ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ винтовых ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

D.F.Baldenko F.D.Baldenko A.N.Gnoevykh

 

 

POSITIVE

DISPLACEMENT

 DOWNHOLE

MOTORS

 

 

Moscow Nedra 1999

СПРАВОЧНОЕ ПОСОБИЕ

 

 

Д.Ф.Балденко Ф.Д.Балденко А.Н.Гноевых

 

ВИНТОВЫЕ

ЗАБОЙНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

 

 

Москва Недра 1999

 

УДК 622.24.05 (031)

 ББК 26.2

 Б 20

 

 

Организация-спонсор — ОАО "Газпром"

Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н.

Б 20 Винтовые забойные двигатели: Справочное пособ. -М.: ОАО "Издательство "Недра", 1999. - 375 с: ил.

ISBN 5-247-03831-2

Изложены основы теории рабочего процесса, приведены классифи­кация и описание конструкций винтовых забойных двигателей (ВЗД) различного назначения отечественного и зарубежного производства. Рас­смотрены геометрия и кинематика рабочих органов ВЗД. Исследованы характеристики ВЗД и методы их пересчета. Даны методы расчета и проектирования ВЗД. Уделено внимание эксплуатации и техническому обслуживанию ВЗД, в том числе для наклонно направленных и горизон­тальных скважин. Приведена информация о методах управления режи­мом бурения ВЗД, технологии изготовления винтовых рабочих органов, перспективах развития одновинтовых гидромашин.

Для специалистов, занимающихся бурением нефтяных и газовых скважин, а также конструированием, изготовлением и эксплуатацией винтовых гидравлических машин. Может быть полезна аспирантам и студентам техникумов и вузов.

Baldenko D.F., Baldenko F.D., Gnoevykh A.N.

Positive Displacement Downhole Motors.

The bases for the theory of operational processes are given; classifica­tion and design of various purpose Positive Displacement Downhole Mo­tors (PDM) of domestic and foreign production are described. Configura­tions and kinematics of PDM operating elements are discussed. Also ex­amined are the PDM characteristics and methods for their recalculation. The methods for PDM estimation and design are presented. Attention is given to PDM operation and technical maintenance, especially for PDM operation in directional and horizontal wells. Also given is the information on the control methods for PDM drilling regimes, technological methods for production of screw operating elements, and future development of sin­gle-screw hydraulic machines.

Advisable for specialists engaged in drilling oil and gas wells, as well as for specialists dealing with design, production, and operation of screw hydraulic machines. Also useful for post-graduated students and students of  technical schools and high education schools.

ISBN 5-247-03831-2                                   © Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко,

                                                                     А.Н. Гноевых, 1999

                                                                     © Оформление.

                                                                     ОАО "Издательство "Недра", 1999

СОКРАЩЕНИЯ, ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ИНДЕКСЫ, БЕЗРАЗМЕРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

СОКРАЩЕНИЯ

БНА	-	Буровой насос агрегатный
ВГМ	-	винтовой героторный механизм
ВЗД	-	винтовой забойный двигатель
ВЭ	-	внутренний элемент (ротор)
ГВ	—	гибкий вал
ГТ	-	гибкие трубы
ГС	-	горизонтальная скважина
ДС	—	динамическая система
З	-	замковая резьба
ЗА	-	забойный агрегат
ЗД	-	забойный двигатель
КНБК	-	компоновка низа бурильной колонны
МИ	-	механизм искривления
МК	-	метрическая коническая резьба
НКТ	—	насосно-компрессорные трубы
НЭ	-	наружный элемент (статор)
РБ	-	режим бурения
РКТ	-	резьба коническая турбобуров
РО	—	рабочие органы
РПД	—	регулятор подачи долота
ТВД	-	Турбовинтовой двигатель
ТС	—	Телеметрическая система

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

а - ускорение; радиус центроиды НЭ; радиус цилиндра

Ь - радиус центроиды ВЭ

d - диаметр гибкого вала

dcp - средний диаметр ВЭ

d₀ - диаметр расточки ВЭ

 - контурный диаметр РО

Dд - диаметр долота

е - эксцентриситет (межцентровое расстояние)

