библиотека нефтяника / Буровое оборудование 2 / Глава 3

Двигатели комплектуются рабочими парами с заходностью 6:7, 7:8 и 9:10 (по желанию заказчика).

В соответствии с заказом.

Примечание. ВЗД имеют сертификат соответствия ГОСТ Р ¹ РОО RU.H005.B00002.

147

Рис. 3.27. Винтовой забойный двигатель типа Д2-195 с полым ротором

148

Наибольшими возможностями обладает многофункциональный двигатель ДК-108, разработанный ОАО НПО «Буровая техника» в трех модификациях рабочих органов. Особенностью данного двигателя является широкий диапазон его характеристик, обеспечивающий выполнение разнообразных видов ремонтно-восстановительных работ при капитальном ремонте глубоких скважин в различных горно-геологических условиях.

Изготовители:

Опытное производство Пф ВНИИБТ. ОАО НПО « Буровая техника» .

3.4.3. ДВИГАТЕЛИ С ПОЛЫМ ВАЛОМ

Винтовые забойные двигатели с разделенным потоком (рис. 3.27) предназначены для бурения вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважин различного назначения с промывкой буровым раствором на водной основе плотностью до 1300 кг/м3 в условиях температуры до 100 °С.

Отличительной особенностью этих двигателей является то, что в них соединение полого ротора с валом шпинделя осуществляется через торсион, размещенный внутри ротора. Ротор изготавливается из трубной заготовки методом фрезерования или еще более перспективным методом штамповки из тонкостенной трубы.

Уменьшение массы ротора и применение торсиона, размещенного в роторе, позволили уменьшить длину и массу двигателей на 10–15 %, а также существенно (в 3–4 раза) увеличить стойкость узла соединения ротора с валом шпинделя. Кроме того, такая конструкция двигателя позволяет улучшить энергетическую характеристику двигателя, повысить его КПД и в 2–4 раза снизить уровень вибраций двигателя.

За счет унификации присоединительных элементов рабочих органов и торсиона эти двигатели могут быть секционированы, что позволяет повысить момент силы на валу и мощность, а также значительно увеличить срок службы рабочих органов.

В двигателях применяется простой и надежный переливной клапан манжетного типа.

Технические решения, использованные в конструкции ВЗД, защищены авторскими свидетельствами и патентами во многих странах мира.

Изготовители:

Пермский филиал ВНИИБТ. ОАО НПО « Буровая техника» .

3.4.4. ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ НАКЛОННОГО И ГОРИЗОНТАЛЬНОГО БУРЕНИЯ

Винтовые забойные двигатели типа ДГ (рис. 3.28) предназначены для бурения горизонтальных скважин, в том числе с малым радиусом искривления.

В отличие от других ВЗД двигатель имеет укороченный шпиндель, оснащен опорно-центрирующими элементами и корпусными шарнирами, обеспечивающими эффективную проводку горизонтальных скважин по

149

Рис. 3.28. Винтовой забойный двигатель типа ДГ-108:

1 – переводник верхний; 2 – ротор в сборе; 3 – статор; 4 – вал гибкий; 5 – шарнир; 6 – корпус шпинделя; 7 – опора осевая; 8 – опора радиальная; 9 – переводник наддолотный

заданной проектом траектории. Кроме этого, созданы ВЗД типов ДР и ДГР, предназначенные для капитального ремонта скважин, отличающиеся от других типов наличием искривленного переводника с регулируемым углом перекоса.

Основные параметры и энергетические характеристики винтовых забойных двигателей типа ДГ при различных расходах воды приведены в табл. 3.18 (ОАО НПО «Буровая техника») и 3.19 (Пф ВНИИБТ) и для капитального ремонта скважин – в табл. 3.20 (ОАО НПО «Буровая техника») и

3.21(Пф ВНИИБТ).

Изготовитель: ОАО НПО « Буровая техника» . Пф ВНИИБТ.

3.4.5. ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ ОТБОРА КЕРНА

Двигатели для отбора керна: гидравлический забойный двигатель типа ГДК конструкции ВНИИБТ (рис. 3.29) [3] предназначен для отбора керна в глубоких нефтяных и газовых скважинах различного назначе- ния.

