Основы строительства нефтяных и газовых скважин (Винтовые забойные двигатели). реферат стройка. Реферат на тему " Винтовые забойные двигатели"

• Название: Реферат на тему " Винтовые забойные двигатели"
• Анкор: Основы строительства нефтяных и газовых скважин (Винтовые забойные двигатели
• Дата: 11.01.2020
• Размер: 412.15 Kb.
• Имя файла: реферат стройка.docx
• Тип: Реферат; #103582
• страница: 2 из 2

Принцип действия ВЗД

Винтовые двигатели относятся к объемным роторным гидравлическим машинам.

Согласно общей теории винтовых роторных гидравлических машин элементами рабочих органов (РО) являются:
1) статор двигателя с полостями, примыкающими по концам к камерам высокого и низкого давления;
2) ротор-винт, носящий название ведущего, через который крутящий момент передается исполнительному механизму;
3) замыкатели-винты, носящие название ведомых, назначение которых уплотнять двигатель, т.е. препятствовать перетеканию жидкости из камеры высокого давления в камеру низкого давления.

В одновинтовых гидромашинах используются механизмы, в которых замыкатель образуется лишь двумя деталями, находящимися в постоянном взаимодействии, - статором и ротором.

При циркуляции жидкости через РО в результате действия перепада давления на роторе двигателя создается крутящий момент, причем винтовые поверхности РО, взаимно замыкаясь, разобщают области высокого и низкого давления. Следовательно, по принципу действия винтовые двигатели аналогично поршневым, у которых имеется винтообразный поршень, непрерывно перемещающийся в цилиндре вдоль оси двигателя.

Для создания в РО двигателя полостей, теоретически разобщенных от областей высокого и низкого давления (шлюзов), необходимо и достаточно выполнение четырех условий :
1) число зубьев z1 наружного элемента (статора) должно быть на единицу больше числа зубьев z2 внутреннего элемента (ротора):
z1 = z2 + 1;
2) отношение шагов винтовых поверхностей наружного элемента (статора) Т и внутреннего элемента (ротора) t должно быть пропорционально отношению числа зубьев:
T/t =z/z2;
3) длина рабочего органа L должна быть не менее шага винтовой поверхности наружного элемента: L ≥ Т;
4) профили зубьев наружного и внутреннего элементов должны быть взаимоогибаемы и находиться в непрерывном контакте между собой в любой фазе движения.

Отличительным параметром ВЗД, во многом определяющим его выходные характеристики, является отношение чисел зубьев рабочих органов, называемое кинематическим отношением i:
i = z2 : z1.
Кратность действия, зависящая от кинематического отношения РО, равна числу заходов внутреннего элемента z и определяет рабочий объем ВЗД:
V = z2 ST,
где S- площадь живого сечения РО.

Кратность действия является основным параметром ВЗД.

Отечественные ВЗД имеют многозаходные РО. Зарубежные компании производят двигатели, как с однозаходным ротором, так и с многозаходными РО.
В настоящее время в России в серийном и опытном производстве находится уже более 32 типоразмеров ВЗД.

Классификация двигателей по их назначению

Винтовые забойные двигатели для бурения скважин по основному назначению подразделяются на следующие виды:

1. 
   Универсальные двигатели используются при бурении рабочих и разведывательных скважин, а также для их ремонта. Они имеют внешний диаметр от 127 до 240 мм. Конструктивно состоят из рабочего и шпиндельного узлов. Корпусные части имеют модульную конструкцию и соединяются с помощью резьбовых, конусных и конусно-шлицевых соединений. Все детали изготовлены из высокопрочной легированной стали, позволяющей обеспечивать одинаковый уровень производительности в различных условиях работы.
   
2. 
   Для бурения под наклоном применяют двигатели типа ДГ. Их диаметр составляет 60-172 мм, что позволяет существенно нарастить скорость вращения ротора и повысить производительность в целом. Длина силовой и шпиндельной секции существенно уменьшена, по сравнению с универсальным двигателем. Обычно применяют ротор с двухзаходной резьбой, которого достаточно для центровки и обеспечения достаточной мощности вращения. Для обеспечения наклонного бурения установлены два переводника с высокоточной регулировкой наклона и надёжными шарнирами. Также предусмотрено крепление опорно-центрирующих устройств. Соединение ротора и вала выполнено таким образом, чтобы были минимальные потери крутящего момента и обеспечивалась высокая надёжность работы под разными углами в забое.
   