Е - модуль упругости

Епр - приведенный модуль упругости материалов РО

f - коэффициент трения; частота; площадь проходного сечения насадки

- главный вектор гидравлических сил

 - осевая сила в гибком вале

F  - равнодействующая радиальных сил

Fзац -осевая сила в зацеплении РО

F_K - осевая сила на корпусе ВЗД

FO - осевая сила на опоре шпинделя

Fpo - осевая сила в РО

F_ИН - инерционная сила

F_OT - отклоняющая сила на долоте

g - ускорение свободного падения

G - осевая нагрузка на долото

G_p - сила тяжести ротора ВЗД в жидкости

i - кинематическое отношение

I - осевой момент инерции сечения; интенсивность искривления профи­ля скважины

j - кратность действия ВГМ

J - приведенный момент инерции вращающихся частей

k - число шагов РО

К - контактное напряжение

k_c - число секций РО

k_T - постоянная тормозного режима ЗД

К_э- критерий эффективности применения ЗД

k_p - коэффициент наклона гидромеханической характеристики

l - длина гибкого вала

L- длина РО

L_K- длина контактных линий

L_y- длина уплотнительной части контактных линий

Lскв -глубина забоя скважины

т -масса ротора

М- крутящий момент

М_инд - индикаторный момент

М_м - момент механических потерь

M_с. - момент сил сопротивления

Мрад, - радиальная и осевая составляющие момента сил сопротивления

Мос

МП- перекашивающий момент

Муд - удельный момент долота

Мо - удельный момент ВГМ

п -частота вращения; число рядов осевой опоры

N - мощность; удельная нормальная сила; число циклов нагружения;

нагрузка на ряд осевой опоры

р - давление жидкости

Р - перепад давления в ЗД

Р_к - межвитковый перепад давления

Ринд-индикаторное давление

Р_г - гидравлические потери

Q - объемный расход жидкости

Q - объемные потери (расход утечек)

r - радиус катящейся окружности

r_Ц - радиус эквидистанты

R - радиальная сила, радиус искривления

R_r - гидравлический радиус сечения РО

R1,R2 ^- главные радиусы кривизны поверхностей РО

S - площадь живого сечения РО

S1. S2 - перемещения точки контакта по профилям РО

S_К - площадь проекции контактных линии

S_Т - площадь сечения колонны бурильных труб

So - площадь проходного канала колонны бурильных труб

t - время; шаг винтовой поверхности ВЭ

Т - шаг винтовой поверхности НЭ

Tзд - постоянная времени ЗД

h - высота зубьев РО; коэффициент давлений ВЗД; наработка

и - передаточное отношение

ск - скорость скольжения

1, 2 -скорости качения профилей РО

V - рабочий объем ВЗД

w- осевая скорость жидкости в каналах РО

W - скорость изнашивания; параметр профиля

WИ - момент сопротивления изгибу

W_p - момент сопротивления кручению

х, у, z- координаты

x1, х2 - смещение исходного и сопряженного профиля

z1, z₂ -числа зубьев (заходов) НЭ и ВЭ

а ^_ угол наклона нормали профиля; показатель степени нелинейности

механической характеристики ЗД

а_р ^_ угол наклона нормали рейки

 - угол трения; показатель степени нелинейности гидромеханической характеристики ЗД

 - угол отклонения вектора радиальных сил; угол перекоса осей откло-нителя

, -крутизна механической и гидромеханической характеристик ЗД

 - диаметральный натяг РО

 - угловое смещение; размер щели

 - показатель степени нелинейности механической характеристики

долота; параметр профиля

 - угол наклона касательной профиля; коэффициент гидравлического

сопротивления

 - число контактных линий, разделяющих области высокого и низкого давлений

,  - толщина стенки корпуса и эластичной обкладки статора

к - угол давления

 - угловой параметр профиля; касательное напряжение

 - угол поворота ротора; зенитный угол

- угол поворота инструментальной прямой рейки

 - угловая скорость

 - угловой параметр циклоиды

v - кинематическая вязкость жидкости

пр ^_ приведенный радиус кривизны сопряженных поверхностей

 - плотность жидкости

^_ радиусы кривизны профилей РО

 ^_ радиус кривизны скелета исходного профиля

 - приведенный радиус кривизны сопряженных профилей

 - плотность материала ротора или гибкого вала

 -к.п.д.

 - объемный к.п.д.

 - гидравлический к.п.д.

- гидромеханический к.п.д.

 - угол подъема винтовой линии

- постоянная холостого режима ЗД

 - нормальное напряжение

 - предел прочности

 - предел текучести

- предел выносливости детали

- динамическая вязкость жидкости; коэффициент расхода

 - количество оборотов долота за долбление

ИНДЕКСЫ

в - система вала (роторная группа), винт

вн - внутренний

вп - впадина

выст - выступ

г - гидравлический, габарит

гв - гибкий вал

д - долото

з - забойное

зац - зацепление

зд - забойный двигатель

и - идеальный, изгиб

ин - инерционный

инд - индикаторный

к - контактное, корпус, межвитковый (межкамерный), коррозия

кп - кольцевое пространство

м - механический, металл

н - насадка, насос, наружный

о - объемный, относительный

од - отверстие долота

опт - оптимальный

от - отклоняющая

п - перекашивающий, переносный

пол - полезный

пр - приведенный, предельный

р - ротор, резина, рейка

рад - радиальный

ро - рабочий орган

с - сопротивление

сж - сжатие

ск - скелет, скольжение

скв - скважина

ср - средний

т - тормозной

турб - турбина

х - холостой

у - уплотнительная, упругий

уд - удельный

ш - шпиндель

0 разгонный, опора, покоя

1 - исходный, статор (НЭ)

