8.5.2.2. Буріння за допомогою гвинтових вибійних двигунів

Гвинтові вибійні двигуни (ГВД) дозволяють вести буріння при частоті обертання приблизно від 10 с^-1 до 25 с^-1. У цьому діапазоні довговічність опор шарошкових доліт значно вища, ніж в діапазоні, характерному для турбінного буріння.

Гвинтовий вибійний двигун конструктивно виготовляється таким чином, що кількість зубів Z₁ статора повинна бути на одиницю більше за кількість зубів Z₂ ротора (кратність дії).

Цей показник і являється основним параметром гвинтових вибійних двигунів, що є визначальним їхньої характеристики (рис. 8.12) і, що надалі повсюдно використовується при обґрунтуванні вибору робочого органу ГВД.

Рисунок 8.12 – Залежність моменту та частоти обертання вала ГВД від кінематичного відношення робочих елементів

Але кількість оборотів вала двигуна залежить також від кількості промивальної рідини (рис. 8.13) і від диференціального перепаду тиску (різниця між перепадом тиску «долото над вибоєм – долото під навантаженням», МПа).

Рисунок 8.13 – Залежність кількості оборотів вала двигуна від кількості промивальної рідини і від диференціального перепаду тиску

Таким чином, гвинтовий (об’ємний) вибійний двигун має цілком прийнятну для роботи породоруйнівних інструментів робочу характеристику (рис. 8.14), і в першу чергу для шарошкових доліт. Він має невисокі розгінні частоти і володіє великою навантажувальною здатністю.

Рисунок 8.14 – Робоча характеристика гвинтового двигуна

Тому при бурінні з допомогою гвинтових вибійних двигунів тривалість роботи долота на вибої і проходка на долото порівняно з аналогічними показниками при турбінному бурінні суттєво збільшується, а механічна швидкість буріння трохи зменшується.

► Гвинтовий вибійний двигун доцільно застосовувати для буріння на середніх і великих глибинах, коли на експлуатаційні витрати на 1м проходки визначальний вплив робить проходка за рейс, а також для буріння долотами з герметизованими маслонаповненними опорами.

Крім вище перелічених способів буріння, на виробництві використовують ще:

► Турбогвинтові двигуни ТГД органічно поєднують високу стійкість, властиву турбобурам, і оптимальну енергетичну характеристику (високий рівень відношення М/n при незначному падінні частоти обертання при навантаженні двигуна), характерну для гвинтових вибійних двигунів (ГВД).

Турбогвинтовий двигун можна віднести до редукторних турбобурів, в яких гвинтова пара виконує функції не тільки редуктора, але і стабілізуючого елемента при перевантаженнях долота.

Не дивлячись на велику металоємність і складність конструкції, турбогвинтові двигуни у ряді випадків успішно конкурують з ГВД.

Це пояснюється перш за все їх істотно великим ресурсом, що особливо привабливо при використовуванні сучасних високопродуктивних доліт;

► Комбінований турбінно-роторний спосіб рекомендується використову-вати при бурінні свердловин:

• долотами з D > 349мм в геологічних умовах, сприяючих викривленню свердловин (вище за середні глибини і з використанням спеціальної компоновки);

• різними буровими розчинами (зокрема із застосуванням розчинів підвищеної густини або високої в'язкості);

► Двохтурбінні агрегати РТБ можуть бути використані при бурінні верхніх інтервалів глибоких свердловин великого діаметру від 0,5 до 3,0м (для вентиляції і допоміжних цілей) на шахтах і копальнях, а також під кондуктори надглибоких свердловин.

►В цілому, використання турбобурів та гвинтових вибійних двигунів можна рекомендувати в наступних випадках:

• буріння похило направлених свердловин;

• розкриття продуктивних пластів горизонтальними і разгалужено-горизонтальними свердловинами, а також забурювання нових стовбурів в обсаджених свердловинах для їх відновлення і підвищення дебіта низькопродуктивних свердловин;

• буріння алмазними долотами і долотами типу ІНМ за винятком випадків, коли густина бурового розчину перевищує 1700—1800 кг/м³, а температура в свердловині 140— 150°С (для двигунів, що мають гумовометалеві

деталі);

• буріння шарошковими долотами ГВ діаметром 190мм і більш вертикальних свердловин глибиною до 3000 — 3500м (в окремих випадках і більш глибоких) при густині бурового розчину не вище 1700 —1800 кг/м³;

• буріння верхніх інтервалів глибоких свердловин великого діаметра за допомогою агрегатів РТБ, де основною задачею, яка визначає вибір способу буріння, є боротьба з викривленнями;

• буріння вставними долотами без підйому труб в умовах, де застосування цього різновиду турбінного способу буріння доцільно.