1.3 Бұрандалы қозғалтқыштың жұмыс істеу принципі мен мақсаты

Бұрандалы қозғалтқыш - түптік гидравликалық машинаның бір түрі болып табылады. Мұндағы жуу сұйықтығындағы қуат ағынын айналмалы қозғалыстағы механикалық қуатқа алмастыру үшін бұрандалы механизм қолданылған.

Бұрандалы түптік қозғалтқыштар мұнайлы және газды ұңғымаларды қалақшалы және алмастан жасалған қашаулармен бұрғылау үшін қажетті қондырғы болып табылады.

Түрлі аймақтарда жүргізілген жұмыс нәтижелерінің арқасында бұрандалы қозғалтқыштардың кез-келген тығыздықтағы жуу сұйықтығымен жұмыс істей беретіндігі анықталған. Тіпті, тығыздығы 1г/см³ ден кем сұйықтықтардан бастап тығыздығы ауырлатылған 2г/см ³ және тұтқырлығы 90 с бастап СПВ – 5 дейін болатын сұйықтықтар пайдаланыла береді.

Бұрандалы қозғалтқыштың турбобұрғыдан ерекшелейтін ең басты айырмашылығы, оның жұмысты аса қатал жағдайларда атқара алуы.

Стендтік және кәсіптік сынақтардың нәтижелеріне мән берер болсақ, максималді қуатқа шамалас режимде жұмыс істеген кезде, бос жүріс кезіндегі екпінінен қозғалтқыштың айналу жиілігі 20 - 28% дейін төмендейді.

Бұрандалы түптік забой қозғалтқыштардың төменгі интервалдағы ұңғымаларды бұрғылау кезінде қолданылатындығын және ондағы механикалық әсіресе рейсті жылдамдығының көрсеткіштерінің бұрғылаудың жоғарғы интервалдарына қарағанда әлдеқайда төмен екендігін негізге алсақ, БТҚ қолдану кезіндегі жұмсалатын уақытты бағалай аламыз. Ол негізіне, бүкіл ұңғымаларды бұрғылауға жұмсалатын уақыттың 50%-нан кем болып табылады.

Бұдан бөлек, көлбеу және тігінен бағытталған ұңғымалар сияқты аса күрделі және қымбат жұмыстар тек осы БТҚ пайдалану арқылы ғана жүзеге асырылады.

Ұңғымаларды қосымша ұңғыларды бұрғылау арқылы қалпына келтіру жұмыстарын атқару кездерінде де негізінен осы БЗҚ қолданылады.

Күрделі жөндеу жұмыстарды орындаған уақытта бүкіл бұрғылауға байланысты операциялардың 90%-дан астамы осы қозғалтқыштар арқылы жүзеге асырылады.

Көлемді қозғалтқыштар жұмыс камераларының сұйықтықтарға толтырылып, ығыстырғыштардың орын ауыстыруы арқылы пайда болатын гидростатикалық қысымның негізінде қызмет етеді.

Бұл жердегі ығыстырғыштың рөлін атқаратын жұмысшы орган. Ол тиісінше сұйықтықтың қысымы арқылы әсер ету арқылы жұмыс атқарады.

Ротор статорда эксцентриситетпен бірге орналасқан. Осының арқасында статордағы бұранда сызықтар мен ротордағы кірістердің саны әртүрлі болғандықтан олардың өзара байланысушы беттері тұйықталған беттердің қатарын түзеді. Бұл беттер- төменгі және жоғарғы қысымдық көрсеткіштердегі камералардың арасындағы шлюздер.

Шлюздер қозғалтқыш арқылы сұйықтықтағы бос тоқ қуатын тоқтатады, ал ең бастысы дәл осылардың ішінде сұйықтықтың қысымы айналмалы кезеңді тудырады.

Жұмыс істеу ретінің негізгі ерекшеліктеріне келесілерді жатқызуға болады:

- үлестіруші құралдардағы лезде тозушылықтың жоқтығы, яғни қолданыстағы төзімділігі. Бұл ерекшелік жұмыс органдарына сұйықтық үлестірілімінің автоматты түрде жүзеге асатындығынан. Ол ротор мен статордағы бұрандалы денелердің тістері мен айналымдарының негізінде жүзеге асырылады.