2 - сопряженный, ротор (ВЭ) е - выступ

i- впадина

БЕЗРАЗМЕРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Безразмерные коэффициенты зацепления:

i=

с₀ = r/е

 с_е =r /e

c = /е

c = /е

 с_т = t/d_cp

 Число шагов РО k = L/T

Безразмерный рабочий объем =V/L

Коэффициент запаса момента k_M = М/М_T

Коэффициент давлений h = Р_т/Р_х

 Коэффициент мощности =

Относительный момент сил сопротивления

 Коэффициент скоростей качения

 Критерии подобия характеристик ВЗД:

критерий момента Пм = MD_K/ Q²

критерий скорости Пn= n /Q

критерий давления Пр = P / Q²

 число Рейнольдса Re = Q/D_Kv

коэффициент плотностей

 коэффициент толщины обкладки с_K=

критерий упругости Пe = E_np /M

Критерий продольной устойчивости гибкого вала / Коэффициент неравномерности распределения нагрузки по рядам осевой опоры  = Nmax/Ncp

ПРЕДИСЛОВИЕ

Винтовые забойные двигатели (ВЗД) играют заметную роль в прогрессе буровой техники последних десятилетий.

Эти машины, разработанные в 60-х годах почти одновременно в нашей стране и США, во многом способствовали существенно­му повышению технико-экономических показателей бурения нефтяных и газовых скважин и возникновению новых техноло­гий строительства скважин. В нашей стране работы по созданию ВЗД начались в НПО "Буровая техника" - ВНИИБТ (Пермском филиале и московских подразделениях) и продолжаются в на­стоящее время.

Массовому использованию ВЗД предшествовали годы интен­сивных научно-исследовательских и опытно-конструкторских ра­бот (НИОКР) многих организаций, отдельных инженеров и уче­ных. Оригинальная конструкция винтовых двигателей и, прежде всего, их рабочих органов выявила необходимость разработки новых технологий изготовления их.

Первой попыткой анализа выполненных НИОКР и опыта эксплуатации ВЗД стала монография "Забойные винтовые двига­тели для бурения скважин", выпущенная издательством "Недра" в 1981 г. [94] и нашедшая благоприятный отклик у специали­стов-буровиков, конструкторов и ученых.

После выхода в свет этой монографии произошли значитель­ные изменения в отечественной и зарубежной технике и техноло­гии строительства скважин: бурными темпами развивалось на­клонно направленное бурение, появились новые технологии (го­ризонтальное бурение, бурение дополнительных стволов в про­буренной скважине, ремонтные и буровые работы с использова­нием непрерывной гибкой металлической трубы), совершенство­вались породоразрушающий инструмент и компоновки низа бу­рильной колонны и др. В силу своих уникальных характеристик ВЗД стали составной частью современных технологий. И если ранее ВЗД рассматривались только как конкурент турбобурам и их перспективы оценивались неоднозначно, то в настоящее вре­мя ВЗД прочно заняли свое место в буровой технике и их роль постоянно возрастает.

В предлагаемом читателю справочном пособии делается по­пытка обобщить основные опубликованные материалы отечест­венных и зарубежных технических и патентных источников по конструированию, расчету и эксплуатации двигателей. В книгу включены также некоторые, не публиковавшиеся ранее материа­лы, подготовленные авторами специально для настоящего изда­ния. Из-за ограниченности объема книги авторы не имели воз­можности подробно отразить все аспекты теории и практики применения двигателей, поэтому читатели могут ознакомиться с ними по работам, указанным в приведенной библиографии. В то же время, предполагая, что данная книга будет использована в качестве учебного пособия для студентов и аспирантов нефтега­зового профиля, основополагающие положения теории двигате­лей и профилирования рабочих органов рассматриваются под­робно с выводом функциональных зависимостей.

Насыщенность книги математическими выкладками, по наше­му мнению, не является избыточной, а только характеризует сложность комплекса задач, решаемых конструкторами и экс­плуатационниками на различных стадиях разработки и исследо­вания двигателей. Они могут служить основой для дальнейшего совершенствования расчетов и конструирования машин.

Большое внимание в настоящем справочном пособии уделяет­ся ранее не освещавшимся вопросам конструирования и эксплуа­тации, а также применению двигателей в новых технологиях, в частности, один из разделов посвящен особенностям управления режимами работы ВЗД.

