технология бурения 2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 8.18. Виды существующих компоновок ВЗД

На практике вариант компоновки II был использован французской фирмой Sch1umberger в двигателе Gerotor, а также в экспериментальном отечественном двигателе для стабилизации КНБК без вращения колонны бурильных труб.

В начале 1970-х гг. ВНИИБТ предложил конструкцию ВЗД с подвижным статором, кинематически аналогичную варианту III. От известных двигателей он отличается тем, что соединение подвижного статора и колонны бурильных труб выполнено в виде гибкой трубы. Компоновка забойного двигателя позволяет использовать в качестве гибкой трубы элемент бурильной колонны.

Вариант компоновки IV нашел применение в двигателе для отбора керна, в котором неподвижный полый ротор с располагающимся внутри него керноотборником соединен с колонной бурильных труб, а статор, совершающий планетарное движение, связан с бурголовкой посредством гибкой трубы.

Для осуществления рабочего процесса ВЗД Д. Ф. Балденко и М. Г. Бидманом предложена классификация винтовых героторных машин (конструктивных компоновок ВЗД), состоящая из четырех вариантов взаимодействия ротора и статора.

На рисунке 8.19 представлены кинематические схемы известных компоновок винтовых героторных машин. Варианты кинематических схем компоновок согласно рисунку 8.19 по элементам героторной машины приведены в таблице 8.6.

49

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 8.19. Кинематические схемы известных конструктивных компоновок винтовых героторных машин: I – с неподвижным наружным элементом и планетарно вращающимся внутренним; II – с вращающимся наружным элементом и внутренним элементом, ось которого совершает переносное движение; III – с наружным элементом, ось которого совершает переносное движение, и внутренним элементом, вращающимся вокруг своей оси; IV – с наружным элементом, совершающим планетарное движение, и внутренним неподвижным элементом

Таблица 8.6

Варианты кинематических схем компоновок по элементам героторной машины

Впервые по указанным кинематическим схемам винтовые объемные двигатели были испытаны в 1967–1969 годах. В начале 70-х годов начато их серийное производство.

8.7.1.Серийно выпускаемые ВЗД отечественного производства

Внашей стране работы по созданию ВЗД начались во ВНИИБТ, его пермском филиале, и продолжаются в настоящее время. Наиболее активно занимаются серийным выпуском объемных двигателей коллективы науч- но-производственных объединений: НПО «Буровая техника», ООО

«ВНИИБТ-Буровой инструмент», ОАО «Кунгурский машиностроительный завод», ООО «Радиус-Сервис».

50

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

В таблице 8.7 представлены технические характеристики серийно выпускаемых ВЗД ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент».

Все российские двигатели имеют торговую марку (шифр) Д, лишь

ООО «Радиус-Сервис» прибавило к шифру окончание РС. Добавление к шифру Д другой буквы идентифицирует ВЗД по их назначению или особенностям характеристики.

Например, двигатели серии ДГ спроектированы для горизонтального бурения, ДВ – выполнены высокооборотными, ДР – двигатели с регулируемым искривленным переводником.

Таблица 8.7

Характеристики винтовых забойных двигателей

ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент»

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 8.20. Энергетические характеристики двигателей

ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент»:

а) Д1-88 (Q = 7 л/с); б) Д1-105 (Q = 10 л/с); в) ДВ-172 (Q = 32 л/с); г) Д1-240 (Q = 32 л/с)

52

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Двигатели компании ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент» обладают повышенными энергетическими характеристиками (рис. 8.6). Например, момент двигателя ДВ-172 в оптимальном режиме его работы составляет от 6,0 до 7,0 кН∙м. С данными показателями возможно создание (поддержание) осевой нагрузки на долото при использовании любых типов моментоёмкого породоразрушающего инструмента до 120 кН.

Одной из вышеперечисленных компаний, занимающей лидирующие позиции в области конструирования и серийного выпуска ВЗД, является

ООО «Радиус-Сервис» (РС). Их двигатели имеют широкий диапазон эксплуатации – это касается как бурения скважин малого диаметра, так и бурения скважин, имеющих сложный профиль. Их отличительной особенностью является надежность, увеличенный моторесурс рабочих органов (до 300 часов), а также хорошая управляемость двигателей. В компании выпускают двигатели ДРУ2-106РС, ДРУЗ-127РС, ДРУ1-195 РС, Д-172РС, ДРУ172РС, ДРУ-176РС, ДОШ-172РС. В таблице 8.8 кратко представлены технические характеристики серийно выпускаемых двигателей РС.

53

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Из таблицы 8.8 видно, что двигатели РС могут использоваться для бурения скважин диаметром от 73,0 до 270 мм и обладают достаточно высокими крутящими моментами (для ДРУ-176) от 4,0 до 7,0 кН∙м.

