библиотека нефтяника / Буровое оборудование 2 / Глава 3

Рис. 3.24. Шпиндель-отклонитель типа ШО1-195:

1 – переводник нижней секции; 2 – полумуфта вала шпинделя; 3, 10 – корпусы; 4 – упор- но-радиальный многорядный шарикоподшипник; 5 – нижняя опора; 6, 11 – âàëû; 7 – переводник; 8 – шарнир двойной; 9 – переводник искривленный; 12 – гайка ниппельная; 13 – переводник вала

Корпусы шпинделя-отклонителя и турбинной секции соединяются с помощью конического резьбового соединения, а их валы – конусношлицевой полумуфты, имеющей отверстия для отвода бурового раствора из проточной части турбины турбобура в полые валы шпинделяотклонителя.

Благодаря описанной конструкции шпинделя-отклонителя достигается высокая наработка на отказ – в 4–5 раз по сравнению с серийными турбинными отклонителями типов ТО-195 и ТО2-195, повышенная надежность работы и запуска отклоняющей компоновки.

Техническая характеристика шпинделя-отклонителя типа ШО1-195 Павловского машиностроительного завода

137

3.4. ВИНТОВЫЕ ЗАБОЙНЫЕ ДВИГАТЕЛИ (ВЗД)

Винтовые забойные гидравлические двигатели подразделяются на следующие двигатели:

общего назначения; для наклонно направленного и горизонтального бурения; для отбора керна; для ремонта скважин;

с разделенным потоком; турбовинтовые.

Классификация винтовых забойных двигателей предложена Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко и А.Н. Гноевых по 17 признакам: 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. Подробно классификация изложена в работе [3].

По принципу действия ВЗД являются объемной (гидростатической) машиной, многозаходные рабочие органы которой представляют собой планетарно-роторный механизм с внутренним косозубым зацеплением.

ОАО НПО «Буровая техника» и Пермским филиалом ВНИИБТ разработана широкая гамма высокоэффективных винтовых забойных двигателей общего назначения типов Д и ДС с высокими энергетическими и эксплуатационными параметрами и повышенной надежности.

Выпускаемые в России ВЗД общего назначения выполняются по единой схеме, имеющей неподвижный статор и вращающийся ротор, соединяемые со шпинделем, и охватывают диапазон диаметров корпуса от 127 до 240 мм и предназначены для привода долот шарошечных и безопорных, бурголовок, фрезеров и райберов диаметром от 139,7 до 295,3 мм с обеспе- чением минимального технологически требуемого зазора между корпусом двигателя и стенками скважины в конкретных горно-геологических условиях разрезов нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.

ВЗД эксплуатируются с использованием воды и буровых растворов плотностью (1000 кг/м3 и менее) до максимальной (2000 кг/м3), включая аэрированные растворы и пены (при бурении и капитальном ремонте скважин), с содержанием песка не более 1 % по весу, максимальным размером частиц не более 1 мм, при забойной температуре не выше +100 °С.

3.4.1. ДВИГАТЕЛИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

Двигатели общего назначения для бурения выпускаются под шифрами типов Д, Д0, Д1, Д2, Д3, Д4 и Д5.

Односекционные ВЗД типа Д (рис. 3.25) включают двигательную и шпиндельную секции и переливной клапан, корпусы которых соединяются между собой с помощью конической резьбы. Рабочими органами двига-

138

Рис. 3.25. Винтовой забойный двигатель типа Д:

1, 6 – переводник соединительный; 2 – статор; 3 – ротор; 4 – торсион; 5 – шпиндель

тельной секции являются многозаходные винтовые ротор и статор. Внутри стального статора привулканизирована резиновая обкладка с винтовыми зубьями левого направления. На наружной поверхности стального ротора нарезаны зубья того же направления. Число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев статора, а отношение шагов винтовых линий пропорционально числу зубьев. Узел соединения ротора и выходного вала шпинделя, который может быть выполнен в виде двухшарнирного карданного соединения или гибкого вала, предназначен для пребразования планетарного движения ротора во вращение вала шпинделя и передачи осевой гидравлической силы с ротора на подшипник шпинделя.

С целью уменьшения угла перекоса шарниры разнесены по длине и соединены между собой по конусным поверхностям посредством промежуточной (соединительной) трубы. Присоединение карданного вала к ротору и валу шпинделя достигается с помощью конусно-шлицевых соединений. Благодаря такой конструкции на выходной вал двигателя передается высокий момент силы при низкой частоте вращения, а также обеспечивается высокая долговечность и надежность работы двигателя, что позволяет эффективно использовать его в сочетании с современными конструкциями высокопроизводительных долот с герметизированными маслонаполненными опорами при сравнительно высоких осевых нагрузках.

Шпиндельная секция ВЗД различных типоразмеров имеет отличительные особенности и в общем виде включает корпус, выходной вал, осевую опору – многорядный упорно-радиальный подшипник качения и радиальные резинометаллические опоры. На нижнем конце выходного вала установлен наддолотный переводник для соединения вала с долотом.

Для применения гидромониторных долот с целью снижения утечек бурового раствора в опорном узле двигателя монтируется уплотнение (сальниковое устройство торцевого типа с твердосплавными уплотняющими элементами), обеспечивающее бурение при перепадах давления на долоте до 8–10 МПа. Переливной клапан служит для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством в процессе проведения спуско-подъемных операций в скважине с целью снижения гидродинамического воздействия на разбуриваемые породы при спуске и подъеме бурильной колонны, исключения холостого вращения вала двигателя и потерь бурового раствора при проведении указанных операций.

