книги / Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи
..pdfтурбобура. Одной из основных причин преждевременного выхода из строя турбобуров является недостаточный или чрезмерный крутящий момент при закреплении деталей ротора и статора. Рекомендуемые значения крутящих моментов для закрепления деталей при сборке турбобура приведены в табл. 17.1.
Собранную турбину затаскивают в корпус с уже навинченным переводником. Перед затаскиванием турбины следует очистить внутреннюю поверхность корпуса при помощи ручных или меха низированных металлических щеток. Подготовленный к сборке корпус укладывают на ложементы стенда и при помощи лебедки в него затаскивают турбину до тех пор, пока подпятник не уп рется в торец переводника. Затем определяют высоту регули ровочного кольца под ниппель, обеспечивающего надежное за крепление статоров в корпусе и заданный натяг резьбового со единения ниппеля с корпусом. После того как подобрано и уста новлено кольцо, ввинчивают от руки ниппель, и турбобур пере дают на механический ключ, где ниппель докрепляется.
Собранный турбобур подвергают контрольным проверкам и обкатке на стенде. Проверяют легкость и плавность проворачи вания вала. Вал должен плавно, без рывков проворачиваться при приложении момента 100-200 Н м; натяг резьбового соединения ниппель - корпус должен находиться в пределах допуска, регла ментированного для новых турбобуров. Осевой люфт турбины должен иметь соответствующую величину, для чего вал последо вательно перемещают в верхнее и нижнее крайние положения и наносят на нем две риски в плоскости торца ниппеля. Расстоя ние между рисками на валу дает величину люфта, которая долж на находится в пределах, оговоренных в технической документа ции для данного типа турбобура.
|
|
|
|
Т а б л и ц а 17.1 |
||
Требуемые значения крутящих моментов при сборке резьбовых |
|
|||||
соединений турбобура |
|
|
|
|
|
|
|
Момент закрепления ротора (в кН м) для турбобуров |
|||||
Закрепляемая деталь |
|
различных диаметров, мм |
|
|||
102 |
124 |
172 |
195 |
240 |
||
|
||||||
Роторная гайка |
25 |
30 |
50-55 |
70-75 |
90-100 |
|
Контргайка |
20 |
25 |
45-50 |
60-65 |
60-70 |
|
Ниппель, соедини' |
60-80 |
80-90 |
110-130 |
130-150 |
160-180 |
|
тельный переводник |
||||||
Переводник корпуса |
60-80 |
80-90 |
110-130 |
130-150 |
160-180 |
|
Переводник вала |
65 |
75 |
85 |
85 |
90 |
|
Усилие затяжки резьб турбобура определяют по тормозному моменту турбины. При этом необходимо создать такую осевую нагрузку на торцах стягиваемых ступеней статоров и роторов, чтобы возникающие моменты трения препятствовали проворачи ванию скрепляемых деталей. Момент трения на торцах должен противостоять тормозному моменту турбины турбобура. В соот ветствии с этим условием можно записать для роторной сборки турбобура:
где Q - осевое усилие затяжки; d - средний диаметр наимень шей из стягиваемых деталей (кольца пяты); / - коэффициент трения стали по стали,/ = 0,15*0,20.
Момент трения в резьбе при затяжке с усилием QjP опреде ляют из выражения
M f =Q,p y tg C p + tp),
где dp - средний диаметр закрепляющий резьбы; р - угол подъё
ма |
резьбы |
I |
tgp = 4 - ; 5 - шаг резьбы; |
<p = arctgf ' ( f ' < |
|
|
4 J |
|
|
й 0,15*0,18 коэффициент трения в резьбе). |
|
|||
ча: |
Общий момент, который необходимо создать с помощью кто |
|||
|
|
|
|
|
M |
p ^ [ d f |
+ dptg(p + <s>)]. |
(17.1) |
|
Момент, подсчитанный по формуле (17.1), соответствует уси лию крепления роторной гайки турбобура. Если моменты закре пления деталей окажутся выше на 20 %, то могут возникнуть напряжения, которые приведут к пластическим деформациям ступеней ротора.
