книги из ГПНТБ / Фоменко, Ф. Н. Бурение скважин электробуром

Для снижения скорости вращения вала электробура и повыше­ ния вращающего момента можно применять два последовательно соединенных редуктора-вставки.

Корпуса электробура, резьбовые соединения

Корпус электробура состоит из пяти отдельных частей. Мате­ риал корпусов — сталь 40Х или 40ХН. Корпус статора, соедини­ тельные корпуса, переводник под элеватор и корпус шпинделя соединяются между собой на конической резьбе, типоразмеры ко­ торой для электробуров разных диаметров приведены в табл. 7. В этой же таблице приведены типоразмеры конических резьб, ко­ торыми заканчиваются переводники под элеватор для присоедине­ ния к электробуру устройства для контроля изоляции, УБТ или телеметрических систем. Здесь же указаны типоразмеры резьб для присоединения долота.

В связи с небольшим диаметром скважин и забойных машин возникала необходимость создания конической резьбы нового про­ филя, который при сохранении необходимой прочности резьбового соединения позволил бы нарезать высокопрочную резьбу с круп­ ным шагом на трубах относительно малых толщин. Такой резьбой является резьба типа МКОна необходима для машин уменьшен­ ных диаметров [89, 90].

Профили и размеры резьб РК, МК, РКТ приведены на рис. 38 и табл. 8.

Неотъемлемым элементом конструкции конического резьбового соединения корпусов электробуров является уплотнение резьбы резиновым кольцом круглого сечения.

Основные размеры муфт и ниппелей конических резьбовых со­ единений приведены на рис. 38 и 39 и в табл. 9.

Резьбовые соединения корпусов электробуров работают в тя­ желых условиях, поэтому они изготовляются повышенной точности в соответствии со специальными инструкциями и нормалями.

90

Таблица 8

Элементы профиля конической резьбы для корпусов электробуров

Предельное отклонение шага на длине 24 мм между любыми двумя витками должно быть не более 50 мк, а по всей длине

резьбы не более 100 мк. Отклонение конусности резьбы не должно превышать ±0,15 мм на всей длине конуса. Важное значение имеет соблюдение требований по отклонению половины угла профиля резьбы, которое должно быть не более 40'. Необходимо, чтобы

91

92

резьбы соединительных корпусов были концентричны с расточками под подшипники и сальники.

Резьбовые соединения PK, РКТ и МК имеют положительный на­ тяг, при котором в свинченных корпусах в теле муфты возникают растягивающие усилия и сжимающие усилия в теле ниппеля. Ве­ личину натяга конического резьбового соединения корпусов элек­ тробуров контролируют по расстоянию между уступом ниппеля

иторцом муфты, свинченных

при вращающем моменте 20— 25 кгс • м. Это расстояние должно быть в пределах 2,8—4 мм (при повторном свинчивании). Оконча­ тельно закрепляют резьбовое со­ единение при крутящем моменте 1300—1800 кгсм . Для уменьше­ ния вероятности задиров и заеда­ ний поверхность резьбы кадмируется.

Резьбовые соединения корпу­ сов, расположенные выше статора двигателя, в процессе работы докрепляются при действии реактив­ ного момента статора, а резьбо­ вые соединения корпусов, распо­ ложенные ниже статора, нахо­ дятся под действием крутящего момента, стремящегося отвинтить их. Крутящий момент возникает

врезультате действия сил трения

вподшипниках и сальниках, рас­ положенье в нижнем соедини­

ствуя одновременно с этим момен­ том, приводят к ослаблению резьбовых соединений, вследствие чего

иногда (при несоблюдении допусков) нижний соединительный кор­ пус или шпиндель отвинчиваются от электродвигателя.

Натяги конических резьбовых соединений в процессе эксплуа­ тации электробуров (при ревизиях машин) следует контролировать и при их ослаблении подрезать торцы ниппеля или муфты. При под­ резке торцов одновременно контролируют и соблюдают правиль­ ность остальных элементов резьбы.

Во избежание нарушения аксиальных монтажных размеров ста­ тора и ротора необходимо обращать внимание на общую величину

93

нескольких подрезок торцов. Эта величина определяется расстоя­ нием А (см. рис. 39) от торца корпуса до контрольного пояска. На новом корпусе контрольный поясок должен быть на расстоянии 60 мм от торца.

