библиотека нефтяника / Буровое оборудование 2 / Глава 3

ной скважины без извлечения устройства на поверхность. Устройство имеет несколько фиксированных углов искривления (например 0; 1,5; 3,0°), каждому из которых соответствует своя команда.

Схема конструкции отклонителя типа ОМУ изображена на рис. 3.44, а схема его установки и рабочего положения – на рис. 3.45. В зависимости от типа приводного модуля команда задается импульсом давления или сбрасыванием шара внутрь колонны труб.

Технические характеристики отклонителей диаметром 240, 195 и 172 мм приведены в табл. 3.33.

Изготовитель: ОАО НПО « Буровая техника» .

168

3.5.7. МАЛОГАБАРИТНЫЙ ОТКЛОНИТЕЛЬ

Малогабаритный отклонитель типа МО предназначен для включения в состав малогабаритных компоновок низа с использованием винтового забойного двигателя при бурении горизонтальных участков диаметром до 140 мм из бездействующих скважин с небольшим радиусом искривления (10–15 м). Отклонитель в зависимости от регулирования обеспечивает искривление в широком диапазоне радиуса искривления – от малого до

Рис. 3.46. Схема расположения в компоновке низа малогабаритного отклонителя конструкции ОАО НПО « Буровая техника» :

1 – колонна бурильных труб; 2 – гибкие соединительные звенья; 3 – малогабаритный управляемый отклонитель; 4 – двигатель забойный укороченный; 5 – долото

большого. Отклонитель с наружным диаметром 125 и 105 мм имеет длину 1250 мм. Управление отклонителем осуществляется путем плавного изменения перепада давления. Соответственно изменяется угол искривления в отклонителе.

Компоновка низа включает в себя укороченный винтовой забойный двигатель диаметром 125 или 105 мм и гибкие соединительные звенья, передающие рабочий крутящий момент и осевую нагрузку. Схема расположения отклонителя в скважине изображена на рис. 3.46.

Разработчик и поставщик: ОАО НПО « Буровая техника» .

3.5.8. МЕХАНИЗМЫ ИСКРИВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ [3]

Механизм искривления двигателя (МИ) является неотъемлемым узлом ВЗД, предназначенного для бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин. Он предназначен для перекоса осей секций или секции и шпинделя забойного двигателя. МИ может устанавливаться над двигателем. В качестве МИ используются искривленные (кривые) переводники и корпусные шарниры.

Искривленные переводники. Наиболее распространенным искривленным переводником с фиксированным углом перекоса осей является жесткий искривленный переводник. Он представляет собой корпусный переводник с ниппельными резьбами по концам, оси которых смещены на определенный угол – от 1 до 6 °.

Двигатели оснащаются комплектом таких переводников с различными углами перекоса. МИ в этом исполнении применяются при наборе кривизны по большому и среднему радиусам.

Регулируемые на поверхности искривленные переводники под названием ПИР (рис. 3.47), действующие по принципу поворота двух сопряженных осей, разработаны ВНИИБТ и используются в конструкциях современных ВЗД.

169

Рис. 3.47. Переводник искривленный регулируемый:

1 – переводник верхний; 2 – переводник нижний; 3 – палец; 4 – труба эластичная; 5, 6 – кольца; 7 – гайка

Корпусные шарниры. Корпусные шарнирные соединения используются в компоновках ВЗД, как правило, при бурении горизонтальных скважин по малому и среднему радиусам искривления.

Разработаны шарниры с двумя и одной степенью свободы.

Шарниры первого типа устанавливаются над забойными двигателями в основном с целью снижения сил сопротивления при перемещении КНБК по стволу скважины. Шарниры с одной степенью свободы обеспечивают поворот корпуса вокруг оси шарнира на заданный угол только в одной плоскости. Угол перекоса этого шарнира рассчитывается как для искривленного переводника, и поэтому корпусной шарнир должен включать конструктивные элементы, ограничивающие угол перекоса. Для совмещения центра шарниров с осью скважины на их наружной поверхности устанавливают центрирующие элементы или расположенные в нижней части

Рис. 3.48. Шарнир корпусной двигателя типа ДГ-108:

1 – переводник верхний; 2 – уплотнение; 3 – палец; 4 – труба эластичная; 5 – переводник нижний

170

опоры. Этот прием позволяет уменьшить радиус искривления скважины при использовании отклоняющей компоновки. Один из вариантов конструкции корпусного шарнира изображен на рис. 3.48.

Основные технические характеристики верхних (с двумя степенями свободы) и нижних (с одной степенью свободы) корпусных шарниров, разработанных ВНИИБТ, приведены в табл. 3.34.