Осевое усилие затяжки роторов определяют из условия
kMnax=nQap ^ f ,
где k - коэффициент запаса момента (k в 1,14-1,2); п - число опорных поверхностей трения у стягиваемых деталей (п * 2). Отсюда необходимое усилие затяжки деталей
542
Момент закрепления деталей в корпусе определяют из усло вия равенства деформаций пакетов роторов и статоров:
Оар _ Оэс
Fp |
Fc ’ |
где Озр и <2зс “ усилия затяжки роторов и статоров соответствен но; Fp и Fc - опорные площади ступиц ротора и статора.
При известном усилии затяжки статоров Q* момент закреп ления ниппеля турбобура определяют по формуле
М Р = - - К / + d , t g ( p ' + ф ) ] ,
где dc - средний диаметр ступицы статора; dK- средний диаметр резьбы корпуса турбобура; р' - угол подъема этой резьбы. Чрез мерное усилие затяжки роторной гайки может привести к изло му вала по резьбе. Поэтому при сборке турбобура крутящий мо мент необходимо контролировать с помощью специальных мо ментомеров.
После контрольных проверок отремонтированный турбобур поступает на стенд для обкатки.
17.2.Т Е Х Н И Ч Е С К О Е О Б С Л У Ж И В А Н И Е
ИР Е М О Н Т В И Н Т О В Ы Х
ЗА Б О Й Н Ы Х Д В И ГА Т Е Л Е Й
Винтовые забойные двигатели (ВЗД) (рис. 17.7) от личаются ограниченным количеством деталей и простотой кон струкции. При соблюдении основных правил эксплуатации и технического обслуживания они обладают достаточно высокой надежностью в различных условиях бурения. Неудовлетвори тельная работа винтовых забойных двигателей в большинстве случаев является следствием либо низкого качества изготовле ния, либо нарушения требований к эксплуатации.
Правила использования по назначению и технического об служивания ВЗД и турбобуров во многом идентичны, но имеется ряд специфических особенностей, связанных с различиями в конструкции и принципе действия.
Доставленный на буровую ВЗД перед пуском в работу подвергают наружному осмотру. Особое внимание следует обра-
543
Рис. 17.7. Конструкция забойного винтового двигателя:
1, 6 , |
7 - в е р х н и й , с р е д н и й и н и ж н и й п е р е в о д н и к и ; 2 - |
п е р е л и в н о й к л а п а н ; 3 ~ р о т о р ; 4 - с т а т о р ; 5 ~ д в у х ш а р н и р н о е с о е д и н е н и е ; |
8 - |
с о е д и н и т е л ь н а я м у ф т а ; 9 - к о р п у с ш п и н д е л я ; 10 - |
м н о г о р я д н а я у п о р н а я ш а р о в а я о п о р а ; 11 - р а д и а л ь н ы й п о д ш и п н и к ; 12 - |
в а л ш п и н д е л я ; 13 ~ н и п п е л ь ; 14 - н а д д о л о т н ы й п е р е в о д н и к
щать на отсутствие трещин и вмятин на статоре и корпусе шпинделя, на состояние присоединительных резьб к бурильным трубам и к долоту (отсутствие промывов и дефектов резьб), а также на плотность свинчивания промежуточных резьбовых со единений корпусных деталей ВЗД. Винтовые забойные дви гатели с дефектами корпусных деталей и резьб к работе не до пускаются; в случае неполного свинчивания резьбовые соедине ния докрепляют машинными ключами.
Перед спуском в скважину каждый ВЗД опробуют над устьем с целью проверки легкости запуска и герметичности резьбовых соединений. ВЗД должен запускаться плавно (при давлении на стояке не более 2,5 МПа) путем медленного закрывания пуско вой задвижки. На холостом ходу вращение вала ВЗД должно происходить без рывков и заеданий, а остановка при выключе нии насосов не должна быть резкой.
При опробовании ВЗД одновременно проверяют работоспо собность переливного клапана. При подаче промывочной жидко сти в ВЗД клапан должен плотно закрываться без утечек жидко сти в боковые отверстия корпуса клапана; при выключении цир куляции клапан должен открыться.