3. 
   Винтовой забойный двигатель для проведения ремонтных работ в скважинах. Их размеры составляют до 108 мм. Это позволяет их применять в различных условиях нарушения структуры скважины. Основное их назначение – разбуривание цементных мостов, удаление песчаных пробок, фрезерование труб и прочих конструкций. За счёт небольших размеров появляется возможность исправлять любые повреждения, не разрушая ствол скважины. При этом они относительно недорогие, имеют простую конструкцию и весьма надёжны в работе. Обычно оснащаются торсионной трансмиссией и прорезиненными опорами. Иногда их изготавливают с полыми роторами, что позволяет уменьшить массу двигателя и увеличить КПД.
   

Характеристики винтового забойного двигателя

Характеристики ВЗД необходимы для оптимальных параметров режима бурения и поддержания их в процессе долбления, а также для определения путей дальнейшего совершенствования конструкций ВЗД и технологии бурения с их использованием.

В последнее время внимание к характеристикам ВЗД все более повышается. Это связано с внедрением регулируемых приводов буровых насосов, для эффективного использования которых знание характеристик гидромашины становится непременным условием; распространением новых технологий (наклонно-направленное и горизонтальное бурение, бурение с использованием непрерывных труб), особенно чувствительных к изменению режимов работы ВЗД.

Современные программы бурения ведущих зарубежных фирм предусматривают стендовые испытания каждого гидродвигателя с целью получения их фактических характеристик. Несмотря на дополнительные затраты, это позволяет наиболее эффективно использовать ВЗД, в частности, косвенно по давлению на стояке контролировать нагрузку на долото, что в конечном счете приводит к улучшению технико-экономических показателей процесса бурения. В России стендовые испытания также стали проводить заводы - изготовители двигателей. В общем случае различают статические и динамические характеристики ВЗД.

Статические характеристики отражают зависимость между переменными гидродвигателя в установившихся режимах. Динамические характеристики определяют соответствующие зависимости в неустановившихся режимах и обусловливаются инерционностью происходящих процессов. К динамическим относятся и пусковые характеристики гидродвигателя. Статические характеристики ВЗД можно условно классифицировать как стендовые и нагрузочные. Стендовые характеристики (как функции от крутящего момента) определяются в результате испытаний гидродвигателя. Нагрузочные характеристики (как функции от осевой нагрузки) чаще всего рассчитываются по стендовым для конкретных условий бурения. По мере роста момента М перепад давления р увеличивается практически линейно, а частота вращения п снижается вначале незначительно, а при приближении к тормозному режиму - резко. Кривые мощности N и общего КПД η имеют экстремальный характер.
Различают четыре основных режима: холостой (М=0); оптимальный, (максимален КПД); экстремальный, когда максимальна мощность и тормозной (п = 0).

Рабочий режим ВЗД принимается соответствующим экстремальному (паспортные данные двигателя приводятся для данного режима) или режиму максимально допустимого перепада давлений (ограниченного объемным КПД или контактными напряжениями в паре). Некоторые фирмы в своих каталогах приводят конкретные значения допускаемого р.

Оптимальный режим смещен влево по отношению к экстремальному, т.е. наступает при меньших значениях крутящего момента. Как правило, экстремальный режим, соответствующий условиям наиболее эффективного разрушения горных пород, расположен рядом с границей зоны устойчивой работы ВЗД, при достижении которой дальнейшее увеличение нагрузки приводит к торможению двигателя.

Расчет винтового забойного двигателя

При проектировании забойного двигателя исходными (заданными конструктору) параметрами являются: расход Q и плотность  жидкости; тип и диаметр Dд долота; глубина скважины Lскв; типоразмер бурильной колонны; свойства горных пород; частота вращения n и крутящий момент M долота. При проектировании ВЗД для бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин также задается профиль скважины (зенитный угол α, радиус искривления R). В некоторых случаях могут дополнительно регламентироваться такие параметры, как забойная температура и допускаемый осевой габарит ВЗД.


