11. Винтовые забойные двигатели. Принцип работы, конструктивная схема, классификация и назначение.

Двигатель состоит из трех основных узлов - рис. 2:

- нижнего - шпинделя (шпиндельной секции);

- среднего - соединительного переводника (узел трансмиссии);

- верхнего - рабочей винтовой пары статор-ротор (силовой секции).

Рис. 2. Винтовой забойный двигатель (картинку не рисуйте, все равно ниче не понятно):

1, 6 - переводники соединительные; 2 - статор; 3 - ротор; 4 -трансмиссия;

5 – шпиндель

Гидромеханика винтовой пары:

Современные винтовые забойные двигатели относятся к классу одновинтовых объемных роторных гидромашин. Рабочим органом ВЗД является винтовая пара, состоящая из неподвижного обрезиненного статора и стального спирального ротора. В целом рабочий орган ВЗД является косозубой парой внутреннего циклоидального зацепления, причем число зубьев статора всегда должно быть на единицу больше, чем число зубьев ротора. Из-за неравного числа зубьев винтовые поверхности статора и ротора образуют полости, называемые рабочими камерами. Эти камеры разобщены на области высокого и низкого давлений. Полости, которые одновременно разобщены от области высокого и области низкого давления, называются шлюзами. Центр ротора смещен от центра статора на величину эксцентриситета.

Принцип действия: трансформирует гидравлическую энергию бурового раствора в механическую энергию вращения вала двигателя. Если подробнее: Буровой насос осуществляет принудительную постоянную подачу промывочной жидкости, которая через бурильные трубы поступает в винтовую пару и заполняет полости, образованные между поверхностями статора и ротора. В результате перепада давлений в этих полостях (камерах) возникает гидравлическая сила, действующая на ротор и заставляющая его совершать сложное вращательное движение внутри статора.

Классификация винтовых забойных двигателей принята:

• по кратности действия рабочих органов;

• по кинематике рабочих органов;

• по конструктивной компоновке;

• по конструкции силовой секции;

• по характеру распределения потока рабочей жидкости;

• по конструкции ротора рабочих органов; 

• по конструкции узла соединения ротора и вала шпинделя; 

• по конструкции шпинделя;

• по конструкции вала шпинделя;

• по типу осевой опоры в шпинделе;

• по конструкции уплотнения вала шпинделя;

• по назначению; по наружному диаметру;

• по термостойкости;

• по частоте вращения выходного вала;

• по типу механизма искривления;

• по роду рабочего агента;

• по типу зацепления профилей рабочих органов.

В последние годы винтовые забойные двигатели получили широкое распространение. Сегодня они используются для (при забойной температуре не выше 100 ⁰С):

- бурения вертикальных, наклонно-направленных, горизонтальных нефтяных и газовых скважин;

- проведения капитального ремонта в эксплуатационной колонне;

- бурения боковых стволов;

- прокладки подземных коммуникаций;

- бурения с использованием технологии колтюбинга (т.е. использование гибких непрерывных труб).

Соотношение чисел зубьев статора и ротора называется заходностью винтового двигателя. Двигатель с минимальным числом зубьев ротора и, соответственно, с кинематическим отношением равнымi = 1:2, называется однозаходным. Все другие ВЗД называются многозаходными. Многозаходный ВЗД имеет более высокий крутящий момент при пониженной частоте вращения (хорошо это). В настоящее время при бурении скважин у нас в стране и за рубежом используются в основном многозаходные винтовые забойные двигатели, с кинематическими отношениями 4:5, 5:6, 6:7, 7:8, 8:9 и 9:10.