В зимнее время запуску ВЗД должен предшествовать его ото грев паром или горячей водой в течение 30-40 мин. Подготовка бурильного инструмента к бурению должна предусматривать вы бор необходимой компоновки низа бурильной колонны. Для предотвращения искривления вертикальной скважины должны быть обеспечены соосность вышки и ротора по отношению к оси скважины, горизонтальность стола ротора, а также прямолиней ность ведущей трубы, утяжеленных и бурильных труб. Нижняя часть бурильной колонны, включающая центраторы, калибраторы или стабилизаторы, должна иметь необходимую продольную ус тойчивость, прочность, проходимость в стволе скважины, а также должна обеспечивать удобство и безопасность ее эксплуатации и создавать гидравлические сопротивления, не превышающие до пустимые.
При бурении на воде переливной клапан целесообразно уста навливать на 2-3 свечи выше ВЗД для предотвращения шламования рабочих органов сверху через клапан при спуске его в призабойную зону. Чтобы исключить шламование шпинделя че рез долото и вал шпинделя, целесообразно устанавливать в бу рильной колонне обратный клапан. Под ведущую бурильную трубу необходимо размещать фильтр с отверстиями диаметром 5-6 мм и длиной 1,5-2 м. Желательна установка второго такого фильтра и над ВЗД. Это предотвратит забивание окалиной, если бурильный инструмент новый, или цементной коркой, остаю-
18 - 10480 |
545 |
щейся на внутренней поверхности бурильных труб после цемен тирования.
ВЗД могут работать на промывочных жидкостях различной плотности и вязкости: на воде (пресной, морской и пластовой), глинистых растворах плотностью до 2,2 г/см3, аэрированных жидкостях. Однако длительная и безотказная работа двигателя зависит от качества очистки промывочной жидкости, содержание песка в которой не должно превышать 1 %. Повышенное содер жание песка в промывочной жидкости (3 % и более) приводит к интенсивному износу рабочих органов и резинометаллических деталей.
Для повышения стойкости резинометаллических деталей ВЗД рекомендуется вводить в промывочную жидкость смазывающие добавки, например на основе окисленного петролатума.
При спуске двигателя в скважину за 10-15 м до забоя вклю чают буровой насос. Незапуск двигателя фиксируется по резкому подъему давления на стояке. В этом случае следует запускать двигатель с вращением бурильной колонны ротором при одно временном прокачивании жидкости. Пуск 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 ВЗД позволяют создавать на долоте высокие осевые нагрузки, поэтому при работку нового долота в течение первых 10-15 мин необходимо вести при пониженных осевых нагрузках.
При чрезмерном увеличении осевой нагрузки или в случае вхождения долота в пропласток, вызывающий значительное воз растание момента, возможна остановка двигателя. При этом рез ко повышается давление в нагнетательной линии. Буровой инст румент следует немедленно приподнять, а затем осторожно дойти до забоя и продолжить бурение при пониженной нагрузке на до лото.
При бурении ВЗД буровой инструмент необходимо подавать плавно, без рывков. Периодически инструмент следует провора чивать, если технологией не предусмотрено строгое ориентиро вание (компоновка низа бурильной колонны) при бурении на клонно направленных или горизонтальных интервалов скважин.
Расход промывочной жидкости при бурении выбирают исходя из условий необходимой очистки забоя. По мере износа рабочей пары ВЗД для сохранения его рабочей характеристики целесооб разно увеличить расход промывочной жидкости на 20-25 %.
Продолжительность работы серийных долот с применением
546
ВЗД обычно в 3 раза и более выше, чем при турбинном бурении. Необходимость замены долота при износе его вооружения опре деляют по устойчивому снижению механической скорости по отношению к первоначальной. При износе опор долота, сопрово ждающемся заклиниванием шарошек, сигналом для замены доло та также могут служить повторяющиеся резкие подъемы давле ния в нагнетательной линии, происходящие даже при понижен ных осевых нагрузках.
