СССР является родиной турбинного бурения. Первый промышленный образец был изготовлен еще в 1922—1923 гг . Это был редукторный турбобур с одноступенчатой турбиной, начиная с 40-х годов основных техническим средством для бурения скважин являлся многоступенчатый турбобур. Широкое распространение турбинного бурения позволило получить высокие темпы роста добычи нефти и газа.[1]
Однако с увеличением средних глубин скважин, совершенствования долот и технологии роторного бурения отечественная нефтяная промышленность стала отставать по показателю проходки за рейс от мирового уровня. Так в 1981—1982 годах средняя проходка за рейс в США составляла 350 м, в то время как в СССР она не превышала 90 м. Такое отставание от США было связано с характеристикой турбобуров, которые не позволяли получать частоту вращения менее 400—500 об/мин с обеспечением необходимого крутящего момента и уровня давления насосов, и как следствие было невозможно применять современные низкооборотные шарошечные долота. И перед нефтяной промышленностью СССР встал вопрос о переходе на технологию низкооборотного бурения.[1]
Роторное бурение хоть и применялось, но технологически сильно отставало от мирового уровня: не имелось бурильных труб и буровых станков высокого технического уровня. Таким образом было принято решение о создании низкооборотного забойного двигателя для замены турбобуров. Работы по созданию опытных образцов винтовых забойных двигателей (ВЗД) начались в США и СССР в середине 60-х годов. В США первые ВЗД были альтернативой турбобурам для наклонно-направленного бурения, а в СССР они служили средством для привода низкооборотных долот[1].
В последние годы в технике и технологии бурения скважин произошли значительные изменения: появились новые технологии в наклонно-направленном бурении (бурение горизонтальных участков, бурение дополнительных стволов из ранее пробуренных скважин), распространение долот типа PDС, новейшие телеметрические системы для контроля забойных параметров во время бурения и др. И если раньше ВЗД рассматривались только как альтернативу турбобурам и их перспектива оценивалась неоднозначно, то сейчас в силу свои уникальных характеристик ВЗД стали основной частью современных технологий. В 2010 году в России выполнено ¾ всего объема бурения и ремонта скважин при помощи ВЗД и они были взяты на вооружение практически всеми российскими и зарубежными нефтегазовыми и сервисными компаниями[2].
Винтовые забойные двигатели относятся к объемным роторным гидравлическим машинам и согласно общей теории таких машин элементами рабочих органов (РО) являются:
Сравнительно малая металлоемкость и простота конструкции является важным фактором, способствующим широкому их использованию в современной технике.
К отличительным особенностям ВЗД относятся:
Так как ВЗД находится в непосредственном контакте с жидкостью (буровым раствором), который и приводит его в действие, то благодаря указанным особенностям он является практически единственным типом объемных гидравлических двигателей, который сравнительно долговечны при использовании рабочих жидкостей, содержащих механические примеси[4].
Практически любой ВЗД можно разделить на несколько основных узлов: двигательная секция, шпиндельная секция, регулятор угла перекоса.[5]
Двигательная секция предназначена для преобразования потока жидкости в вращательное движение. Она состоит из стального ротора и статора, который имеет эластичную обкладку с внутренней винтовой поверхностью (эластомер), выполненную обычно из резины. Статор и ротор двигательной секции должны выполнять некоторые условия:[5]
Зубья статора и ротора находятся в непрерывном контакте, образуя замыкающиеся по длине статора единичные камеры. Буровой раствор проходя через эти камеры проворачивает ротор внутри статора. По конструкции двигательной секции различают монолитные и секционные двигателе.[5]
Эластомер статора. Шпиндельная секция. Под термином «шпиндель» подразумевается автономный узел двигателя с выходным валом с осевыми и радиальными подшипниками. Шпиндель является одним из главных узлов двигателя. Он передает крутящий момент и осевую нагрузку на долото, воспринимает реакцию забоя и гидравлическую осевую нагрузку, действующую в РО, а также радиальные нагрузки от долот и гибкого вала (гибкий вал применяется для соединения ротора ВЗД и вала шпинделя).[6]
Шпиндель выполняется в виде монолитного полого вала, который соединяется посредством наддолотного переводника в нижней части с долотом, а с помощью муфты в верхней части — с гибким валом[6] По конструкции шпинделя бывают открытые и маслонаполненные. В открытых (используются почти во всех серийных отечественных двигателях) узлы трения смазываются и охлаждаются буровым раствором, а в маслонаполненных узлы трения находятся в масляной ванне с избыточным давлением на 0,1-0.2 МПа, превышающим давление окружающей среды.[7].
Регулятор угла предназначен для перекоса осей секций двигателя или самого двигателя относительно нижней части бурильной колонны. Устанавливается между силовой и шпиндельной секцией или над самим ВЗД. Обычно состоит из двух переводников, сердечника и зубчатой муфты.[5]
В большинство компоновок низа бурильной колоны включающих ВЗД устанавливаются переливные клапаны. Они предназначены для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством при спуско-подъемных операциях. Применение клапана устраняет холостое вращение двигателя, а также уменьшает гидродинамическое воздействие на забой. Устанавливают над двигателем или входят непосредственно в конструкцию ВЗД[8].
org-wikipediya.ru
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Двигатель в сборке с шарошечным долотом. Винтовой забойный двигатель (англ. positive displacement motor; mud motor; drilling motor) — это машина объемного (гидростатического) действия. Основными элементами конструкции являются: двигательная секция, шпиндельная секция, регулятор угла. Винтовой забойный двигатель (ВЗД) применяет для бурения скважин различной глубины, широко применяются для наклонно-направленного и горизонтального бурения.