- жұмыс органдарының кинематикасы. Оның қозғалысында сырғу мен томалау процесстері өзара байланысып, соңғысының баяу жылдамдығының арқасында жұмысшы жұптың төзімділігін арттырады;

- кеңістіктегі контактілі сызықтың үздіксіз орын ауыстыруына (ротор мен статордың томалау нүктелерінің геометриялық орны), нәтижесінде томаланатын сұйықтықтың құрамында болатын механикалық қоспа жұмыс органдарынан ағынмен шығарыла алады.

Қозғалтқыш негізгі үш түйіннен тұрады: қозғалтқыш бөлімі, шпиндель бөлімі және қайта құю клапаны.

1 статорда сол жаққа бағытталған бұрандалы 10 тісі болады. Олар эластомердан айнала қоршай отырып жасалады.

2 ші сыртқы бет роторында сол жаққа бағытталған 9 бұрандалы тісі болады. Конструкцияланған болаттан немесе таттануға берік болаттан тістерін хромдау арқылы жасалады.

1 - статор; 2 - ротор; 3 - екі топсалы қосылыс; 4,5,11 – жоғарғы, орта және төменгі аударғы; 6-көп қатарлы өжет шардың ығы; 7 - радиал мойынтірек; 8 - шпиндель білігі; 9 - шпиндель корпусы; 10 - муфта жалғағыш; 12 - ниппель; 13 - керу шығыршығы;

1.4 - сурет - Бойлық және көлденең тіліктердегі бұрандалы түптік қозғалтқыш

Екінші еңіс ротордың жоғарғы ұшы тығындымен жабылған және бос, ал төменгі ұшына екі топсалы қосылыс байланыстырылған, ол ротордың планетарлық қозғалысын шпиндель бөлігінің бір осьтік айналмасына түрлендіру.

6 сүйеніш шпиндельдік бөліктегі білік мен қозғалтқыштағы роторға әсер ететін осьтік күшті қабылдауға арналған.

Қозғалтқыштың роторына түсірілетін осьтік күш өзінің ауыртпалығы бойынша қашауға түсірілетін осьтік ауыртпалықпен тең болып табылады, және радиалды мойынтіректер 7 мен екі топсалы байланыстардың жұмысқабілеттілігіне әсер етеді.

Екі топсалы байланысушылар 3 (1.4 сурет) екі тісті жалғастырғыштың негізінде ойластырылып, құрастырылған. Айналмалы кезең тістердің шеткі беттері арқылы жартылай жалғастырғыштар арқылы беріледі.

Топсаның бұрыштық қозғалғыштығы радиалды және шеткі саңылаулар арасындағы эвольвентті ілініс арқылы жүзеге асады, ал шарнирдің тістері арқылы берілетін кезеңдердің біркелкілігі жартылай жалғастырғыштардың тістерінің орындалуымен жақсара түседі.

Шарнирдің ішкі беті қою майға толы және резеңке дөңгелектермен толтырылып, тығыздалған. Қисаю бұрышын кішірейту үшін шарнирлер ұзындығы бойынша тіркелген және конустық беттермен аралық құбырлар арқылы өзара байланысқан.

Радиалді сүйеніш ретінде резеңкелі металдан жасалған мойынтіректер қолданылған 7, ол өзінің жуылатын сүйықтық ортасындағы беріктілігімен ерекшеленеді.

1-шарнир жиында; 2-құбыр; 3- топсаның корпусы; 4-жартылай жалғастырғыш; 5-шар; 6-нығыздағыштың шығыршығы; 7-гайка

1.5 - сурет - Екі топсалы қосылысты түптік қозғалтқыш

Д-172 қозғалтқышының негізгі ерекшеліктері:

- қосу кезіндегі қозғалтқыштың сенімділігін қамтамасыз ететін жұмыс

органдарының геометриясы өзгертілген.

- қозғалтқыштың жұмыс көлемі ұлғайтылды, және ендігі кезеңде біліктің айналу жиілігі 1,3-1,5 есеге дейін төмендетілді.

- ротордың татқа төзімді болаттан жасалуы және жұмыс беттерінің тегістелуі, өз кезегінде жұмыс органдарының төзімділігі мен беріктігін арттырады.

- топсалы байланыстардың ішкі беттерінің жаңашаландырылған жүйеде тығыздалуы. Ол өз кезегінде осы бір жауапты түйіннің ұзақ уақыттар бойы қызмет етуін қамтамасыз ете алады.

- тіректік мойынтіректің оңтайландырылған құрылысы.