Для предотвращения зашламования ВЗД перед наращиванием инструмента или перед подъемом его для замены долота необхо димо промыть скважину в призабойной зоне, затем приподнять инструмент над забоем на 10-12 м и только после этого остано вить насосы и открыть пусковую задвижку.
При эксплуатации ВЗД необходимо периодически проверять их пригодность к дальнейшей работе. ВЗД отправляют на ремонт при значительном снижении его нагрузочной способности, уве личении осевого люфта шпинделя свыше 7-8 мм (для двигате лей диаметром 127 мм и более) и 4-5 мм (для двигателей диа метром 108 мм и менее), а также при затрудненном запуске дви гателя над устьем скважины или его зашламовании.
ВЗД, предназначенные для бурения наклонного интервала скважины, отправляют на ремонт также при появлении повы шенного радиального люфта шпинделя.
После окончания бурения перед отправкой двигателя на базу производственного обслуживания следует промыть его техниче ской водой через верхний переводник.
Техническому обслуживанию подлежат все новые ВЗД, по ступившие с завода-изготовителя, и ВЗД, длительно находив шиеся на хранении на буровом предприятии.
Техническое обслуживание включает оценку состояния кор пусных деталей и присоединительных резьб двигателя при на ружном осмотре и частичную разборку двигателя для проверки натяга в рабочем органе, контроля за регулировкой затяжки па кета пяты на валу и в корпусе шпинделя. После сборки шпинде ля контролируют легкость вращения вала и значение осевого люфта.
При текущем ремонте ВЗД полностью разбирают, заменяют изношенные детали новыми из комплекта запасных частей, а за тем производят сборку ВЗД.
Капитальный ремонт кроме перечисленных работ предусмат ривает проведение дефектоскопии вала и корпуса шпинделя, проверку всех конических резьб двигателя калибрами и перенарезку резьб при надичии заметных дефектов и несоответствии натягов резьбовых соединений нормативным значениям.
ВЗД различного назначения имеют отличия в элементах кон струкции, что предопределяет особенности их ТО и Р
В большинстве современных конструкций в качестве соедине ния роторов с валом шпинделя используются гибкие валыторсионы. В случае увеличенного угла перекоса переводника ме жду силовой и шпиндельной секциями сочленение осуществля ется через шарнир, допускающий перекос осей до 4-5° и облег чающий условия работы гибкого вала.
В малогабаритных двигателях на корпусе шпинделя и соеди нительных переводниках выполнены шпоночные пазы для фик сации специальных ключей при развинчивании и свинчивании резьбовых соединений.
При ремонтах ВЗД первоначально осуществляют расстыковку секций, затем производят их раздельную разборку.
После извлечения ротора из статора производят оценку при годности их для дальнейшей эксплуатации.
Устаторов визуально проверяют целостность резиновой об кладки (отсутствие разрушений зубьев), контролируют диаметр De выступов зубьев с помощью набора гладких калибров-пробок.
Уротора измеряют диаметральный размер (Dep ” h) между впадиной и выступом зубьев с помощью микрометра и мерного ролика диаметром 5-8 мм при нечетном числе зубьев или между выступами Deр при четном числе зубьев. Измерения проводят в трех-пяти сечениях по длине двигателя и берут их среднее зна чение.
Определяют диаметральный натяг (зазор) в рабочей паре по формуле
8 = (Dep - h) - De.
В новых рабочих парах ВЗД для бурения диаметром 127240 мм натяг должен составлять 0,2-0,4 мм. В малогабаритных ВЗД диаметром менее 127 мм натяг должен быть 0,1-0,2 мм. Ес ли зазор в изношенных парах ВЗД превышает 0,2-0,5 мм, то ис пользование их в односекционных двигателях становится неце лесообразным и требуется замена рабочего органа.
Для обеспечения рекомендуемых натягов при комплектации рабочих органов необходим селективный подбор роторов и ста торов.
При отвинчивании резьб статора возможно смятие его корпу са, если кулачки ключа установлены на поверхности корпуса. Во избежание этого кулачками ключа следует захватывать одновре менно поверхности статора и переводника. Ротор извлекают из статора вывинчиванием или вытаскивают с помощью лебедки.