Турбовинтовые забойные двигатели

В последние годы отечественный парк забойных гидравлических двигателей пополнился новым представителем - турбовинтовым двигателем (ТВД).
Впервые схема турбовинтового агрегата была предложена в 1970 ᴦ. авторским коллективом ВНИИБТ в составе М.Т. Гусмана, Д.Ф. Балденко, А.М. Кочнева и С.С. Никомарова.

Турбовинтовые двигатели ТВД органично сочетают высокую стойкость, свойственную турбобурам, и оптимальную энергетическую характеристику (высокий уровень отношения М/n при незначительном падении частоты вращения при нагрузке двигателя), характерную для ВЗД.

Турбовинтовой двигатель можно отнести к редукторным турбобурам, в котором винтовая пара выполняет функции не только редуктора, но и стабилизирующего элемента при перегрузках долота. Несмотря на большую металлоемкость и сложность конструкции, турбовинтовые двигатели в ряде случаев успешно конкурируют с ВЗД. Это объясняется, прежде всего, их существенно большим ресурсом, что особенно привлекательно при использовании современных высокопроизводительных долот.
Двигательные секции ТВД конструктивно могут выполняться в двух вариантах˸
- винтовая пара монтируется над турбинной секцией;
- винтовая пара монтируется между турбинной и шпиндельной секциями.

В первом варианте упрощается конструкция двигателя - проектируется лишь один узел соединения планетарного ротора c валом турбобура. Кроме того, инерционные силы, возникающие в винтовой паре, практически не воспринимаются выходным валом.

Второй вариант менее предпочтителен, так как требует двух узлов соединения ротора. Помимо этого, усложняется регулировка турбинной секции, так как из-за просадки вала в конусных соединениях узла возможна посадка роторов турбин и статоры. Для устранения этого явления требуются турбины с увеличенным люфтом или с плавающими статорами типа ТПС.

Кроме того, инерционные силы в большей степени оказывают отрицательное воздействие на долото.

Предусмотрены различные варианты агрегатирования узлов ТВД в условиях как цеха по ремонту забойных двигателей, так и бурящейся скважины, благодаря чему бурение верхних интервалов скважины может осуществляться при относительно высокой частоте вращения долота – 300-400 об/мин (без использования секции винтовых рабочих органов), а нижних интервалов – при сравнительно низкой частоте вращения – 80-100 об/мин (с подключением секции винтовых РО).
ВД выпускаются с наружными диаметрами 172, 195 и 240 мм.


Ремонт двигателей

Винтовые двигатели подлежат следующим видам технического обслуживания: профилактическая ревизия, текущий и капитальный ремонт.
Профилактической ревизии подвергаются все новые двигатели, поступившие после транспортировки с завода-изготовителя, и двигателя, длительно находившиеся на хранении на буровом предприятии.

Профилактическая ревизия включает оценку состояния корпусных деталей и присоединительных резьбы двигателя при наружном осмотре и частичную разборку двигателя для проверки натяга в рабочих органах, контроля регулировки затяжки пакета пяты на валу и в корпусе шпинделя. После сборки шпинделя контролируется легкость вращения вала и величина осевого люфта.

При текущем ремонте после работы в скважине полностью разбирают двигатель (с предварительным его отогревом в зимнее время), заменяют изношенные детали новыми из комплекта запасных частей и собирают двигатель.

Капитальный ремонт, кроме перечисленных работ, предусматривает проведение дефектоскопирования вала и корпуса шпинделя, проверку всех конических резьб двигателя калибрами и перенарезку резьбы при наличии заметных повреждений и несоответствии натягов резьбовых соединений величинам.

Разборку и ремонт двигателей проводят с использованием стандартного оборудования турбинных цехов буровых предприятий (механический ключ, кран-балка грузоподъемностью до 3т, пресс для распрессовки турбобуров, пресс для правки корпусов и валов турбобуров и т.д.)