СССР является родиной турбинного бурения. Первый промышленный образец был изготовлен еще в 1922—1923 гг . Это был редукторный турбобур с одноступенчатой турбиной, начиная с 40-х годов основных техническим средством для бурения скважин являлся многоступенчатый турбобур. Широкое распространение турбинного бурения позволило получить высокие темпы роста добычи нефти и газа.[1]
Однако с увеличением средних глубин скважин, совершенствования долот и технологии роторного бурения отечественная нефтяная промышленность стала отставать по показателю проходки за рейс от мирового уровня. Так в 1981—1982 годах средняя проходка за рейс в США составляла 350 м, в то время как в СССР она не превышала 90 м. Такое отставание от США было связано с характеристикой турбобуров, которые не позволяли получать частоту вращения менее 400—500 об/мин с обеспечением необходимого крутящего момента и уровня давления насосов, и как следствие было невозможно применять современные низкооборотные шарошечные долота. И перед нефтяной промышленностью СССР встал вопрос о переходе на технологию низкооборотного бурения.[1]
Роторное бурение хоть и применялось, но технологически сильно отставало от мирового уровня: не имелось бурильных труб и буровых станков высокого технического уровня. Таким образом было принято решение о создании низкооборотного забойного двигателя для замены турбобуров. Работы по созданию опытных образцов винтовых забойных двигателей (ВЗД) начались в США и СССР в середине 60-х годов. В США первые ВЗД были альтернативой турбобурам для наклонно-направленного бурения, а в СССР они служили средством для привода низкооборотных долот[1]
ru.bywiki.com
Двигатель в сборке с шарошечным долотом. Винтовой забойный двигатель (англ. positive displacement motor; mud motor; drilling motor) — это машина объемного (гидростатического) действия. Основными элементами конструкции являются: двигательная секция, шпиндельная секция, регулятор угла. Винтовой забойный двигатель (ВЗД) применяет для бурения скважин различной глубины, широко применяются для наклонно-направленного и горизонтального бурения.
СССР является родиной турбинного бурения. Первый промышленный образец был изготовлен еще в 1922—1923 гг . Это был редукторный турбобур с одноступенчатой турбиной, начиная с 40-х годов основных техническим средством для бурения скважин являлся многоступенчатый турбобур. Широкое распространение турбинного бурения позволило получить высокие темпы роста добычи нефти и газа.[1]
Однако с увеличением средних глубин скважин, совершенствования долот и технологии роторного бурения отечественная нефтяная промышленность стала отставать по показателю проходки за рейс от мирового уровня. Так в 1981—1982 годах средняя проходка за рейс в США составляла 350 м, в то время как в СССР она не превышала 90 м. Такое отставание от США было связано с характеристикой турбобуров, которые не позволяли получать частоту вращения менее 400—500 об/мин с обеспечением необходимого крутящего момента и уровня давления насосов, и как следствие было невозможно применять современные низкооборотные шарошечные долота. И перед нефтяной промышленностью СССР встал вопрос о переходе на технологию низкооборотного бурения.[1]
Роторное бурение хоть и применялось, но технологически сильно отставало от мирового уровня: не имелось бурильных труб и буровых станков высокого технического уровня. Таким образом было принято решение о создании низкооборотного забойного двигателя для замены турбобуров. Работы по созданию опытных образцов винтовых забойных двигателей (ВЗД) начались в США и СССР в середине 60-х годов. В США первые ВЗД были альтернативой турбобурам для наклонно-направленного бурения, а в СССР они служили средством для привода низкооборотных долот[1].
В последние годы в технике и технологии бурения скважин произошли значительные изменения: появились новые технологии в наклонно-направленном бурении (бурение горизонтальных участков, бурение дополнительных стволов из ранее пробуренных скважин), распространение долот типа PDС, новейшие телеметрические системы для контроля забойных параметров во время бурения и др. И если раньше ВЗД рассматривались только как альтернативу турбобурам и их перспектива оценивалась неоднозначно, то сейчас в силу свои уникальных характеристик ВЗД стали основной частью современных технологий. В 2010 году в России выполнено ¾ всего объема бурения и ремонта скважин при помощи ВЗД и они были взяты на вооружение практически всеми российскими и зарубежными нефтегазовыми и сервисными компаниями[2].
Винтовые забойные двигатели относятся к объемным роторным гидравлическим машинам и согласно общей теории таких машин элементами рабочих органов (РО) являются:
Сравнительно малая металлоемкость и простота конструкции является важным фактором, способствующим широкому их использованию в современной технике.
К отличительным особенностям ВЗД относятся:
Так как ВЗД находится в непосредственном контакте с жидкостью (буровым раствором), который и приводит его в действие, то благодаря указанным особенностям он является практически единственным типом объемных гидравлических двигателей, который сравнительно долговечны при использовании рабочих жидкостей, содержащих механические примеси[4].
Практически любой ВЗД можно разделить на несколько основных узлов: двигательная секция, шпиндельная секция, регулятор угла перекоса.[5]
Силовая секция двигателя.Двигательная секция предназначена для преобразования потока жидкости в вращательное движение. Она состоит из стального ротора и статора, который имеет эластичную обкладку с внутренней винтовой поверхностью (эластомер), выполненную обычно из резины. Статор и ротор двигательной секции должны выполнять некоторые условия:[5]
Зубья статора и ротора находятся в непрерывном контакте, образуя замыкающиеся по длине статора единичные камеры. Буровой раствор проходя через эти камеры проворачивает ротор внутри статора. По конструкции двигательной секции различают монолитные и секционные двигателе.[5]
Эластомер статора. Шпиндельная секция. Под термином «шпиндель» подразумевается автономный узел двигателя с выходным валом с осевыми и радиальными подшипниками. Шпиндель является одним из главных узлов двигателя. Он передает крутящий момент и осевую нагрузку на долото, воспринимает реакцию забоя и гидравлическую осевую нагрузку, действующую в РО, а также радиальные нагрузки от долот и гибкого вала (гибкий вал применяется для соединения ротора ВЗД и вала шпинделя).[6]
Шпиндель выполняется в виде монолитного полого вала, который соединяется посредством наддолотного переводника в нижней части с долотом, а с помощью муфты в верхней части — с гибким валом[6] По конструкции шпинделя бывают открытые и маслонаполненные. В открытых (используются почти во всех серийных отечественных двигателях) узлы трения смазываются и охлаждаются буровым раствором, а в маслонаполненных узлы трения находятся в масляной ванне с избыточным давлением на 0,1-0.2 МПа, превышающим давление окружающей среды.[7].