Жоғарыда айтылып өткен құрылыстық айырмашылықтар қозғалтқыштардың қызмет ету сапасының жоғарылауын қамтамасыз ете отырып, бұрғылаудың техникалық-экономикалық көрсеткіштерін күшейтуге көмектесті.

Бұрғылау жұмыстарын орындау кезінде және тығындарды алу кездерінде 2 түрлі түптік қозғалтқыштарын кеңінен пайдаланады- көлемді және динамикалық әсер ететін.

Біріншілеріне бұрандалы және аксиальді-поршендік қозғалтқыштар ал екіншілеріне турбобұрғылар жатқызылады.

Әсіресе, көлемді түптік қозғалтқыштарды пайдалану ал оның ішінде бұрандалыны пайдалану әлдеқайда тиімді болып табылады, себебі олар түрлі жағдайлардағы сипаттамаларға көбірек сәйкес келеді.

Бұдан бөлек, осы қозғалтқыштарды пайдалануға технологиялық сұйықтықтың әлдеқайда аз мөлшері жеткілікті болып табылады, ал бұл қасиет тіректердің беріктігін қамтамасыз ету үшін қажет.

Түрлі аймақтарда жүргізілген жұмыс нәтижелерінің арқасында бұрандалы қозғалтқыштардың кез-келген тығыздықтағы жуу сұйықтығымен жұмыс істей беретіндігі анықталған. Тіпті, тығыздығы 1г/см ³ де кем сұйықтықтардан бастап тығыздығы ауырлатылған 2г/см ³ және тұтқырлығы 90 с бастап СПВ – 5 дейін болатын сұйықтықтар пайдаланыла береді.

Ол құрылысы жағынан өте қарапайым, әрі турбобұрғыға қарағанда ұзындығы әлдеқайда қысқа, ал салмағы аз.

Қозғалтқыш ұзындығының қысқалығы еңіс әсіресе горизонталды ұңғымаларды бұрғылауға өте ыңғайлы. Себебі оның қисаю радиусын, және сәйкесінше ұзындығын минимумға дейін азайтуға болады.

БТД-ны қатты түрлерді бұрғылауда пайдаланған кезде, қашау ұңғымасы 2 еседен артық көбейеді, ал жұмсақтарда турбобұрғымен салыстырғанда 20-30%-ға дейін , ал екі жағдайды қоса есептегендегі бұрғылаудың механикалық жылдамдығы 20-50% пайызға дейін аз.

БТД-ны турбобұрғымен салыстырғандағы ең басты ерекшелігі, оның нақты қатал жағдайларда жүмыс істеу сипаттамаларында.

Стендтік және кәсіптік сынақтардың нәтижелеріне мән берер болсақ, максималді қуатқа шамалас режимде жұмыс істеген кезде, бос жүріс кезіндегі екпінінен қозғалтқыштың айналу жиілігі 20-28% дейін төмендейді.

Бұрандалы түптік қозғалтқыштардың төменгі интервалдағы ұңғымаларды бұрғылау кезінде қолданылатындығын және ондағы механикалық әсіресе рейсті жылдамдығының көрсеткіштерінің бұрғылаудың жоғарғы интервалдарына қарағанда әлдеқайда төмен екендігін негізге алсақ, БЗҚ қолдану кезіндегі жұмсалатын уақытты бағалай аламыз. Ол негізінен бүкіл ұңғымаларды бұрғылауға жұмсалатын уақыттың 50%-нан кем болып табылады.

Бұдан бөлек, көлбеу және тігінен бағытталған ұңғымалар сияқты аса күрделі және қымбат жұмыстар тек осы БТҚ пайдалану арқылы ғана жүзеге асырылады.

Ұңғымаларды қосымша ұңғыларды бұрғылау арқылы қалпына келтіру жұмыстарын атқару кездерінде де негізінен осы БТҚ қолданылады.

Күрделі жөндеу жұмыстарды орындаған уақытта бүкіл бұрғылауға байланысты операциялардың 90%-дан астамы осы қозғалтқыштар арқылы жүзеге асырылады.

Әсер ету принципінің ерекшелеріктеріне жатқызу қажет:

- үлестіруші құралдардағы лезде тозушылықтың жоқтығы, яғни

қолданыстағы төзімділігі. Бұл ерекшелік жұмыс органдарына сұйықтық үлестірілімінің автоматты түрде жүзеге асатындығынан. Ол ротор мен статордағы бұрандалы денелердің тістері мен айналымдарының негізінде жүзеге асырылады.