С помощью конических резьбовых соединений при ограниченных диаметрах электробура не всегда удается достигнуть удовлетвори­ тельного конструктивного решения. Так, наиболее приемлемая кон­ струкция статора по схеме рис. 16, г осуществляется с применением сварки.

Не всякий метод сварки применим для сваривания корпусов электробура из сталей 40ХН и 40Х. При сильных вибрациях и тряске, возникающих в процессе бурения, сварочные швы могут

Рис. 40. Разделка кромок свариваемых корпусов электробура диа­ метром 170 мм и положение электрода при сварке.

разрушаться. Для электросварки корпусов электробура была раз­ работана особая технология. Ее особенности сводятся к следую­ щему ’.

Р а з д е л к а к р о м о к к о р п у с а по д с в а р к у . Кромки скашиваются под углом 25° С. На рис. 40 показана разделка кромок свариваемых корпусов электробура диаметром 170 мм. Сварка про­ водится с применением кольцевой подкладки из стали марки ст. 15 или МСТ-3. После сварки кольцевая подкладка срезается.

По д о г р е в . Перед сваркой стыкуемый участок предварительно подогревается до 300—320 °С любым источником нагрева, не за­ грязняющим поверхность. Наиболее целесообразно подогревать при помощи индуктора, токами промышленной частоты. Для рав­ номерного распределения тепла свариваемые корпуса во время прогрева вращаются.

Для сварки используют электродную проволоку диаметром 2 мм марки Св-12ХМ по ГОСТ 2246—70 и флюс АН-348А мелкой грану­ ляции. Количество флюса равно весу расходуемой проволоки.

рость сварки 19 м/ч. Сварка производится непрерывно за несколько оборотов корпуса с помощью вертикального электрода, смещенного в сторону, обратную вращению (см. рис. 40). Конические резьбы1

1 Технология разработана Институтом электросварки им. Патона.

94

нарезаются после сварки корпуса. При этом должна быть обес­ печена концентричность резьб с внутренним диаметром сердечника статора.

Подготовка электробуров к бурению

После транспортировки по железной дороге, длительного хра­ нения или работы на буровой электробур должен быть проверен и при надобности отревизован, а если двигатель и шпиндель постав­ лены раздельно, необходимо собрать электробур. Эти работы, а также ремонт электробуров проводят в специальных мастерских.

Мастерские должны быть оснащены краном грузоподъемностью до 7 т, стендами для сборки и разборки электробура и сборки шпинделя, лебедкой для монтажа ротора двигателя, механизиро­ ванными ключами для свинчивания резьб корпусов, компрессорной установкой, маслоочистительной установкой, вакуум-насосом с про­ межуточным вакуумным баком, маслозаправщиками, приспособле­ ниями для перемотки обмоток двигателей, приспособлениями и оборудованием для воздушной сушки обмоток после пропитки и оборудованием для вакуумной сушки отсыревших обмоток. Кроме того, необходимо иметь токарные станки, в том числе станок для нарезания конических резьб корпусов, сверлильный, шлифоваль­ ный и фрезерный станки для ремонта и изготовления запасных частей электробуров.

При подготовке двигателя электробура к бурению необходимо

впервую очередь проверить:

1)сопротивление изоляции обмотки двигателя относительно его корпуса;

2)наличие масла в двигателе;

3)пробивную прочность пробы масла, взятой из двигателя.

Сопротивление изоляции обмотки статора относительно корпуса ' измеряют мегомметром. Перед измерением контактный стержень кабельного ввода должен быть очищен и смазан касторовым мас­ лом. Сопротивление изоляции обмоток относительно корпуса дви­ гателя при температуре 15—25° С должно быть не менее 50 Мом.

Количество масла в двигателе определяется путем замера по­ ложения поршня компенсатора, а также по давлению в полости двигателя с помощью манометра, монтируемого в отверстии кла­ пана вместо пробки.

Для проверки качества масла, заполняющего двигатель, берут пробу масла из верхней и нижней частей двигателя и определяют его пробивную прочность в стандартном разряднике, которая дол­ жна быть не менее 22 кВ. Если пробивная прочность масла меньше этой величины, делают полный химический анализ его и по резуль­ татам заключают о необходимости замены или сушки масла.

По количеству масла в компенсаторе и давлению в двигателе судят о состоянии его уплотнений. Если за время транспорти­ ровки и хранения количество масла в компенсаторе существенно

95

уменьшилось или снизилось давление в двигателе, необходимо проверить уплотнения.