Регулятор угла предназначен для перекоса осей секций двигателя или самого двигателя относительно нижней части бурильной колонны. Устанавливается между силовой и шпиндельной секцией или над самим ВЗД. Обычно состоит из двух переводников, сердечника и зубчатой муфты.[5]
В большинство компоновок низа бурильной колоны включающих ВЗД устанавливаются переливные клапаны. Они предназначены для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством при спуско-подъемных операциях. Применение клапана устраняет холостое вращение двигателя, а также уменьшает гидродинамическое воздействие на забой. Устанавливают над двигателем или входят непосредственно в конструкцию ВЗД[8].
wikiredia.ru
Двигатель в сборке с шарошечным долотом. Винтовой забойный двигатель (англ. positive displacement motor; mud motor; drilling motor) — это машина объемного (гидростатического) действия. Основными элементами конструкции являются: двигательная секция, шпиндельная секция, регулятор угла. Винтовой забойный двигатель (ВЗД) применяет для бурения скважин различной глубины, широко применяются для наклонно-направленного и горизонтального бурения.
СССР является родиной турбинного бурения. Первый промышленный образец был изготовлен еще в 1922—1923 гг . Это был редукторный турбобур с одноступенчатой турбиной, начиная с 40-х годов основных техническим средством для бурения скважин являлся многоступенчатый турбобур. Широкое распространение турбинного бурения позволило получить высокие темпы роста добычи нефти и газа.[1]
Однако с увеличением средних глубин скважин, совершенствования долот и технологии роторного бурения отечественная нефтяная промышленность стала отставать по показателю проходки за рейс от мирового уровня. Так в 1981—1982 годах средняя проходка за рейс в США составляла 350 м, в то время как в СССР она не превышала 90 м. Такое отставание от США было связано с характеристикой турбобуров, которые не позволяли получать частоту вращения менее 400—500 об/мин с обеспечением необходимого крутящего момента и уровня давления насосов, и как следствие было невозможно применять современные низкооборотные шарошечные долота. И перед нефтяной промышленностью СССР встал вопрос о переходе на технологию низкооборотного бурения.[1]
Роторное бурение хоть и применялось, но технологически сильно отставало от мирового уровня: не имелось бурильных труб и буровых станков высокого технического уровня. Таким образом было принято решение о создании низкооборотного забойного двигателя для замены турбобуров. Работы по созданию опытных образцов винтовых забойных двигателей (ВЗД) начались в США и СССР в середине 60-х годов. В США первые ВЗД были альтернативой турбобурам для наклонно-направленного бурения, а в СССР они служили средством для привода низкооборотных долот[1].
В последние годы в технике и технологии бурения скважин произошли значительные изменения: появились новые технологии в наклонно-направленном бурении (бурение горизонтальных участков, бурение дополнительных стволов из ранее пробуренных скважин), распространение долот типа PDС, новейшие телеметрические системы для контроля забойных параметров во время бурения и др. И если раньше ВЗД рассматривались только как альтернативу турбобурам и их перспектива оценивалась неоднозначно, то сейчас в силу свои уникальных характеристик ВЗД стали основной частью современных технологий. В 2010 году в России выполнено ¾ всего объема бурения и ремонта скважин при помощи ВЗД и они были взяты на вооружение практически всеми российскими и зарубежными нефтегазовыми и сервисными компаниями[2].
Винтовые забойные двигатели относятся к объемным роторным гидравлическим машинам и согласно общей теории таких машин элементами рабочих органов (РО) являются:
Сравнительно малая металлоемкость и простота конструкции является важным фактором, способствующим широкому их использованию в современной технике.
К отличительным особенностям ВЗД относятся:
Так как ВЗД находится в непосредственном контакте с жидкостью (буровым раствором), который и приводит его в действие, то благодаря указанным особенностям он является практически единственным типом объемных гидравлических двигателей, который сравнительно долговечны при использовании рабочих жидкостей, содержащих механические примеси[4].
Практически любой ВЗД можно разделить на несколько основных узлов: двигательная секция, шпиндельная секция, регулятор угла перекоса.[5]
Силовая секция двигателя.Двигательная секция предназначена для преобразования потока жидкости в вращательное движение. Она состоит из стального ротора и статора, который имеет эластичную обкладку с внутренней винтовой поверхностью (эластомер), выполненную обычно из резины. Статор и ротор двигательной секции должны выполнять некоторые условия:[5]
Зубья статора и ротора находятся в непрерывном контакте, образуя замыкающиеся по длине статора единичные камеры. Буровой раствор проходя через эти камеры проворачивает ротор внутри статора. По конструкции двигательной секции различают монолитные и секционные двигателе.[5]
Эластомер статора. Шпиндельная секция. Под термином «шпиндель» подразумевается автономный узел двигателя с выходным валом с осевыми и радиальными подшипниками. Шпиндель является одним из главных узлов двигателя. Он передает крутящий момент и осевую нагрузку на долото, воспринимает реакцию забоя и гидравлическую осевую нагрузку, действующую в РО, а также радиальные нагрузки от долот и гибкого вала (гибкий вал применяется для соединения ротора ВЗД и вала шпинделя).[6]
Шпиндель выполняется в виде монолитного полого вала, который соединяется посредством наддолотного переводника в нижней части с долотом, а с помощью муфты в верхней части — с гибким валом[6] По конструкции шпинделя бывают открытые и маслонаполненные. В открытых (используются почти во всех серийных отечественных двигателях) узлы трения смазываются и охлаждаются буровым раствором, а в маслонаполненных узлы трения находятся в масляной ванне с избыточным давлением на 0,1-0.2 МПа, превышающим давление окружающей среды.[7].
Регулятор угла предназначен для перекоса осей секций двигателя или самого двигателя относительно нижней части бурильной колонны. Устанавливается между силовой и шпиндельной секцией или над самим ВЗД. Обычно состоит из двух переводников, сердечника и зубчатой муфты.[5]
В большинство компоновок низа бурильной колоны включающих ВЗД устанавливаются переливные клапаны. Они предназначены для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством при спуско-подъемных операциях. Применение клапана устраняет холостое вращение двигателя, а также уменьшает гидродинамическое воздействие на забой. Устанавливают над двигателем или входят непосредственно в конструкцию ВЗД[8].
ru.wikibedia.ru
Двигатель в сборке с шарошечным долотом. Винтовой забойный двигатель (англ. positive displacement motor; mud motor; drilling motor) — это машина объемного (гидростатического) действия. Основными элементами конструкции являются: двигательная секция, шпиндельная секция, регулятор угла. Винтовой забойный двигатель (ВЗД) применяет для бурения скважин различной глубины, широко применяются для наклонно-направленного и горизонтального бурения.