150

Рис. 3.29. Двигатель для отбора керна конструкции ВНИИБТ [3]:

1 – бурильная труба; 2, 11 – подшипник; 3, 8, 10 – каналы для прохождения жидкости; 4, 9 – гибкие трубы; 5 – керноотборная труба; 6 – наружный рабочий орган; 7 – внутренний рабочий орган; 12 – центратор наружный; 13 – бурильная головка

Рабочие органы двигателя состоят из двух секций с разными направлениями нарезок. Наружный элемент 6 рабочего органа, совершающий планетарное движение, посредством гибких труб 4 è 9 соединяется соответственно с наружным центратором 12 и бурильной головкой 13, вращается в подшипниках 2 è 11. Внутренний полый элемент 7 неподвижен и соединен с колонной труб 1. Внутрь полого элемента спускается керноотборная труба 5. Для прохождения потока промывочной жидкости выполнены каналы 3, 8 è 10.

Двигатель работает следующим образом. Рабочая жидкость поступает в кольцевой зазор между внутренней поверхностью полого вала и грунтоноской, далее проходит через каналы в полом валу и разделяется на два потока. Один поток, проходя через винтовые каналы в верхней секции двигателя и каналы в верхнем трубчатом элементе, попадает в затрубное пространство. Другой поток проходит через нижнюю секцию и продольные каналы нижнего подшипника и затем поступает к забою.

Изготовитель: ОАО НПО « Буровая техника» . Гидравлические забойные двигатели типа ДВК

конструкции Камского НИИКИГСа предусматривают размещение внутри вала шпинделя и полого ротора съемной грунтоноски. Двигатели ДВК-195 и ДВК-240 позволяют отбирать керн диаметром 60 мм длиной до 7,2 м, а двигатели ДВК-172 – керн диаметром 40 мм и длиной 6,4 м. Упомянутые типоразмеры двигателей прошли промысловые испытания в ПО «Удмуртгеология» и буровых предприятиях Пермской области, и освоен их серийный выпуск.

Изготовитель: НИИКИГС.

3.4.6. МНОГОМОДУЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Многомодульные двигатели типа ДММ (рис. 3.30) разработаны ВНИИБТ, их рабочие органы представля-

ют собой агрегированные в корпусе элементы статора, а на валу – элементы ротора. Схемы модульного секционирования предполагают [3] применение отдельных модулей статора при монолитном роторе; отдельных модулей ротора при монолитном статоре; агрегирование модулей ротора и статора.

151

Рис. 3.30. Многошаговый модульный двигатель типа ДММ-172 конструкции ВНИИБТ [3]:

1 – переводник верхний; 2 – корпус; 3 – âàë; 4 – модуль статора; 5 – модуль ротора; 6, 7 – шпонки; 8 – вал гибкий; 9 – переводник нижний; 10 – втулка вала

Конструкция модулей позволяет проводить сборку секции автоматиче- ски, без какой-либо настройки.

Изготовитель: ОАО НПО « Буровая техника» .

3.4.7. ШПИНДЕЛИ И КОМПЛЕКТУЮЩИЕ УЗЛЫ

Все винтовые двигатели выпускаются в шпиндельном исполнении. Под термином «шпиндель» подразумевается автономный узел двигателя, состоящий из корпуса, выходного вала, осевых и радиальных подшипников. Большинство конструкций ВЗД позволяет произвести отсоединение шпинделя от силовой секции без ее демонтажа, в том числе в условиях буровой.

Все узлы трения шпинделя смазываются и охлаждаются буровым раствором. Он является одним из главных узлов двигателя и передает крутящий момент и требуемую осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент, а также воспринимает реакцию забоя и гидравлическую осевую нагрузку, действующую в рабочих органах двигателя, и радиальные нагрузки от долот и шарнирного соединения секций. При использовании долот с гидромониторными насадками шпиндель выполняет функции уплотнения выходного вала, позволяя создавать необходимый перепад давления в насадках.

Шпиндель ВЗД является унифицированным узлом со шпинделями, применяемыми в турбобурах. Наиболее распространенной конструкцией является шпиндель, изображенный на рис. 3.31. Он состоит из корпуса, монолитного полого вала, соединяемого с помощью муфты вверху с шар-

152

Рис. 3.31. Секция шпиндельная ВЗД [17]:

1 – переводник нижний; 2 – муфта; 3, 17 – втулка регулировочная; 4 – кольцо регулировочное; 5, 11 – втулка подкладная; 6 – опора нижняя; 7 – втулка нижней опоры; 8 – сальник торцовый; 9, 12, 15 – кольцо; 10 – вал шпинделя; 13 – пакет подшипников упорных; 14, 18 – втулка упорная; 16 – втулка кольца уплотнительного; 19, 21 – переводник; 20 – гайка; 22 – корпус шпинделя

ниром или с гибким валом, и внизу с помощью наддолотного переводника – с долотом. Для восприятия осевых нагрузок используются упорно-ра- диальные и осевые подшипники качения и скольжения. Осевые подшипники выполняются многорядными и способны работать при износе до 5– 7 мм.