- жұмыс органдарының кинематикасы. Оның қозғалысында сырғу мен домалау процесстері өзара байланысып, соңғысының баяу жылдамдығының арқасында жұмысшы жұптың төзімділігін арттырады.

- кеңістіктегі контактілі сызықтың үздіксіз орын ауыстыруы (ротор мен статордың томалау нүктелерінің геометриялық орны), және нәтижесінде томаланатын сұйықтықтың құрамында болатын механикалық қоспа жұмыс органдарынан ағынмен шығарыла алады.

Қозғалтқыш негізгі үш түйіннен тұрады: қозғалтқыш бөлімі, шпиндель бөлімі және қайта құю клапаны.

1-ші статорда сол жаққа бағытталған бұрандалы 10 тісі болады. Олар эластомердан айнала қоршай отырып жасалады.

2-ші сыртқы бет роторында сол жаққа бағытталған 9 бұрандалы тісі болады. Конструкцияланған болаттан немесе таттануға берік болаттан тістерін хромдау арқылы жасалады.

Екінші еңіс ротордың жоғарғы ұшы тығындымен жабылған және бос, ал төменгі ұшына екі топсалы қосылыс байланыстырылған, ол ротордың планетарлық қозғалысын шпиндель білігінің бір осьтік айналмасына түрлендіру.

Қозғалтқыштың роторына түсірілетін осьтік күш өзінің ауыртпалығы бойынша қашауға түсірілетін осьтік ауыртпалықпен тең болып табылады, және радиалды мойынтіректер 7 мен екі топсалы байланыстардың жұмыс қабілеттілігіне әсер етеді.

Екі топсалы байланысушылар 3 (2 - сурет) екі тісті жалғастырғыштың негізінде ойластырылып, құрастырылған. Айналмалы кезең тістердің шеткі беттері арқылы жартылай жалғастырғыштар арқылы беріледі.

Топсаның бұрыштық қозғалғыштығы радиалды және шеткі саңылаулар арасындағы эвольвентті ілініс арқылы жүзеге асады, ал шарнирдің тістері арқылы берілетін кезеңдердің біркелкілігі жартылай жалғастырғыштардың тістерінің орындалуымен жақсара түседі.

Шарнирдің ішкі беті қою майға толы және резеңке дөңгелектермен толтырылып, тығыздалған. Қисаю бұрышын кішірейту үшін шарнирлер ұзындығы бойынша тіркелген және конустық беттермен аралық құбырлар арқылы өзара байланысқан.

Радиалді сүйеніш ретінде резеңкелі металдан жасалған мойынтіректер қолданылған 7, ол өзінің жуылатын сүйықтық ортасындағы беріктілігімен ерекшеленеді.

Жоғарыда айтылып өткен құрылыстық айырмашылықтар қозғалтқыштардың қызмет ету сапасының жоғарылауын қамтамасыз ете отырып, бұрғылаудың техникалық-экономикалық көрсеткіштерін күшейтуге көмектесті.

1.4 БТҚ Д-172 қолданыс (жөндеу, қамтамасыз ету) кезінде істен шыққан және тағы да басқа техникалық себептердің пайда болуын анализдеу

Бұрандалы түптік қозғалтқыштар қажетті бөліктерінің санаулылығымен және құрылысының қарапайымдылығымен ерекшеленеді.

Қолданыстағы және техникалық қамтамасыз ету кезіндегі негізгі ережелерді дұрыс ұстанған уақытта олар түрлі жағдайдағы бұрғылау жұмыстарындағы беріктілігімен ерекшеленеді.

Бұрандалы забой қозғалтқыштардың қанағаттанарлықсыз қызмет етуі көп жағдайларда дайындау сапасының нашарлығынан немесе міндетті пайдалану ережелерін сақтамағандықтан пайда болады.

Бұрғылауға қажетті жерге жеткізілген БЗҚ, жұмысқа пайдаланбас бұрын сыртын тексереді.

Шпинделдің сыртқы қорабы мен статорда майысқан және шытынаған жерлерінің жоқ екендігіне аса мән беру қажет, сондай ақ қашау мен бұрғылау құбырларын байланыстырушы бұрандалардың қандай жағдайда екендіктеріне, сонымен қоса

БЗҚ қорабының көптеген бөліктерімен мен бұрандалы байланыстарына көз жүгіртіп мұқият қарау қажет.