СССР является родиной турбинного бурения. Первый промышленный образец был изготовлен еще в 1922—1923 гг . Это был редукторный турбобур с одноступенчатой турбиной, начиная с 40-х годов основных техническим средством для бурения скважин являлся многоступенчатый турбобур. Широкое распространение турбинного бурения позволило получить высокие темпы роста добычи нефти и газа.[1]
Однако с увеличением средних глубин скважин, совершенствования долот и технологии роторного бурения отечественная нефтяная промышленность стала отставать по показателю проходки за рейс от мирового уровня. Так в 1981—1982 годах средняя проходка за рейс в США составляла 350 м, в то время как в СССР она не превышала 90 м. Такое отставание от США было связано с характеристикой турбобуров, которые не позволяли получать частоту вращения менее 400—500 об/мин с обеспечением необходимого крутящего момента и уровня давления насосов, и как следствие было невозможно применять современные низкооборотные шарошечные долота. И перед нефтяной промышленностью СССР встал вопрос о переходе на технологию низкооборотного бурения.[1]
Роторное бурение хоть и применялось, но технологически сильно отставало от мирового уровня: не имелось бурильных труб и буровых станков высокого технического уровня. Таким образом было принято решение о создании низкооборотного забойного двигателя для замены турбобуров. Работы по созданию опытных образцов винтовых забойных двигателей (ВЗД) начались в США и СССР в середине 60-х годов. В США первые ВЗД были альтернативой турбобурам для наклонно-направленного бурения, а в СССР они служили средством для привода низкооборотных долот[1].
В последние годы в технике и технологии бурения скважин произошли значительные изменения: появились новые технологии в наклонно-направленном бурении (бурение горизонтальных участков, бурение дополнительных стволов из ранее пробуренных скважин), распространение долот типа PDС, новейшие телеметрические системы для контроля забойных параметров во время бурения и др. И если раньше ВЗД рассматривались только как альтернативу турбобурам и их перспектива оценивалась неоднозначно, то сейчас в силу свои уникальных характеристик ВЗД стали основной частью современных технологий. В 2010 году в России выполнено ¾ всего объема бурения и ремонта скважин при помощи ВЗД и они были взяты на вооружение практически всеми российскими и зарубежными нефтегазовыми и сервисными компаниями[2].
Винтовые забойные двигатели относятся к объемным роторным гидравлическим машинам и согласно общей теории таких машин элементами рабочих органов (РО) являются:
Сравнительно малая металлоемкость и простота конструкции является важным фактором, способствующим широкому их использованию в современной технике.
К отличительным особенностям ВЗД относятся:
Так как ВЗД находится в непосредственном контакте с жидкостью (буровым раствором), который и приводит его в действие, то благодаря указанным особенностям он является практически единственным типом объемных
ruwikiorg.ru
Изобретение относится к буровой технике, а именно к винтовым забойным двигателям, предназначенным для бурения нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретения заключается в том, что винтовой забойный двигатель содержит дополнительную радиальную опору, установленную на соединительной муфте в зоне ниже окон для пропуска промывочной жидкости, для взаимодействия наружной поверхности соединительной муфты с внутренней поверхностью дополнительной радиальной опоры, причем дополнительная радиальная опора закреплена в корпусе неподвижно. Изобретение позволяет повысить надежность и долговечность винтового забойного двигателя. 3 ил.
Изобретение относится к буровой технике, а именно к винтовым забойным двигателям, предназначенным для бурения нефтяных и газовых скважин.
Известен винтовой забойный двигатель, содержащий секцию рабочих органов, включающую статор, эксцентрично установленный внутри него ротор, секцию шпиндельную, содержащую корпус, полый выходной вал, осевые и радиальные опоры, соединительную муфту с окнами для пропуска промывочной жидкости и узел соединения ротора с полым выходным валом, выполненный в виде двойной зубчатой муфты (см., например, а.с. 237596, F 04 C, опубл. 12.11.69 г. Бюл. 8). Недостатком известного винтового забойного двигателя является то, что в результате эксцентричного расположения ротора в статоре при работе двигателя на радиальные опоры секции шпиндельной действуют дополнительные радиальные усилия, возникающие вследствие передачи осевых гидравлических сил с ротора на полый выходной вал под некоторым углом, величина которого зависит от величины эксцентриситета ротора, установленного в статоре, и от длины узла соединения ротора с полым выходным валом. Величина этих дополнительных радиальных усилий прямо пропорциональна осевым гидравлическим силам и тангенсу угла наклона узла соединения ротора с полым выходным валом к центральной оси двигателя. В результате действия дополнительных радиальных усилий на радиальные опоры секции шпиндельной, а также на рабочие органы (ротор и статор), радиальные опоры и рабочие органы дополнительно истираются, изнашиваются и преждевременно приходят в негодность. Другим недостатком известного винтового забойного двигателя является то, что узел соединения ротора с полым выходным валом секции шпиндельной выполнен в виде открытой зубчатой муфты. Промывочная жидкость, содержащая мелкие абразивные частицы, попадая в зубчатое зацепление, способствует интенсивному износу зубьев зубчатой муфты. Эти недостатки известного винтового забойного двигателя на позволяют снизить нагрузки на радиальные опоры секции шпиндельной, на рабочие органы и не дают возможности предотвратить преждевременный износ и разрушение рабочих органов и радиальных опор секции шпиндельной. Известен винтовой забойный двигатель, содержащий секцию рабочих органов, включающую статор, эксцентрично установленный внутри него ротор, секцию шпиндельную, содержащую корпус, полый выходной вал, радиально-упорный подшипник, соединительную муфту с окнами для пропуска промывочной жидкости и узел соединения ротора с полым выходным валом, выполненный в виде торсиона (см., например, патент СССР 784397, Е 21 В 4/02, опубл. 