Для предохранения от коррозии стенок компенсаторов во время транспортировки и хранения заполняют двигатель маслом до верх­ него предельного положения поршня компенсаторов. При транспор­ тировке масло может утечь через перепускное отверстие в ком­ пенсаторе. Это возможно только в случае, если двигатель подвер­ гался нагреву (в летнее время).

При незначительном отсырении масла и снижении сопротивле­ ния изоляции обмотки проводят сепарацию масла, для чего дви­ гатель включают на несколько часов в циркуляционную систему маслоочистительной установки. Если последняя не имеет подогре­ вателя масла, желательно изготовить его и включить последова­ тельно с двигателем или прогреть двигатель до температуры 80— 90 °С при помощи внешнего подогревателя (спирали, печи, кало­ рифера). Допустимо также прогревать двигатель включением его в электрическую сеть (220 В). При этом двигатель должен рабо­ тать не более 10 мин, так как без жидкостного охлаждения могут перегреться сальниковые уплотнения и нарушиться их нормальная работа. Даже при наличии постороннего подогревателя целесо­ образно для лучшего удаления механических примесей периодиче­ ски приводить двигатель во вращение.

При значительном отсырении масла и обмотки необходимо масло слить и просушить двигатель под вакуумом. При этом дви­ гатель следует подогревать сначала до + 60°С, а затем (через 2— 3 ч) постепенно повышать температуру до +90 °С. При вакуумной сушке рекомендуется периодически пропускать через двигатель су­ хой воздух, для чего перед входом в двигатель воздух следует сушить в специальном сушильном устройстве. Сушка статора дви­ гателя продувкой через него горячего воздуха не рекомендуется, так как оставшееся в статоре масло в этих условиях интенсивно окисляется, вредно влияя на изоляцию обмотки. Этот способ при­ меняют только для сушки лака, которым были пропитаны новые или отремонтированные обмотки.

Чтобы провести ревизию уплотнений, двигатель разбирают в соответствии с действующими инструкциями. При этом в про­ цессе разборки контролируют натяги конических резьб корпусов и при надобности подрезают торцы корпусов. Как правило, торцы подрезают на соединительных корпусах. Корпус статора подре­ зают в исключительных случаях.

Для подготовки нового маслонаполненного шпинделя к уком­ плектованию электробура необходимо проверить шпиндель, обра­ тив особое внимание на состояние сальника, поверхностей труб компенсатора, уплотнительных резиновых колец, проверить каче­ ство конической резьбы корпуса шпинделя, натяг с соответствую­ щей резьбой двигателя.

В процессе сборки зубчатых полумуфт и деталей шарнирного уплотнения необходимо проверить осевые монтажные размеры ва­

96

лов и посаженных на них полумуфт, подогнать по месту длину втулки шарнирного уплотнения так, чтобы в собранном состоянии шарнирная втулка надежно уплотнялась обоими резиновыми коль­ цами и двусторонний осевой зазор между торцами кольца шар­ нирного уплотнения и сопряженными деталями составлял бы не менее 4 мм. Этот зазор необходим для того, чтобы при значитель­ ных осевых нагрузках вал шпинделя не упирался бы в вал двига­ теля через детали шарнирного уплотнения или зубчатого сцеп­ ления.

После этого надевают венец зубчатого соединения и кольцо шарнирного уплотнения и соединяют шпиндель с двигателем, опрессовывают шпиндель давлением воздуха и заполняют его ма­ шинным (авиационным) маслом.

Рис. 41. Схема заполнения двигателя маслом:

1 — двигатель; 2 и 3 — вентили; 4 — мановакуумметр; 5 — прозрачная трубка; 6 — вакуум-бак; 7 — вакуум-насос; 8 — насос; 9 — бак с сухим мас­ лом.

Учитывая некоторые особенности проверки герметичности и за­ полнения маслом отдельных частей электробура, остановимся на этих операциях несколько подробнее.

Герметичность электробура обычно проверяют под давлением воздуха до 2 кгс/см2. Герметичность компенсатора верхнего саль­ ника двигателя и деталей сальника проверяют в процессе сборки головки. Герметичность двигателя и заполнение его маслом прове­ ряют до навинчивания переводника под элеватор, до присоедине­ ния шпинделя.