3.5.9. ПЕРЕЛИВНЫЕ И РЕДУКЦИОННЫЕ КЛАПАНЫ ВЗД

Винтовые двигатели от зашламления в период спуско-подъемных операций оснащаются специальными клапанами, называемыми переливными и редукционными. В большинстве двигателей они автономны, но иногда встраиваются в ротор.

Используются несколько конструкций переливных клапанов, разработанных в ОАО НПО «Буровая техника» и Пф ВНИИБТ. Для двигателей типа Д1-105 разработан клапан, конструкция которого изображена на рис. 3.49. Клапан устанавливается в верхней части ротора и состоит из корпуса 7, соединенного с переводником 1. Внутри них размещены кольцо 2 è óïîð 3, под которыми установлены армированная манжета 4, втулка 5 и уплотнение 6.

В переливном клапане (рис. 3.50) для двигателей диаметром 172 и 240 мм уплотнительный элемент клапана похож на уплотнитель клапана бурового насоса. Выполнение основных функций клапана обеспечивает специальная гидравлическая коробка. При спуске и подъеме бурильной колонны через переливной клапан выходит или входит излишняя жидкость и тем самым предотвращается вращение двигателя. Кроме того, СП ЗАО «Удмуртские долота» выпускается ряд типоразмеров перепускных клапанов типа ПК, предназначенных для слива бурового раствора из бурильной колонны при подъеме ее из скважины, а также для заполнения – при спус-

171

172

ке. Технические характеристики перепускных клапанов типа ПК приведены в табл. 3.35.

Изготовители:

СП ЗАО « Удмуртские долота» . ОАО НПО « Буровая техника» . Пф ВНИИБТ.

Редукционные клапаны применяются очень редко, когда по технологическим соображениям требуется увеличить расход для очистки забоя и затрубного пространства. Редукционный клапан конструкции ВНИИБТ для двигателей диаметром 95 мм устанавливается автономно в переводнике выше рабочих органов двигателя (рис. 3.51). Принцип действия клапана заключается в следующем. При увеличении расхода жидкости создается перепад давления перед клапаном и поршень, преодолевая усилие пружины, перемещается вниз и обеспечивает прохождение части потока по затрубью, минуя рабочие органы.

Изготовители:

ОАО НПО « Буровая техника» . Пф ВНИИБТ.

3.5.10. ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ПОТОКА ЖИДКОСТИ ТИПА ППЖ

Переключатель потока жидкости типа ППЖ предназначен для заполнения бурильной колонны буровым раствором, снижения гидродинамиче- ского давления при спуске ее в скважине, удаления загрязненного шламом бурового раствора из полости колонны после спуска, предупреждения сифона и зашламовывания КНБК и забойного двигателя при наращивании труб, технологической промывки, минуя двигатель и долото, слив бурового раствора при подъеме бурильной колонны. Схемы вариантов размещения переключателя в КНБК изображены на рис. 3.52.

Переключатель потока жидкости устанавливается непосредственно над забойным двигателем или долотом (при роторном способе бурения) и используется при любых способах вращательного бурения с применением промывочной жидкости любого типа и независимо от климатических условий.

Назначение механизма – по команде оператора с поверхности: пропускать промывочную жидкость через боковые отверстия внутрь

бурильной колонны и обратно; пропускать жидкость через торцевое отверстие в забойный двигатель;

Рис. 3.52. Схема последовательности работ с использованием переключателя потока жидкости при спуске бурильной колонны в скважину:

à – спуск бурильной колонны; á – промывка скважины через переливной клапан; в – при бурении скважины; 1 – бурильная колонна труб; 2 – ÓÁÒ; 3 – переливной клапан; 4 – ÃÇÄ; 5 – долото

173

не пропускать жидкость из скважины в полость колонны и (или) обратно.

Использование переключателя позволяет:

снизить потери промывочной жидкости за счет исключения сифона при наращивании бурильных труб;

уменьшить вероятность гидроразрыва пластов при спуске колонны в скважину за счет снижения гидродинамического сопротивления спускаемой компоновки;

увеличить срок службы забойных двигателей в результате исключения зашламовывания при спуске, прокачивании загрязненной жидкости после спуска бурильной колонны или после ее наращивания;

повысить срок службы сменных деталей бурового насоса за счет проведения технологических промывок при пониженном давлении.

Переключатель потока типа ППЖ разработан в двух- и трехкомандном вариантах с наружным диаметром 100 и 195 мм.