15.09.92 г. Бюл. 34). В известном винтовом забойном двигателе устранены некоторые недостатки и частично решен вопрос обеспечения надежности узла соединения ротора с полым выходным валом секции шпиндельной. Недостатком известного винтового забойного двигателя является то, что в узле соединения ротора с полым выходным валом секции шпиндельной, выполненном в виде торсиона, его (торсиона) рабочая часть значительно удалена от радиально-упорного подшипника, воспринимающего радиальные нагрузки от сил упругости искривленного торсиона. В результате при работе винтового забойного двигателя на верхний консольный конец полого выходного вала воздействуют дополнительные знакопеременные с высокой частотой нагрузки от сил упругости вращающегося и планетарно обращающегося торсиона. Они (нагрузки) изгибают полый выходной вал и создают дополнительный изгибающий момент, величина которого прямо пропорциональна величине нагрузки и длине консольного конца полого выходного вала. Знакопеременные напряжения изгиба в полом выходном валу существенно влияют на его циклическую прочность и не позволяют достичь необходимой надежности и долговечности всего винтового забойного двигателя. Практика эксплуатации винтовых забойных двигателей показывает, что нередки случаи поломок полого выходного вала секции шпиндельной в месте установки соединительной муфты именно из-за высокочастотных знакопеременных нагрузок, создаваемых узлом кинематического соединения ротора с полым выходным валом шпинделя, выполненным в виде торсиона. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является винтовой забойный двигатель, содержащий секцию рабочих органов, включающую статор, эксцентрично установленный внутри него ротор, секцию шпиндельную, содержащую корпус, полый выходной вал, осевые и радиальные опоры, соединительную муфту с окнами для пропуска промывочной жидкости через полый выходной вал, установленную на полом выходном валу. и узел кинематического соединения ротора с полым выходным валом (см., например, патент США 4,729,675, Е 21 В 4/00, опубл. 08.03.1988 г.). Вышеуказанное техническое решение принято за прототип, в связи с тем, что секция рабочих органов имеет кинематическое соотношение числа зубьев "ротор-статор" 1:2, обеспечивающее наибольший эксцентриситет, следовательно, и наибольший угол отклонения оси ротора к оси статора. В известном винтовом забойном двигателе частично решен вопрос передачи осевых усилий и момента силы с ротора на полый выходной вал и на корпус секции шпиндельной с помощью узла кинематического соединения ротора с полым выходным валом, выполненным в виде герметизированного шарового карданного вала с двумя универсальными шарнирами. Недостатком известного винтового забойного двигателя является то, что при работе двигателя дополнительные радиальные усилия, возникающие в результате вращения и планетарного обращения эксцентрично установленного ротора вокруг центральной оси статора, передаются под углом, изменяющимся по направлению, добавочно нагружают непроизводительной нагрузкой радиальные опоры секции шпиндельной, понуждая их работать с перегрузкой. В связи с этим радиальные опоры быстрее истираются, теряют свою форму и размеры, и винтовой забойный двигатель преждевременно теряет свою работоспособность и досрочно направляется на ремонт. Другим недостатком известного винтового забойного двигателя является то, что в результате существенного удаления нижнего универсального шарнира карданного вала в узле кинематического соединения ротора с полым выходным валом от ближайшей радиальной опоры секции шпиндельной на полый выходной вал действует дополнительный изгибающий момент. Этот момент вызывает дополнительные знакопеременные напряжения изгиба в полом выходном валу, которые приводят к преждевременному его разрушению. Эти и другие недостатки известного винтового забойного двигателя не позволяют в полной мере обеспечить длительную безаварийную работу не дают возможности повышать надежность, долговечность и достаточную экономическую эффективность использования винтовых забойных двигателей. Задачами предлагаемого изобретения являются устранение имеющихся недостатков известного винтового забойного двигателя и уменьшение дополнительных радиальных нагрузок на радиальные опоры, на полый выходной вал секции шпиндельной, на рабочие органы, предотвращение преждевременного истирания, износа и досрочного разрушения радиальных опор и полого выходного вала секции шпиндельной, сохранение на более длительный период в работоспособном состоянии его (двигателя) узлов и в конечном счете повышение надежности и долговечности винтового забойного двигателя. Поставленные задачи решаются за счет того, что в известном винтовом забойном двигателе, содержащем секцию рабочих органов, включающую статор и эксцентрично установленный внутри него ротор, секцию шпиндельную, содержащую корпус, полый выходной вал, осевые и радиальные опоры, соединительную муфту с окнами для пропуска промывочной жидкости через полый выходной вал, установленную на полом выходном валу, и узел кинематического соединения ротора с полым выходным валом секции шпиндельной, согласно изобретению, он содержит дополнительную радиальную опору, установленную на соединительной муфте в зоне ниже окон для пропуска промывочной жидкости, для взаимодействия наружной поверхности соединительной муфты с внутренней поверхностью дополнительной радиальной опоры, причем дополнительная радиальная опора закреплена в корпусе неподвижно. В результате того, что в предлагаемом винтовом забойном двигателе содержится дополнительная радиальная опора, установленная на соединительной муфте в зоне ниже окон для пропуска промывочной жидкости, для взаимодействия наружной поверхности соединительной муфты с внутренней поверхностью дополнительной радиальной опоры, причем дополнительная радиальная опора закреплена в корпусе неподвижно, нижний конец узла кинематического соединения ротора с полым выходным валом секции шпиндельной устанавливается в собственную опору и дополнительная радиальная нагрузка, возникающая вследствие вращения и высокочастотного планетарного обращения ротора вокруг центральной оси статора, передается на дополнительную радиальную опору, на корпус секции шпиндельной и гасится всей массой двигателя, а радиальные опоры и полый выходной вал секции шпиндельной полностью разгружаются от дополнительной радиальной нагрузки. При этом значительно сокращается величина амплитуды высокочастотных колебаний нижнего конца узла кинематического