Упорно-радиальные подшипники качения применяются следующих типов:

ñконическими дорожками качения (серия 128700), применяются в двигателях с наружным диаметром 105, 108, 195 и 240 мм (рис. 3.32, à);

ñтороидными дорожками качения (серия 296000), используются в двигателях с наружным диаметром 85, 88 и 127 мм (рис. 3.32, á);

ñкомбинированными дорожками качения (рис. 3.32, в) используются в двигателях типов Д-48, Д1-54, ДГ-95 и ДГ-108.

В некоторых моделях двигателей с наружным диаметром 172 мм использовались упорные подшипники качения с тороидными дорожками и резиновым компенсатором износа типа ШШО (серия 538000). Общий вид ступени многорядного упорного подшипника качения с резиновым компенсатором типа ШШО изображен на рис. 3.33.

Размеры упорно-радиальных и упорных подшипников качения шпинделей ВЗД приведены в табл. 3.22.

В некоторых конструкциях шпинделей ВЗД используются многорядные упорные резинометаллические подшипники скольжения непроточного типа (рис. 3.34). Выбор типа осевого подшипника зависит от условий эксплуатации двигателя. Исследованиями установлено, что эти подшипники эффективны при эксплуатации двигателей в абразивной среде и при высоких нагрузках.

153

Рис. 3.32. Подшипники качения упор- но-радиальные:

à – с коническими дорожками каче- ния; á – с тороидными дорожками качения; в – с комбинированными дорожками качения; 1 – кольцо наружное; 2 – кольцо внутреннее; 3 – øàð; 4, 5 – втулки распорные; 6 – âàë; 7 – кольцо проставочное

Ò à á ë è ö à 3.22

Технические характеристики подшипников качения ВЗД [3]

В эксплуатации находятся двигатели с диаметрами валов шпинделей 115 и 130 мм с резинометаллической опорой. Для конкретных целей потребители могут оснащать шпиндели шаровыми осевыми опорами.

ГПЗ поставляет подшипник в одноступенчатом варианте. Опора комплектуется 10 подшипниками вместе с компенсаторами и втулками при сборке двигателя.

В шпинделях двигателей типов Д1-127, Д1-88, Д-85 устанавливается по два подшипника

154

Рис. 3.33. Ступень подшипника качения многорядного упорного с компенсатором типа ШШО:

среднее; 5 – шарик; 6 – втулка внутренняя

Рис. 3.34. Многорядная осевая резинометаллическая опора скольжения:

1 – кольцо наружное; 2 – äèñê; 3 – кольцо внутреннее; 4 – подпятник; 5 – корпус шпинделя; 6 – âàë

Размеры упорных подшипников скольжения приведены в табл. 3.23.

Радиальные подшипники шпинделя в большинстве случаев представляют собой пары трения скольжения. Конструкция подшипника изображена на рис. 3.35. Он состоит из неподвижного резинометаллического элемента с профильными канавками и подвижного, выполненного из металла с упрочнением рабочей поверхности для лучшего сопротивления износу.

В двигателях для наклонно направленного и горизонтального бурения подшипники выполняются в виде пары «металл – металл» для повышения их стойкости в условиях повышенных радиальных нагрузок, возникающих за счет действия отклоняющих сил на долоте.

Основные параметры и размеры подшипников скольжения приведены в табл. 3.24.

Размер зазора в радиальных опорах определяется возможной точностью изготовления деталей и требуемой утечкой жидкости для ее охлаждения в процессе эксплуатации.

155

Рис. 3.35. Опора радиальная шпинделя ВЗД

Рис. 3.36. Сальник торцовый шпинделя:

1 – втулка наружная; 2 – элемент сальника неподвижный; 3 – пружина; 4 – элемент сальника подвижный; 5 – кольцо уплотнительное; 6 – втулка внутренняя

Уплотнение выходного вала ВЗД осуществляется уплотнениями четырех вариантов конструкции:

торцовым сальником, устанавливаемым в верхней части шпинделя под радиальной опорой, используемым в двигателях диаметром 172 и 195 мм (рис. 3.36);

многорядным упорным подшипником скольжения, выполняющим роль уплотнения и используемым в двигателях диаметром 172–240 мм;

Ò à á ë è ö à 3.23

Технические характеристики подшипников скольжения, применяемых в ВЗД

Подпятники типа П2 изготавливаются по ГОСТ 4671–76, остальные – по индивидуальным проектам.

Подпятник с «утопленной» резиной.

156