Гибкие валы или шарниры соединяются с ротором и валом
548
посредством полумуфт с использованием гладких конусных со единений, в некоторых конструкциях на резьбах, чтобы избежать рассоединения ротора при спуске бурильной колонны и промыва конусного соединения. В большинстве конструкций ВЗД с целью уменьшения общей длины гибкий вал располагается внутри по лого ротора и крепится за верхний его конец с помощью полумуфты, ввинчиваемой в ротор на левой конической резьбе.
При ремонте ВЗД следует проверять по калибру прилегание конусных поверхностей сопрягаемых деталей (не менее 70 %).
Внутренние шарниры, а также корпусные и верхние шарниры разбирают для оценки износа герметизирующих элементов. За мене подлежат практически все герметизирующие элементы. Опорные детали шарниров неремонтопригодны и при износе подлежат замене из комплекта запчастей.
Ремонт и регулировку шпинделей ВЗД производят в соответ ствии с рекомендациями для серийных шпинделей турбобу ров.
При ремонте шпинделя и выявлении возможности повторного использования подшипников особое внимание следует уделять разборке осевой опоры. При этом необходимо снимать подшип ники качения, располагая их в порядке установки на валу. Не допускается перестановка шариков из пакета в пакет или уста новка новых шариков взамен отработавших.
В собранном и отрегулированном шпинделе контролируют осевой люфт, легкость и равномерность вращения вала от при ложенного момента 100-200 Н м.
При ремонте ВЗД используют стандартное оборудование, применяемое при ремонте турбобуров на базах производственно го обслуживания (механический ключ, кран-балка грузоподъем ностью до 30 кН, пресс для правки корпусов и валов турбобуров и др.), а также специализированное оборудование для проведе ния ремонта ВЗД (ключи для свинчивания и развинчивания де талей диаметром 55-172 мм с моментом до 30 кН м и деталей диа метром 180-240 мм с моментом до 100 кН м; стенд распрессовочный для сборки-разборки двигателей диаметром 85-240 мм).
17.3.ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ
ИРЕМОНТ ЭЛЕКТРОБУРОВ
Электробур (рис. 17.8) доставляют на буровую в со бранном виде на трубовозе или тракторных санях. При этом элек тробур укладывают на переднюю опору шпинделем, а на зад нюю —электродвигателем и закрепляют тросами или хомутами.
Рис. 17.8. Конструкция электробура:
1 - контактный стержень; 2 - переводник; 3 ~ резиновая диафрагма компенсато ра двигателя; 4 - поршень компенсатора; 5 - пружина; 6 - цилиндр компенсато ра; 7 - соединительный корпус двигателя; 8 - верхний сальник двигателя; 9 - верхний клапан двигателя; 10 - верхняя часть обмотки статора; 11 - вал двига теля; 12 - пакет магнитопроводной стали статора; 13 ~ корпус статора; 14 - про межуточный пакет статора из немагнитопроводного материала; 15 ~ промежуточ ный подшипник двигателя; 16 - секция ротора двигателя; 17 - нижняя часть обмотки статора; 18 - нижний подшипник двигателя; 19 ~ нижний сальник дви гателя; 20 - клапан; 21 - нижний соединительный корпус; 22 - корпус шпинде ля; 23 - втулка; 24 - зубчатая муфта; 25 - клапан; 26 - верхний радиальный подшипник; 27 - упорный подшипник; 28 - наружная обойма распределителя осевой нагрузки; 29 ~ внутренняя обойма; 30 - поршень компенсатора шпинделя; 31 - пружина; 32 - нижний радиальный подшипник; 33 - пробка; 34 - сальник шпинделя; 35 - вал шпинделя; 36 - переводник на долото
Подготовка электробура к бурению заключается в выполне нии следующих обязательных операций перед каждым спуском в скважину: проверка осевого люфта вала шпинделя, резьбовых соединений, давления масла, сопротивления изоляции.
Проверку осевого люфта вала шпинделя производят при ус-
550