соединения ротора с полым выходным валом, а также верхнего консольного конца полого выходного вала. Это приводит к уменьшению величины изгибающего полый выходной вал момента, к уменьшению внутренних напряжений изгиба в полом выходном валу, уменьшению истирания и износа радиальных опор и как следствие к повышению надежности и долговечности всего винтового забойного двигателя. Кроме того, достигается уменьшение поступления мелких абразивных частиц в осевые и радиальные опоры секции шпиндельной и уменьшение связанного с ним гидроабразивного износа, приводящего к катастрофическому истиранию взаимно перемещающихся и скользящих поверхностей, снижение коэффициента трения опорных поверхностей и, следовательно, сохраняются на более длительный период в работоспособном состоянии рабочие поверхности и опорные узлы винтового забойного двигателя. Таким образом, реализация отличительных признаков в совокупности с известными в предлагаемом винтовом забойном двигателе создает возможность ликвидировать недостатки, присущие известному винтовому забойному двигателю, и обеспечить сокращение дополнительных радиальных нагрузок на радиальные опоры и на полый выходной вал секции шпиндельной, на рабочие органы, предотвратить преждевременное истирание, износ и досрочное разрушение радиальных опор и полого выходного вала секции шпиндельной и сохранить на более длительный период в работоспособном состоянии его (двигателя) узлы и в конечном счете повысить надежность и долговечность винтового забойного двигателя. Для пояснения сущности предлагаемого изобретения предоставлены чертежи. На фиг.1 показан общий вид винтового забойного двигателя, его верхняя часть (секция рабочих органов), продольный разрез. На фиг.2 изображен общий вид винтового забойного двигателя, его нижняя часть (секция шпиндельная), продольный разрез. На фиг.3 показан поперечный разрез по А-А на фиг.1 секции рабочих органов. Винтовой забойный двигатель содержит секцию 1 рабочих органов, включающую статор 2 с осью O1-O1 и установленный эксцентрично внутри него ротор 3 с осью O2-О2, шпиндельную секцию 4, содержащую корпус 5, полый выходной вал 6, осевые опоры 7, верхнюю радиальную опору 8 и нижнюю радиальную опору 9, соединительную муфту 10 с окнами 11 для пропуска промывочной жидкости через полый выходной вал 6, установленную на полом выходном валу 6, и узел 12 кинематического соединения ротора 3 с полым выходным валом 6 шпиндельной секции 4. Он (двигатель) также содержит дополнительную радиальную опору 13, установленную на соединительной муфте 10, в зоне 14, ниже окон 11 для пропуска промывочной жидкости, для взаимодействия наружной поверхности 15 соединительной муфты 10 с внутренней поверхностью 16 дополнительной радиальной опоры 13, которая закреплена в корпусе 5 неподвижно. Сверху к статору 2 присоединен верхний переводник 17, а снизу - соединительный переводник 18. Узел 12 кинематического соединения ротора 3 с полым выходным валом 6 шпиндельной секции 4 может быть выполнен в виде торсиона 19 или в виде гибкой муфты, карданного вала, зубчатой двусторонней муфты и т.п.(не показаны). Ротор 3 может быть изготовлен полым или сплошным. Осевые опоры 7 и радиальные опоры 8 и 9 могут быть выполнены резинометаллическими, шаровыми, с твердосплавным покрытием трущихся поверхностей. Возможны другие конструктивные варианты выполнения винтового забойного двигателя. Верхним переводником 17 винтовой забойный двигатель присоединяется к бурильным трубам (не показаны). Секция 1 рабочих органов и шпиндельная секция 4 соединяются между собой соединительным переводником 18, снизу к полому выходному валу 6 присоединяется долото (не показано). Работает винтовой забойный двигатель следующим образом. Промывочная жидкость через бурильные трубы под давлением поступает в верхний переводник 17, в секцию 1 рабочих органов. Ротор 3, эксцентрично установленный в статоре 2, под действием избыточного давления потока промывочной жидкости планетарно обращается вокруг оси O1-O1 статора 2, поворачивается вокруг собственной оси О2-О2 и вращает узел 12 кинематического соединения ротора 3 с полым выходным валом 6 шпиндельной секции 4, выполненный в виде торсиона 19, соединительную муфту 10, полый выходной вал 6 и долото, которое разрушает породу. Промывочная жидкость после секции 1 рабочих органов подается через соединительный переводник 18, окна 11 для пропуска промывочной жидкости, через полый выходной вал 6 к долоту для очистки забоя от выбуренной породы. Осевая гидравлическая нагрузка от потока промывочной жидкости воздействует на ротор 3, через узел 12 кинематического соединения ротора 3 с полым выходным валом 6 шпиндельной секции 4, выполненный в виде торсиона 19, соединительную муфту 10, на полый выходной вал 6. В связи с эксцентричной установкой ротора 3 с осью O2-O2 в статоре 2 с осью O1-O1 секции 1 рабочих органов узел 12 кинематического соединения ротора 3 с полым выходным валом 6 шпиндельной секции 4 передает осевую гидравлическую нагрузку на полый выходной вал 6 под некоторым углом к оси O1-O1 статора 2, изменяющимся по направлению. Из-за этого возникают дополнительные радиальные нагрузки на верхний консольный конец полого выходного вала 6, стремящиеся отклонить его и установленную на нем соединительную муфту 10 от оси O1-O1 статора 2. Этому препятствует взаимодействие наружной поверхности 15 соединительной муфты 10 с внутренней поверхностью 16 дополнительной радиальной опоры 13, и дополнительные радиальные нагрузки передаются дополнительной радиальной опоре 13, неподвижно закрепленной в корпусе 5 шпиндельной секции 4, и гасятся массой всего двигателя, а верхняя радиальная опора 8, нижняя радиальная опора 9 и полый выходной вал 6 шпиндельной секции 4 освобождаются от дополнительных радиальных нагрузок, в связи с этим снижается износ и исключается преждевременное их разрушение. Забойная нагрузка передается с долота на полый выходной вал 6 шпиндельной секции 4, осевые опоры 7, нижнюю радиальную опору 9, верхнюю радиальную опору 8 и дополнительную радиальную опору 13 на корпус 5 и гасится всей массой винтового забойного двигателя. Осевая составляющая забойной нагрузки через полый выходной вал 6, соединительную муфту 10, узел 12 кинематического соединения ротора 3 с полым выходным валом 6 частично воспринимается осевыми опорами 7, частично передается на ротор 3 и статор 2 секции 