На рисунке 8.21 представлены компоновки с двигателями РС.

Рис. 8.21. Двигатели ДОШ-172РС (а), ДРУ-176РС (б), ДРУ-172РС (в), корпусный центратор (г)

На рис. 8.22 а, б, в, г представлены энергетические характеристики ДРУ172РС и ДРУ-176РС.

Большинство буровых предприятий осуществляют углубление скважин под эксплуатационную колонну с применением двигателей Д-172РСи ДРУ-176РС.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 8.22. Зависимостьчастотывращенияикрутящегомоментаотдифференциального перепададавления: а, б– двигательной секции PV 172.4.39 (разностьмежду перепадамидавления«долотонадзабоем– долотоподнагрузкой»);

в, г– двигательной секции RS 176.6.28

Ранее было отмечено, что по сравнению с другими ВЗД они имеют достаточно высокий моторесурс (до 200 часов) и хорошую управляемость в процессе бурения искривленных участков скважин, т.к. укомплектованы двигательными секциями

срабочими парами PV Fluid и специальными твердосплавными радиальными опорамившпиндельной секции, атакже регулируемымпереводникомдляискривления скважины с диапазоном углов от 0°15' до 1°00'. Двигатели могут эксплуатироваться

сиспользованием промывочной жидкости плотностью от 800 до 1600 кг/м3 при забойнойтемпературевинтервалахуглубленияскважиныдо120 °С.

Также в нашей стране серийным выпуском ВЗД занимается ОАО «Кунгурский машзавод». Он производит широкий спектр гидравлических забойных двигателей (ГЗД), в том числе винтовых забойных двигателей и турбобуров в диапазоне 76-240 мм для вертикального, наклонно направленного и горизонтального бурения, проведения ремонтно-восстановительных работ.

Технические характеристики двигателей Кунгурского завода представлена в таблице 8.9.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Выпускаемые заводом двигатели также обладают достаточно высокими энергетическими характеристиками (для ДУ-172 – от 4,0 до 6,0 кН∙м) и моторесурсом до 160 часов, при этом применение современного комплекса высокопроизводительного оборудования (горизонтальная ванна хромирования УГ-6) позволяет увеличить срок службы ВЗД до 200 часов за счет получения качественного гальванического хромового покрытия на сложных пространственных поверхностях (роторах ВЗД и сердечниках пресс-форм). Однако внедрение новых технологий (динамичное хромирование в протоке, комбинированное покрытие) роторов является лишь частичным решением задачи, направленной на увеличение срока службы ВЗД, т.к. основной износ РО приходится на эластомер статора ВГМ.

Предприятиями, опытно-конструктивными объединениями продолжается совершенствование ВЗД. Разрабатываются многофункциональные двигатели ДК-108, комплектующиеся взаимозаменяемыми винтовыми парами различных параметров, позволяющих изменять частоту вращения от 20 до 230 об/мин. Они предназначены для выполнения самых разных специальных работ в бурящихся и ремонтирующихся скважинах. Разрабатывается также малогабаритный двигатель типа Д-48 для работ внутри НКТ на гибких непрерывных трубах диаметром 38-42 мм. Ведутся также работы, направленные на повышение работоспособности ВЗД, за счет:

–снижения удельного контактного давления в паре трения роторстатор путём увеличения площади контакта многозаходных винтовых поверхностей;

–износостойкости резиновой обкладки статора за счёт применения новых высококачественных сортов резины;

–износостойкости поверхности стального ротора путём освоения технологии нанесения твёрдых покрытий (наиболее перспективной следует считать технологию диффузионного хромоборирования).

Следует также обратить внимание на улучшение качества очистки буровых растворов и снижение коррозионной агрессивности. Существенное увеличение долговечности рабочих органов, а также совершенствование узлов ВЗД позволило бы повысить энергетические характеристики объемных машин и эффективность бурения скважин.

8.7.2.Зарубежные серийно выпускаемые объемные двигатели

За рубежом объемные двигатели различных модификаций выпускают около 20 машиностроительных компаний. Среди них Baker Hughes, Halliburton, Schlumberger, Weatherford и др. Каждая фирма-изготовитель имеет свою торговую марку. Так, фирма Baker Hughes выпускает двигате-

ли под торговыми марками: NaviDrill; Ultra; X-treme; SchlumbergerAnadrill и Power Pak; Halliburton-Sperry Drill и GeoForce; Weatherford-Red Head. В то же время при всём многообразии типоразмеров зарубежных ВЗД их рабочие пары, за небольшим исключением, изготавливаются

58