8 Механізми для обертання долота. Конструкція і їх технічна характеристика

При бурінні даної свердловини використовувались два способи буріння: роторний і за допомогою вибійного двигуна.

Ротор нерухомо встановлюється на усті свердловини. По конструктивній схемі він нагадує конічний редуктор, ведений вал якого виконаний у вигляді вертикального порожнинного циліндра. Типова конструкція ротора складається із станини і стола, що приводиться в обертання від швидкохідного вала за допомогою конічної шестерні і колеса. Міжосьовий кут передачі складає 90º.

Станина ротора в більшості випадків виконується литою із конструкційних нелегованих сталей. Форма і геометричні розміри її визначаються конструктивними, експлуатаційними, технологічними і естетичними вимогами.

В станині є горизонтальна і вертикальна розточки для розміщення швидкохідного вала і стола ротора. Товщина її стінок 15 – 30 мм.

Стіл ротора являє собою порожнинну стальну відливку з зовнішнім диском, що покриває вертикальну розточку станини. В верхній частині він має квадратне заглиблення для роз’ємного вкладиша (втулки). В свою чергу, вкладиші мають квадратне заглиблення для затиснення, що переходе в конус. При бурінні у вкладиші вставляються квадратні або роликові затискачі ведучої труби, а при спуско-підйомних операціях – клини, утримуючі колону труб над ротором. Роз’ємна конструкція вкладишів і затискачів забезпечує установку їх в ротор в тих випадках, коли його отвір зайнято трубою. Втулки і затискачі утримуються в роторі за допомогою поворотних замків. Між затискачем і ведучою трубою виникає тертя ковзання, що викликає знос поверхонь їх контакту. При використанні роликових затискачів ведуча труба перекочується по роликах, встановлених на підшипниках кочення, і завдяки цьому її знос значно знижується.

Стіл ротора з напресованим конічним колесом встановлюється у вертикальній розточці станини на основній і допоміжній опорах. В якості опор використовують упорно-радіальні кулькові підшипники, які внаслідок дзеркального розміщення і осьової затяжки здатні сприймати двосторонні осьові навантаження.

Швидкохідний вал з конічною шестернею, закріпленою шпонкою, монтується в стакані і в зібраному вигляді встановлюється в горизонтальну розточку станини. Стакан попереджує від вм’ятин, що утворюються при установці підшипників і їх прокручуванні під навантаженням. Консольне розміщення шестерні на швидкохідному валу зручно для компоновки і збірки ротора.

За принципом дії гвинтові двигуни належать до обємних роторних машин. Основними елементами робочих органів таких машин є:

- Статор-корпус з порожнинами, що прилягають кінцями до камер високого і низького тисків;

- Ведучий ротор-гвинт, крутний момент якого передається виконавчому механізму;

- Замикачі гвинтової поверхні, що призначені для герметизування робочих органів і запобігання перетікання рідини із камер високого тиску в камеру низького тиску.

Гвинтові поверхні статора і ротора розділяють робочий обєм двигуна на ряд порожнин. Порожнини, звязані з областями високого і низького тисків, називаються камерами, а замкнені порожнини – шлюзами.

Основними вузлами вибійного двигуна є: гвинтова пара, двошарнірний вал, шпиндель і зєднувальні перевідники (рисунок 8.1). у компоновку над двигуном встановлюють переливний клапан для полегшення заповнення бурильної колони промивальною рідиною при її спуску в свердловину.

1 – перехідник; 2 – корпус двигунної секції; 3 – статор; 4 – ротор; 5 – карданний вал;

6 – корпус шпинделя; 7 – торцевий сальник; 8 – багаторядний радіально-осьовий підшипник; 9 – радіальна гумометалева опора; 10 – вал шпинделя.

Рисунок 8.1 – Гвинтовий вибійний двигун Д2-172

Основним робочим органом двигуна є гвинтова пара, яка складається із статора і ротора, що являє собою зубчасту пару внутрішнього зачеплення з гвинтовими зубами.

Статор являє собою металеву трубу, до внутрішньої поверхні якої привулканізована гумова обкладка, що має десять гвинтових зубів лівого напрямку, обернених до ротора.

Ротор виконаний з високолегованої сталі, має девять гвинтових зубів лівого напрямку і розміщений ексцентрично по відношенню до осі статора. Довжина кроку ротора відноситься до довжини кроку статора як кількість зубів ротора до кількості зубів статора.

У результаті такого співвідношення, а також за рахунок відповідного профілювання, гвинтові зуби ротора і статора знаходяться в безперервному контакті по всій довжині робочих органів, що забезпечує розділ порожнини високого і низького тисків і здійснення робочого процесу.

Під дією потоку промивальної рідини ротор, обкочуючись по зубах статора, здійснює планетарний рух. Вихідна швидкість обертання ротора в девять разів менша, ніж швидкість переносного руху осі ротора відносно осі статора.

Крутний момент від ротора на вал шпинделя передається двошарнірним зєднанням. Це зєднання виконано у вигляді вала, що має на кінцях два шарніри. Карданне зєднання необхідне для передачі обертання від ексцентрично розміщеного ротора, який здійснює планетарний рух відносно осі двигуна, до вала шпинделя.

Шпиндель необхідний для передачі осьового навантаження на долото, сприйняття гідравлічного навантаження, що діє на ротор. Шпиндель складається з вала, корпуса, багаторядної осьової кульової опори, радіальної гумометалевої опори і сальникового пристрою. Опори шпинделя сприймають також радіальні навантаження від карданного валу.

Розроблені ВНДІБТ гвинтові двигуни за конструктивними ознаками поділяють на односекційні типу Д, секційні типу ДС, двигуни з пустотілим ротором, а також типу ДГ.

Односекційні гвинтові вибійні двигуни типу Д (рис 6.1) містять двигунну і шпиндельну секції, які зєднуються між собою за допомогою конічних різьб.

Робочими органами двигунної секції є багатозаходові гвинтові ротор і статор. Всередині сталевого статора привулканізована гумова обкладка з гвинтовими зубцями лівого напрямку. На зовнішній поверхні сталевого ротора нарізані зубці того самого напрямку. Кількість зубців ротора на одиницю менша, ніж кількість зубців статора, а відношення країв гвинтових ліній пропорційне кількості заходів (рисунок 8.2). ротор розташований в статорі з ексцентриситетом.

Вузол зєднання ротора і вихідного вала шпинделя, який виконаний у вигляді двошарнірного карданного зєднання або гнучкого вала, призначений для перетворення планетарного руху ротора у співвісне обертання вала шпинделя та передачі осьової гідравлічної сили з ротора на підшипник шпинделя.

Шпиндельна секція двигунів різних типорозмірів характеризується деякими особливостями і в загальному виді містить корпус, вихідний вал, осьову опору - багаторядний радіально-осьовий підшипник кочення та радіальні гумометалеві опори.

Рисунок 8.2 – Переріз гвинтових пар.

На нижньому кінці вихідного вала встановлюється наддолотний перехідник для зєднання вала з долотом.