1 рабочих органов. Уменьшение амплитуды радиальных колебаний верхнего консольного конца полого выходного вала 6 в связи с содержанием в винтовом забойном двигателе дополнительной радиальной опоры 13, установленной на соединительной муфте 10, снижает угол наклона узла 12 кинематического соединения ротора 3 с полым выходным валом 6 к оси O1- O1 статора 2 и тем самым уменьшает величину дополнительной радиальной нагрузки на ротор 3 и на статор 2 секции 1 рабочих органов и на дополнительную радиальную опору 13. В результате взаимодействия наружной поверхности 15 вращающейся соединительной муфты 10 с внутренней поверхностью 16 дополнительной радиальной опоры 13, которая неподвижно закреплена в корпусе 5 шпиндельной секции 4 и установлена на соединительной муфте 10 в зоне 14 ниже окон 11 для пропуска промывочной жидкости через полый выходной вал 6, уменьшается попадание мелких абразивных частиц в осевые опоры 7, верхнюю радиальную опору 8 и нижнюю радиальную опору 9. Благодаря этому предотвращается их преждевременное истирание, износ и досрочное разрушение, так как значительно уменьшается их гидроабразивный износ. Таким образом, реализация отличительных признаков предлагаемого винтового забойного двигателя в сочетании и в совокупности с известными создает возможность ликвидировать недостатки, присущие известному винтовому забойному двигателю, и обеспечить достижение положительного технического результата: - уменьшение консоли верхнего конца полого выходного вала и сокращение дополнительных радиальных нагрузок на радиальные опоры, на полый выходной вал шпиндельной секции и на рабочие органы; - предотвращение преждевременного истирания, износа и досрочного разрушения радиальных опор и полого выходного вала шпиндельной секции; - снижение просачивания промывочной жидкости, содержащей мелкие абразивные частицы, в опорные узлы шпиндельной секции; - снижение коэффициента трения и сокращение потерь на трение в радиальных опорах шпиндельной секции; - сохранение на более длительный период в работоспособном состоянии винтового забойного двигателя и его узлов. Все это позволяет повысить надежность и долговечность винтового забойного двигателя, предназначенного для бурения нефтяных и газовых скважин, повысить его экономическую эффективность, то есть позволяет решить поставленные в изобретении задачи.Формула изобретения
Винтовой забойный двигатель, содержащий секцию рабочих органов, включающую статор и эксцентрично установленный внутри него ротор, секцию шпиндельную, содержащую корпус, полый выходной вал, осевые и радиальные опоры, соединительную муфту с окнами для пропуска промывочной жидкости через полый выходной вал, установленную на полом выходном валу, и узел кинематического соединения ротора с полым выходным валом секции шпиндельной, отличающийся тем, что он содержит дополнительную радиальную опору, установленную на соединительной муфте в зоне ниже окон для пропуска промывочной жидкости, для взаимодействия наружной поверхности соединительной муфты с внутренней поверхностью дополнительной радиальной опоры, причем дополнительная радиальная опора закреплена в корпусе неподвижно.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3PD4A - Изменение наименования обладателя патента Российской Федерации на изобретение
(73) Новое наименование патентообладателя:Общество с ограниченной ответственностью "ВНИИБТ-Буровой инструмент" (RU)
Извещение опубликовано: 27.04.2006 БИ: 12/2006
www.findpatent.ru
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Винтовой забойный двигатель (англ. positive displacement motor; mud motor; drilling motor) — это машина объемного (гидростатического) действия. Основными элементами конструкции являются: двигательная секция, шпиндельная секция, регулятор угла. Винтовой забойный двигатель (ВЗД) применяет для бурения скважин различной глубины, широко применяются для наклонно-направленного и горизонтального бурения.
СССР является родиной турбинного бурения. Первый промышленный образец был изготовлен еще в 1922—1923 гг . Это был редукторный турбобур с одноступенчатой турбиной, начиная с 40-х годов основных техническим средством для бурения скважин являлся многоступенчатый турбобур. Широкое распространение турбинного бурения позволило получить высокие темпы роста добычи нефти и газа.[1]
Однако с увеличением средних глубин скважин, совершенствования долот и технологии роторного бурения отечественная нефтяная промышленность стала отставать по показателю проходки за рейс от мирового уровня. Так в 1981—1982 годах средняя проходка за рейс в США составляла 350 м, в то время как в СССР она не превышала 90 м. Такое отставание от США было связано с характеристикой турбобуров, которые не позволяли получать частоту вращения менее 400—500 об/мин с обеспечением необходимого крутящего момента и уровня давления насосов, и как следствие было невозможно применять современные низкооборотные шарошечные долота. И перед нефтяной промышленностью СССР встал вопрос о переходе на технологию низкооборотного бурения.[1]
Роторное бурение хоть и применялось, но технологически сильно отставало от мирового уровня: не имелось бурильных труб и буровых станков высокого технического уровня. Таким образом было принято решение о создание низкооборотного забойного двигателя для замены турбобуров. Работы по созданию опытных образцов винтовых забойных двигателей (ВЗД) начались в США и СССР в середине 60-х годов. В США первые ВЗД были альтернативой турбобурам для наклонно-направленного бурения, а в СССР они служили средством для привода низкооборотных долот[1].
В последние годы в технике и технологии бурения скважин произошли значительные изменения: появились новые технологии в наклонно-направленном бурение (бурение горизонтальных участков, бурение дополнительных стволов из ранее пробуренных скважин), распространение долот типа PDС, новейшие телеметрические системы для контроля забойных параметров во время бурения и др. И если раньше ВЗД рассматривались только как альтернативу турбобурам и их перспектива оценивалась неоднозначно, то сейчас в силу свои уникальных характеристик ВЗД стали основной частью современных технологий. В 2010 году в России выполнено ¾ всего объема бурения и ремонта скважин при помощи ВЗД и они были взяты на вооружение практически всеми российскими и зарубежными нефтегазовыми и сервисными компаниями[2].