ВЗД разработаны на уровне лучших мировых образцов. Большинство конструкторских и технологических решений выполнены на уровне изобретений, защищены авторскими свидетельствами и патентами. Кроме того, оформлены патенты во многих ведущих зарубежных странах.

Основные параметры и энергетические характеристики односекционных ВЗД для бурения при различных расходах воды приведены в табл. 3.18 (ОАО НПО «Буровая техника») и 3.19 (Пф ВНИИБТ).

139

140

Ò à á ë è ö à 3.19

Технические характеристики винтовых забойных двигателей для бурения скважин конструкции Пермского филиала ВНИИБТ

141

Длина двигателя зависит от применяемого шпинделя.

Характеристики двигателей Д5-172 и Д2-195 приведены для сравнения.

Zp – число заходов ротора; Zñò – число заходов статора.

142

Изготовители:

Опытное производство Пф ВНИИБТ. ОАО НПО « Буровая техника» . Кунгурский машиностроительный завод. Павловский машиностроительный завод.

Пермский машиностроительный завод им. Ленина.

Секционные винтовые забойные гидравлические двигатели предназначены для бурения вертикальных (ДС) и наклонно направленных (ДГ) скважин различного назначения с использованием буровых растворов при темперуре не выше 100 °С.

Поскольку энергетическая характеристика односекционного ВЗД ухудшается по мере износа рабочих винтовых пар и при зазоре в них свыше 1,0 мм, применение такого двигателя становится практически нецелесообразным, то секционирование рабочих органов, в том числе повторным использованием отработанных винтовых пар, является одним из наиболее перспективных направлений повышения долговечности винтовых пар – межремонтного периода работы ВЗД в целом. Последнее обстоятельство обусловливается тем, что при таком конструктивном решении снижаются удельные нагрузки в рабочей паре, а требуемый момент силы на выходном валу обеспечивается при сниженном расходе бурового раствора, вследствие чего уменьшается износ рабочих пар. Благодаря этому расширяется область эффективного применения ВЗД в районах с осложненными условиями бурения с промывкой буровыми растворами на водной основе различных типов – от облегченных до утяжеленных.

Секционный забойный двигатель типа ДС-195 собирается в промысловых условиях из двух или трех двигательных секций, состоящих из винтовых пар серийных двигателей типа Д1-195 (рис. 3.26) и одной шпиндельной секции с шаровой или резинометаллической опорой. Они выпускаются с наружным диаметром 195 мм и применяются при бурении скважин в конкретных горно-геологических условиях разрезов нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.

Для секционирования рабочих органов двигателя разработаны различ- ные варианты сочленения роторов и статоров и приспособления для осуществления их сборки. Конструктивное исполнение секционных двигателей может быть следующим:

сборка с ориентированием рабочих органов по винтовой линии с жестким соединением статоров и роторов с помощью переводника;

сборка без ориентирования рабочих органов с жестким соединением статоров и соединением роторов с помощью шарнира или гибкого вала.

Сочленение на конусах может быть надежным при выполнении обязательного условия установки сверху винтовой пары с меньшим зазором, т.е. верхняя секция должна быть ведущей. В противном случае возможен подъем верхней секции ротора и рассоединение конусов и, как следствие, нарушение сочленения.

Для соединения ротора двигательной секции с валом шпиндельной секции может применяться карданный или гибкий вал.

Секционный двигатель позволяет работать при перепадах давления в насадках используемых долот до 8–10 МПа.

Основные параметры и энергетические характеристики двухсекционных ВЗД для бурения при различных расходах воды приведены в табл. 3.18 (ОАО НПО «Буровая техника») и 3.19 (Пф ВНИИБТ).

143

Рис. 3.26. Двигательная секция двухсекционного двигателя типа Д1-195 с соединением роторов при помощи шарнира:

1 – клапан; 2 – переводник соединительный; 3 – втулка распорная; 4 – статор; 5 – ротор; 6 – муфта; 7, 9, 10 – переводники; 8 – шарнир; 11 – âàë

Изготовители:

Опытное производство Пф ВНИИБТ. ОАО НПО « Буровая техника» . Кунгурский машиностроительный завод. Павловский машиностроительный завод.

Пермский машиностроительный завод им. Ленина.

3.4.2. ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ РЕМОНТА СКВАЖИН

Двигатели для ремонта нефтяных и газовых скважин выпускаются с наружным диаметром от 42 до 120 мм Д, Д1, ДГ, ДК, ДО, ДО1, ДР и ДГР. Основные технические и энергетические параметры ВЗД для ремонта скважин различного назначения приведены в табл. 3.20 (ОАО НПО «Буровая техника») и 3.21 (Пф ВНИИБТ).

ВЗД используются при разбуривании цементных мостов, песчаных и гидратных пробок, фрезеровании насосно-компрессорных труб, кабелей электропогружных насосов и прочих посторонних предметов. Этими двигателями можно осуществлять бурение как внутри эксплуатационных, так и насосно-компрессорных трубных колон. При проведении капитального ремонта скважин могут использоваться также двигатели с наружным диаметром 127 мм.

По своей конструкции ВЗД для ремонта скважин принципиально не отличаются от двигателей общего назначения.

144

Ò à á ë è ö à 3.20

Технические характеристики винтовых забойных двигателей для ремонта скважин конструкции ОАО НПО « Буровая техника»

145

Ï ð î ä î ë æ å í è å ò à á ë . 3.20

146