этом непрерывного контакта ротора и статора по всей длине. В связи с этим образуются полости высокого и низкого давления и осуществляется рабочий процесс двигателя.

Вращающий момент от ротора передаётся с помощью двухшарнирного соединения на вал шпинделя, укомплектованного многорядной осевой шаровой опорой и радиальными резино – металлическими опорами . К валу шпинделя присоединяется долото . Уплотнение вала достигается с помощью торцевых сальников.

Типичная характеристика ВЗД при постоянном расходе бурового раствора следующая . По мере роста момента М перепад давления в двигателе Р увеличивается почти линейно, а частота вращения вала двигателя снижается вначале незначительно, а при торможении – резко. Зависимости изменения мощности двигателя и К.П.Д. от момента М имеют максимумы. Когда двигатель работает с максимальным, режим называют оптимальным, а с максимальной мощностью – экстремальным. Увеличение нагрузки на долото после достижения экстремального режима работы двигателя приводит к торможению вала двигателя и к резкому ухудшению его характеристики.

Неэффективны и нагрузки на долото, при которых момент, развиваемый двигателем, меньше момента, обеспечивающего оптимальный режим его работы.

Характер изменения от момента М при любом расходе бурового раствора остаётся примерно одинаковым. Значения при увеличении растут почти линейно, - несколько уменьшается, а возрастает по зависимости, близкой к квадратичной.

Условия работы БК при роторном способе бурения и при бурении с забойными двигателями различны.

При роторном бурении БК, передающая вращение от ротора к долоту и нагрузку на долото, испытывает действие ряда сил. Верхняя часть БК под действием сил собственного веса и перепада давления в промывочных отверстиях долота находится в растянутом , а нижняя, воспринимающая реакцию забоя- в сжатом состоянии. Следовательно, в БК имеется сечение, в котором отсутствуют осевые растягивающие и сжимающие силы. Выше этого сечения действуют напряжения растяжения, возрастающие к вертлюгу, а ниже него – напряжения сжатия, увеличивающиеся к долоту.

Передаваемый БК вращающий момент приводит к возникновению в ней напряжений кручения, а вращение колонны с определенной частотой порождает центробежные силы и, следовательно, изгибающие напряжения. Первые уменьшаются от вертлюга к долоту, а вторые имеют максимальное значение в нижней части БК. Одновременное действие на БК перечисленных выше сил осложняет условия ее работы при роторном способе бурения.

При бурении с забойными двигателями БК не вращается и испытывает в основном в растянутой и сжатой частях колонны соответственно напряжения растяжения и сжатия. Изгибающие нгрузки, возникающие при потере сжатой частью прямолинейной формы невелики. Незначителен и реактивный момент забойного двигателя, и поэтому касательные напряжения . действующие на БК в направлении к вертлюгу, не достигают опасных значений.

Аварии при роторном бурении происходят ,в основном, из-за поломок БК по причине усталостного износа резьб, сварочного шва, материала трубной части и присоединительных элементов. Аварии при бурении с забойными двигателями происходят ,в основном, из-за прихватов ,неподвижно лежащей на стенке скважины БК, и размыва резьбовых соединений и стенок труб.

1. Сборка двигателя

Приподнимите двигатель, установите хомут из двух половин, открутите подъемный переводник.

Проверьте рукой работу перепускного клапана.

Для проверки работы ВЗД присоедините сначала долото.

При проверке мотора с кривым переводником, сведите время прокачки к абсолютному минимуму.

Возьмите УБТ с телесистемой. Подсоедините обратный клапан и кривой пе-реводник к трубе.

Установите ниппель кривого переводника в муфту ВЗД. При помощи лебедки совместите оси резьбовых соединений кривого переводника и ВЗД.

Захватите ключом корпус кривого переводника.

Потихоньку вращайте роторный стол против часовой стрелки.

После того, как резьбы будут аккуратно накручены, затяните все соединения

ключом с моментом в соответствии с рекомендациями API.

Измерьте угол установки кривого переводника.

Установите ориентирующий переводник. Установите хомут из двух половинок на УБТ ниже соединения.

Отсоедините немагнитные УБТ.

Выровняйте паз втулки ориентирующего переводника с осью кривого переводника. Застопорьте его в этом положении винтами.

Подсоедините немагнитные УБТ и спускайте в скважину.

2. Работа с забойным двигателем

До начала работы двигателя, забой должен быть очищен.

Медленно спускайте в открытый ствол скважины.

При высокой температуре на забое, периодически прекращайте циркуляцию.

При использовании перепускного клапана, регулярно доливайте колонну.

Будьте особенно аккуратны в призабойной зоне.

3. Подготовка к работе на забое

Удерживая колонну на весу около забоя, потихоньку промывайте забой.

Промывайте забой таким потоком, который предполагается применять в дальнейшем. Если возникнет необходимость — медленно поворачивайте колонну,

При зарезке, разгрузите колонну от напряжения момента вращения, до начала замеров.

До начала бурения, сориентируйтесь.

4. бурение с забойным двигателем

Регистрируйте давление циркуляции.

Если давление на стояке не увеличивается при увеличении нагрузки на долото, то это указывает на то, что перепускной клапан не закрыт. Приподнимите с забоя и прерывистым резким изменением давления попытайтесь заставить его закрыться.

Как только долото опустится на забой и начнется бурение, крутящий момент на двигателе возрастет. Потеря давления на двигателе увеличится пропорционально моменту. Мы должны уменьшить дифференциальное давление двигателя до величины, рекомендованной для данного двигателя (примерно 26 атм. для D500 Dynadrill).

Бурите, ориентируясь на показания давления, а не на нагрузку на долото (особенно в режиме «скольжения «) При бурении поддерживайте давление на стояке постоянным. Это обеспечит постоянство нагрузки на дно забоя и заданного направления (при условии что в гомогенной формации отсутствуют резкие изменения).