Винтовые забойные двигатели относятся к объемным роторным гидравлическим машинам и согласно общей теории таких машин элементами рабочих органов (РО) являются:
Сравнительно малая металлоемкость и простота конструкции является важным фактором, способствующим широкому их использованию в современной технике.
К отличительным особенностям ВЗД относятся:
Так как ВЗД находится в непосредственном контакте с жидкостью (буровым раствором), который и приводит его в действие, то благодаря указанным особенностям он является практически единственным типом объемных гидравлических двигателей, который сравнительно долговечны при использовании рабочих жидкостей, содержащих механические примеси[4].
Практически любой ВЗД можно разделить на несколько основных узлов: двигательная секция, шпиндельная секция, регулятор угла перекоса.[5]
Двигательная секция предназначена для преобразования потока жидкости в вращательное движение. Она состоит из стального ротора и статора, который имеет эластичную обкладку с внутренней винтовой поверхностью (эластомер), выполненную обычно из резины. Статор и ротор двигательной секции должны выполнять некоторые условия:[5]
Зубья статора и ротора находятся в непрерывном контакте, образуя замыкающиеся по длине статора единичные камеры. Буровой раствор проходя через эти камеры проворачивает ротор внутри статора. По конструкции двигательной секции различают монолитные и секционные двигателе.[5]
Шпиндельная секция. Под термином «шпиндель» подразумевается автономный узел двигателя с выходным валом с осевыми и радиальными подшипниками. Шпиндель является одним из главных узлов двигателя. Он передает крутящий момент и осевую нагрузку на долото, воспринимает реакцию забоя и гидравлическую осевую нагрузку, действующую в РО, а также радиальные нагрузки от долот и гибкого вала (гибкий вал применяется для соединения ротора ВЗД и вала шпинделя).[6]
Шпиндель выполняется виде монолитного полого вала, который соединяется посредством наддолотного переводника в нижней части с долотом, а с помощью муфты в верхней части — с гибким валом[6] По конструкции шпинделя бывают открытые и маслонаполненные. В открытых (используются почти во всех серийных отечественных двигателях) узлы трения смазываются и охлаждаются буровым раствором, а в маслонаполненных узлы трения находятся в масляной ванне с избыточным давлением на 0,1-0.2 МПа, превышающим давление окружающей среды.[7].
Регулятор угла предназначен для перекоса осей секций двигателя или самого двигателя относительно нижней части бурильной колонны. Устанавливается между силовой и шпиндельной секцией или над самим ВЗД. Обычно состоит из двух переводников, сердечника и зубчатой муфты.[5]
В большинство компоновок низа бурильной колоны включающих ВЗД устанавливается переливные клапаны. Они предназначены для сообщения внутренней полости бурильной колоны с затрубным пространством при спуско-подъемных операциях. Применение клапана устраняет холостое вращение двигателя, а также уменьшает гидродинамическое воздействие на забой. Устанавливают над двигателем или входят непосредственно в конструкцию ВЗД[8].
Пехотные полки, застигнутые врасплох в лесу, выбегали из леса, и роты, смешиваясь с другими ротами, уходили беспорядочными толпами. Один солдат в испуге проговорил страшное на войне и бессмысленное слово: «отрезали!», и слово вместе с чувством страха сообщилось всей массе. – Обошли! Отрезали! Пропали! – кричали голоса бегущих. Полковой командир, в ту самую минуту как он услыхал стрельбу и крик сзади, понял, что случилось что нибудь ужасное с его полком, и мысль, что он, примерный, много лет служивший, ни в чем не виноватый офицер, мог быть виновен перед начальством в оплошности или нераспорядительности, так поразила его, что в ту же минуту, забыв и непокорного кавалериста полковника и свою генеральскую важность, а главное – совершенно забыв про опасность и чувство самосохранения, он, ухватившись за луку седла и шпоря лошадь, поскакал к полку под градом обсыпавших, но счастливо миновавших его пуль. Он желал одного: узнать, в чем дело, и помочь и исправить во что бы то ни стало ошибку, ежели она была с его стороны, и не быть виновным ему, двадцать два года служившему, ни в чем не замеченному, примерному офицеру. Счастливо проскакав между французами, он подскакал к полю за лесом, через который бежали наши и, не слушаясь команды, спускались под гору. Наступила та минута нравственного колебания, которая решает участь сражений: послушают эти расстроенные толпы солдат голоса своего командира или, оглянувшись на него, побегут дальше. Несмотря на отчаянный крик прежде столь грозного для солдата голоса полкового командира, несмотря на разъяренное, багровое, на себя не похожее лицо полкового командира и маханье шпагой, солдаты всё бежали, разговаривали, стреляли в воздух и не слушали команды. Нравственное колебание, решающее участь сражений, очевидно, разрешалось в пользу страха. Генерал закашлялся от крика и порохового дыма и остановился в отчаянии. Всё казалось потеряно, но в эту минуту французы, наступавшие на наших, вдруг, без видимой причины, побежали назад, скрылись из опушки леса, и в лесу показались русские стрелки. Это была рота Тимохина, которая одна в лесу удержалась в порядке и, засев в канаву у леса, неожиданно атаковала французов. Тимохин с таким отчаянным криком бросился на французов и с такою безумною и пьяною решительностью, с одною шпажкой, набежал на неприятеля, что французы, не успев опомниться, побросали оружие и побежали. Долохов, бежавший рядом с Тимохиным, в упор убил одного француза и первый взял за воротник сдавшегося офицера. Бегущие возвратились, баталионы собрались, и французы, разделившие было на две части войска левого фланга, на мгновение были оттеснены. Резервные части успели соединиться, и беглецы остановились. Полковой командир стоял с майором Экономовым у моста, пропуская мимо себя отступающие роты, когда к нему подошел солдат, взял его за стремя и почти прислонился к нему. На солдате была синеватая, фабричного сукна шинель, ранца и кивера не было, голова была повязана, и через плечо была надета французская зарядная сумка. Он в руках держал офицерскую шпагу. Солдат был бледен, голубые глаза его нагло смотрели в лицо полковому командиру, а рот улыбался.Несмотря на то,что полковой командир был занят отданием приказания майору Экономову, он не мог не обратить внимания на этого солдата.
wiki-org.ru