Технические характеристики переключателей потока типа ППЖ приведены в табл. 3.36.

Разработчик и изготовитель: ОАО НПО « Буровая техника» .

3.6. ТУРБИННО-ВИНТОВЫЕ ЗАБОЙНЫЕ ДВИГАТЕЛИ (ТВЗД)

Модульные турбинно-винтовые двигатели типа ТВД, разработанные ОАО НПО «Буровая техника», являются новой концепцией привода породоразрушающего инструмента [29].

Двигатели типа ТВД предназначены для бурения глубоких вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения. Они могут выполнять также функции забойного привода керноотборных устройств при бурении с отбором керна и двигателя-отклонителя (при замене обычного шпинделя на шпиндель-отклонитель).

Эти двигатели выпускаются с наружным диаметром 195 и 240 мм и применяются при бурении скважин в сочетании с шарошечными (всех типов и серий), лопастными и алмазными, в том числе армированными ал- мазно-твердосплавными пластинами типа АТП, долотами и бурильными головками соответствующих диаметров, обеспечивающих минимальный технологически обоснованный зазор между корпусом двигателя и стенками скважины.

Турбинно-винтовой двигатель типа ТВД (рис. 3.53) представляет собой универсальный забойный двигатель, содержащий три основных узла: одну, две или три турбинных секции 2, один винтовой модуль 3 и шпиндель 1 с осевой опорой (при необходимости – шпиндель-отклонитель).

174

Рис. 3.53. Турбинно-винтовой двигатель типа ТВД:

1 – шпиндель; 2 – турбинная секция; 3 – винтовой модуль

Конструктивно предусмотрены различные варианты агрегирования указанных узлов в условиях как специализированного цеха по ремонту забойных двигателей, так и в условиях буровой на строящейся скважине, благодаря чему бурение верхних интервалов скважин может осуществляться при относительно высокой частоте вращения долота – 380 об/мин (без использования винтового модуля), а нижних интервалов – при сравнительно низкой частоте вращения долота – 75 об/мин (с применением винтового модуля).

Учитывая различные технологические требования, предъявляемые в конкретных горно-геологических условиях разрезов месторождений, тур-

175

бинно-винтовые двигатели могут быть агрегатированы в единую компоновку в соответствии с приведенными в табл. 3.37.

Двигатель типа ТВД-195 выполнен с учетом максимального использования унифицированных узлов серийно выпускаемых турбобуров, высокомоментных турбобуров типа А7П3 и серийных винтовых пар. Такая компоновка двигателя обеспечивает высокие значения момента силы на выходном валу при относительно низкой частоте его вращения. При этом предусмотрена разгрузка винтового модуля на номинальном режиме работы двигателя: модуль либо повышает, либо поглощает момент силы только при преодолении пика момента на долоте или его перегрузке, что предопределяет значительное увеличение безотказной наработки винтовой пары.

По сравнению с известными в практике бурения турбобурами и винтовыми забойными двигателями турбинно-винтовой забойный двигатель типа ТВД обладает рядом принципиально важных достоинств. Он органич- но сочетает стабильность во времени энергетической характеристики, свойственную турбинному приводу, а также высокое соотношение параметров Ì/n и высокую жесткость линии моментов, свойственную объемным гидромашинам.

Этот двигатель избавлен от недостатков турбобура (относительно низкий момент силы на валу и «мягкость» линии моментов) и от недостатков винтового забойного двигателя (низкий срок службы винтовой пары и отрицательное воздействие на долото поперечных колебаний, генерируемых близко расположенной к нему винтовой рабочей парой).

Высокая надежность двигателя обеспечена применением в его конструкции ряда оригинальных технических решений, обеспечивающих высокие эксплуатационные показатели. К этим решениям относятся: узлы соединения торсиона с винтовым ротором и валом турбинной секции; система, устраняющая негативное влияние силы, вызванной вращением неуравновешенной массы торсиона и винтового ротора, а также перекашивающего момента, действующего на последний. Часть этих технических решений запатентована в США, Франции, Германии, Канаде, Бразилии.

Условиями, ограничивающими применение двигателей типа ТВД, являются температура бурового раствора более 120 °С; плотность бурового раствора более 1700 кг/м3; содержание в буровом растворе углеводородных соединений более 5 %.

Ввиду того, что современные долота обладают стойкостью, превышающую 100 ч, должна быть обеспечена и работоспособность двигателя, гарантирующая отработку не менее трех таких долот. Такая гарантия обеспечивается при использовании турбинно-винтового двигателя, конструкция которого в целом и его узлов относительно отработаны.

176