При отвинчивании резьбы статора возможно смятие его корпуса, если кулачки ключа установлены на его поверхности; во избежание этого кулачками ключа следует захватывать одновременно поверхности статора и переводника. ротор извлекают из статора вывинчиванием или вытаскивают с помощью лебедки

Шпиндель двигателя разбирают так же, как шпиндели серийных турбобуров. Особое внимание уделяют разборке осевой опоры. Не следует допускать перестановку шариков из пакета в пакет или установку новых шариков взамен отработавших. В случае разрушения отдельных шариков или обойм подшипника в 2-3 пакетах можно удалить эти ряды шаров или обоймы с установкой распорных втулок. Отбраковывают и заменяют новыми компенсаторы шпинделя ШШО с деформированными или отслоившимися резиновыми подушками. Изношенные детали и узлы двигателей после их промывки, визуального осмотра и инструментальных замеров отбраковывают.
У статора визуально проверяют целостность резиновой обкладки (отсутствие разрушений зубьев), контролируют диаметр Dе по выступам зубьев с помощью набора гладких калибров-пробок, а по впадинам - с помощью индикаторного нутромера.

Кривизну канала статора проверяют гладким калибром, имеющим длину, равную длине обкладки статора. При этом в зависимости от диаметра Dе, который может колебаться из-за различной величины усадки резины, применяют калибр соответствующего диаметра. Если калибр не заходит на всю длину обкладки, то такой статор бракуют.
У ротора измеряют диаметральный размер (Dер - h) между впадиной и выступом зубьев с помощью микрометра и мерного ролика диаметром 5-8 мм. Измерения проводят в 3-5 сечениях по длине двигателя и берут их среднее значение за истинное.
Определяют диаметральный натяг (зазор) в рабочей паре: =(Dep- h)-De.
Если зазор в изношенной рабочей паре превышает 1,3 мм, то рабочую пару заменяют новой.
Шарниры карданного вала разбирают для проверки состояния шара, сферических расточек и зубьев полумуфт и венца, контроля уплотнений и заполнения смазкой внутренней полости. Конусные поверхности полумуфт шарнира и соединительной трубы не должны иметь задиров и следов проворачивания.
Контроль и отбраковку остальных деталей двигателей проводят в соответствии с требованиями, предъявляемыми к аналогичным деталям турбобуров.
При сборке двигателей детали смазывают.
При сборке шпиндельной секции определяют размеры колец, регулировочных по валу и корпусу шпинделя, обеспечивающие необходимые усилия затяжки пакета подшипников.
В собранном и отрегулированном шпинделе контролируют осевой люфт, лёгкость и равномерность ращения вала от приложенного момента 100-200 Н·м.
Перечень встречающихся или возможных неисправностей, а также способы их.



Заключение
В результате комплекса работ по созданию новых забойных двигателей разработана гамма конструкций винтовых двигателей для бурения и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин.
Широкие испытания винтовых двигателей в бурении показали, что эта забойная машина эффективно решает проблему привода шарошечного долота в режимах, отвечающих наиболее выгодному использованию современных породоразрушающих инструментов.
Бурение скважин винтовыми двигателями с маслонаполненными долотами повсеместно дало лучшие результаты по сравнению как с турбинным, так и с роторным бурением.
Возможность широкого варьирования характеристиками двигателей с целью получения выгодных для тех или иных условий режимов бурения позволяет при современном буровом оборудовании и инструменте кратно увеличить проходки за рейс долота и улучшить показатели бурения большинства категорий скважин.
Опыт эксплуатации и испытаний винтовых двигателей определяют следующие перспективы его применения при бурении: глубоких скважин, когда увеличение проходки на долото имеет существенное значение и обеспечивает экономический эффект; наклонно – направленных и горизонтальных скважин; долотами с герметизированными маслонаполненными опорами; с применением аэрированных промывочных жидкостей; вторых стволов при авариях; с отбором керна.

Список используемых источников
1 Гусман М.Т., Балденко Д.Ф. и др. Забойные винтовые двигатели для бурения скважин. – М., Недра, 1981.
2 Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые забойные двигатели: Справочное пособие. – М.: «Недра» 1999.
4 Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Технология бурения нефтяных и газовых скважин. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002.