БТҚ бірқалыпты іске қосылатын тиегінен қосылуы керек ( тіреуіштегі қысым кезінде 2,5 МПа артық емес)

Бос жүрісте БТҚ ешбір жұлқынусыз және тоқтауларсыз, ал тоқтатылуы шұғыл болмауы керек.

БТҚ тексергенде, бір мезгілде құюшы клапанның да жұмыс қабілеттелігі тексеріледі.

Жуу сұйықтығы берілген кезде клапан ешбік төгілулерсіз тығыз жабылуы, ал айналма тоқтатылған кезде клапан ашылуы керек. Жуу сұйығының шығыны түпті тазалау шарттарына негізделген. Қозғалтқыш жұмысшы жұбының тозуы оның жұмыс сипаттамаларын сақтау үшін ең болмағанда жуу сұйығының шығынын бастапқы мәнін 20...25 % - ға көтереді. Қозғалтқыштың шламдануын болдырмау үшін құралды арттыру алдында немесе қашауды ауыстыру үшін оны көтеру кезінде ұңғыманың түп алдындағы аймағын жуу қажет, сосын аспапты түп үстіне 10...12 м көтерген соң ғана сорғыларды тоқтатып, іске қосушы клапанды ашу керек.

Қазіргі уақытта бұрандалы түптук қозғалтқыштар тік және көлбеу бағытталған ұңғымаларды бұрғылауда жетекші Ресей мұнай компанияларында кеңінен қолданылады.

Бұрандалы қозғалтқыштарды пайдалану процесінде олардың жұмысқа жарамдылығын мезгіл сайын тексеріп тұру қажет.

Қозғалтқышты жөндеуге жібереді: оның осьтік жүктемелерді қабылдауының елеулі төмендеуі кезінде; шпиндель остік люфтісінің рұқсат етілгеннен өсуі; ұңғыма сағасында қиын іске қосылуы немесе іске қосылмауы немесе қозғалтқыштың шламдануы.

Қыс уақыттарында БТҚ қосу үшін оны бумен немесе ыстық сумен 30-40 қыздыру қажет. Бүрғылау құралын бұрғылауға дайындау негізі болып, ұңғыманы дұрыс бұрғылау тәсілін дұрыс таңдаумен байланысты болып табылады. [3]

Пайда болуы мүмкін және кездесетін ақаулардың тізімі, және олардың алдын алу жолдары келесі 1.1 - кестеде көрсетілген.

1.1 – кесте - Ақаулардың түрлері және олардың алдын алу

Ақау түрі	Себебі	Шешу жолдары
		Бұрғылауда	Жөндеу кезінде
Айдағыш сызықта аса жоғары қысымда қосу	Статордың резеңке қаптамасының қабаттанып түсуі немесе бүлінуі	Қозғалтқышы ауыстыру	Статорды ауыстыру
	Шпинделдік бөлігінің дұрыс реттелмеуі немесе сыналануы	Дәл солай	Шпиндалді бөліктің реттелуін тексеру. Қажет болған жағдайда бөліктерді тазалау немесе ауыстыру
Қозғалтқыштың ұңғымада жұмыс істеу кезіндегі айдағыш сызықта қысымның жоғарылауы	Сүзгінің бітеліп қалуы	Фильтрін тазалау және қозғалтқышын ауыстыру	Қозғалтқышты бөлшектеп тазарту. Бөгде заттарды алып тастау немесе жұмыс істейтін органдарын ауыстыру
Қашауды жерден көтерген жағдайда да қысымның көрсеткіші төмендемейді	Қозғалтқышқа бөгде заттардың енуі және жұмыс істеуші бөліктерді, статордың резеңке бөлігін зақымдауы	Қозғалтқышты ауыстыру
Ұңғыманың механикалық жылдамдығын азайту	Жұмыс органдарының тозуы (ротор,статор)	Шығынды 20-25% азайту немесе қозғалтғышты ауыстыру	Жұмыс органдарын ауыстыру
Қозғалтқыш осьтік жүктемені нашар қабылдайды	Шпиндалді бөлігінің осьтік тірегінің тозуы	Қозғалтқышты ауыстыру	Остік тіреуіштерді ауыстыру
Айдағыш сызықтағы қысымның төмендеуі	Клапанның герметикалық еместігі Бұрғылау тіреуіштеріндегі бүрандалы байланыстарындағы тығыздығының төмендігі	Клапанды ауыстыру Жуыылған бұрғылау құбырларын ауыстыру	Клапанның тозған бөліктерін ауыстыру