Компенсаторы верхнего и нижнего сальников двигателя запол­ няют машинным маслом в процессе их сборки. Двигатель запол­ няют сухим изоляционным маслом пробивной прочностью не менее 40 кВ в стандартном разряднике через клапан 9 (см. рис. 14), рас­ положенный на верхнем соединительном корпусе электробура, при предварительном удалении воздуха по схеме, показанной на рис. 41. Воздух удаляют вакуум-насосом, подсоединяемым к отверстию в нижнем соединительном корпусе, закрываемом пробкой 20 (см. рис. 14).

Заполнение двигателя маслом прекращают закрытием вен­

вакуум-насоса и установки пробки подкачивают масло в двигатель, при этом маслом заполняется компенсатор двигателя.

Шпиндель после присоединения к двигателю и проверки его герметичности заполняют авиационным маслом через клапан 25, расположенный в верхней части шпинделя, с присоединением ва­ куум-насоса к отверстию в нижней части шпинделя, закрываемого пробкой 33 (см. рис. J5).

Собранный электробур необходимо обкатать в течение 5 мин, включив его в сеть напряжением 380 В. При обкатке обращают внимание на расход масла через сальник шпинделя и направле­ ние вращения вала. Направление вращения вала во всех электро­ бурах должно быть по часовой стрелке, если смотреть со стороны головки. На буровой чередование фаз питающей сети должно сов­ падать с чередованием фаз сети в мастерской. В противном случае электробур, вращаясь в обратную сторону, может развинтить ко­ лонну бурильных труб.

Сопротивление изоляции обмотки статора относительно кор­ пуса двигателя и положение поршней компенсатора должно быть записано в рейсовый паспорт, направляемый на буровую вместе с электробуром. В рейсовом паспорте должно быть также указано верхнее и нижнее предельное положение поршня компенсатора или давление масла. Паспорт следует вложить в специальный герме­ тичный патрон, укрепляемый к контактному стержню электробура. Ниппель электробура с контактным стержнем необходимо закрыть предохранительным колпаком.

Во избежание больших напряжений в резьбовых соединениях при транспортировке электробур надо устанавливать на опорный брус прицепа трубовозки так, чтобы от бруса до конца электробура было не менее 3,5 м. Сбрасывать электробур с трубовозки недо­ пустимо. Электробуры Э164, Э170 и Э185 транспортируют только в специальной транспортной трубе-футляре.

Собирать двигатель и шпиндель, а также электробур с меха­ низмом искривления и редуктором-вставкой следует в соответствии со специальными инструкциями.

ГЛАВА 4

ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЭЛЕКТРОБУРОВ

Основными характеристиками электробуров являются:

1)величина вращающего момента, развиваемого электробуром на выходном конце вала;

2)скорость вращения выходного конца вала при тех или иных значениях вращающего момента;

3)величина осевой нагрузки, которую допускается передавать на долото через корпус электробура и осевые подшипники шпинделя;

9В

4)перегрузочная способность, т. е. отношение максимального момента к номинальному;

5)температура окружающей среды, в которой допускается ра­ бота электробура при той или иной его загрузке;

6)количество бурового раствора (воздуха), которое необхо­ димо прокачивать через электробур для его охлаждения;

7)величина гидравлических потерь в проточном канале элек­ тробура;

8)угол искривления механизма искривления и соотношение

длины электробура и расстояния от торца долота до места пере­ гиба корпусов.

Кроме того, величины напряжения и тока, cos ср, вес и длина электробура, сопротивление изоляции обмотки и ряд других дан­ ных также являются характеристиками электробура.

Скорость вращения долота и вращающий момент

Скорость вращения вала электробура

1

п — пяв—

(пдв— скорость вращения вала двигателя; і — передаточное число редуктора).

Вращающий момент, развиваемый на валу электробура

г]ш — коэффициент полезного действия шпинделя; % ■— коэффици­ ент полезного действия редуктора.

Скорость вращения вала двигателя обусловливается скоростью вращения магнитного поля его статора. Магнитное поле статора двигателя электробура вращается со скоростью

Здесь 5 — скольжение ротора относительно поля статора.

В двигателях электробуров величина 5 при номинальной на­ грузке составляет 8—12%. При увеличении или снижении нагрузки на валу двигателя скольжение 5 также изменяется. Измене­ ние скольжения для различных двигателей несколько отличается по величине, но закономерность сохраняется для всех двигателей электробуров.

99