Авторы считают своим долгом помимо указанных в тексте книги и библиографии фамилий ученых и конструкторов, внес­ших существенный вклад в создание отечественных ВЗД, отме­тить коллективы НПО "Буровая техника", Кунгурского и Пав­ловского машиностроительных заводов, а также буровых пред­приятий страны, без творческой энергии и многолетней работы которых ВЗД в нашей стране не получили бы признания и ши­рокого распространения.

Предлагаемая работа отражает современное состояние теории, конструирования, производства и эксплуатации винтовых забой­ных двигателей, которые находятся в постоянном развитии. В этой связи авторы с признательностью примут все замечания и учтут их в своей дальнейшей работе.

Авторы благодарят ОАО "Газпром" - спонсора издания, а также специалистов ВНИИБТ и РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина за помощь в подготовке книги.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ винтовых ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Начиная с 40-х годов в б. СССР основным техническим средством для бурения нефтяных и газовых скважин является многоступенчатый турбобур [96].

Широкое распространение турбинного способа бурения обес­печило ускоренное разбуривание нефтегазоносных площадей Урало-Поволжья и Западной Сибири и тем самым позволило получать высокие темпы роста добычи нефти и газа.

Однако с увеличением средних глубин скважин и по мере совершенствования породоразрушающего инструмента и техно­логии роторного способа бурения в отечественной нефтяной промышленности с каждым годом росла тенденция отставания проходки за рейс долота - показателя, определяющего технико-экономические показатели бурения.

Несмотря на определенные усовершенствования техники и технологии турбинного бурения, показатели работы долот на протяжении ряда лет улучшались весьма незначительно. Хотя в 70-е годы началось разбуривание месторождений Западной Си­бири, отличающихся благоприятными условиями бурения (мяг­кие породы, относительно неглубокие скважины), средняя про­ходка за рейс по эксплуатационному бурению существенно от­ставала от аналогичного показателя в нефтяной промышленно­сти США в 3-4 раза. Так, в 1981-1982 гг. средняя проходка за долбление в США составила 350 м, в то время как в б. СССР этот показатель не превышал 90 м [73, 94].

Серьезное отставание в проходке за долбление было связано с тем, что в те годы отечественная практика бурения базировалась на высокоскоростном режиме бурения с применением многосту­пенчатых без редукторных турбобуров, характеристики которых не позволяли получать частоты вращения менее 400-500 об/мин с обеспечением необходимых крутящих моментов и приемлемого уровня давления насосов и, как следствие, эффективно использовать революционные усовершенствования шарошечных долот (с прецизионными маслонаполненными опорами и твердосплав­ным вооружением).

В связи с этим перед специалистами и организаторами буре­ния в нашей стране встал вопрос о создании техники для низко­оборотного бурения.

Были определены оптимальные диапазоны частот вращения эффективного использования усовершенствованных шарошеч­ных долот [63]: 40-80 об/мин - для твердых пород; 120-200 об/мин - для мягких пород.

Перед отечественной нефтяной промышленностью встала ди­лемма: либо переходить к роторному бурению, либо создать низкооборотный забойный двигатель.

К этому времени в б. СССР имелись определенные успехи в роторном бурении глубоких скважин в ряде районов (Север­ный Кавказ, Западная Украина и др.). Однако технически, экономически и психологически нефтяная промышленность не была готова к развитию роторного бурения. За многие годы го­сударственной поддержки турбинного бурения существенно от­стала от мирового уровня техника роторного бурения: не было бурильных труб и буровых установок высокого технического уровня.

Переход на роторный способ бурения в основных регионах страны снизил бы темпы развития отрасли, так как промыш­ленность не располагала необходимыми средствами для строи­тельства новых заводов и эксплуатационных баз или закупки за рубежом новых технологий. Таким образом определился доми­нирующий способ бурения на базе низкооборотных забойных двигателей. Работы в этом направлении были сосредоточены в основном в одной организации - ВНИИ буровой техники (ВНИИБТ) и проводились по пяти программам:

супермногоступенчатые многосекционные турбобуры (до 6-8 секций) с числом ступеней турбин до 800 в одном агрегате [102];

турбобуры с различными системами регулирования частоты вращения вала [103];

редукторные турбобуры [75, 100]; редукторные электробуры [139]; объемные гидравлические машины.

Эффективное решение проблемы создания забойного гидрав­лического двигателя с характеристиками, отвечающими требова­ниям новых конструкций долот, было найдено в переходе от динамических машин, какими являются турбобуры, к объ­емным.

В патентной и технической литературе, начиная с 30-х го­дов, прослеживается стремление конструкторов и изобретателей применять для бурения скважин известные в общем машино­строении типы объемных гидромашин. Это объясняется преиму­ществом объемного привода перед динамическим и, прежде все­го, более высоким к.п.д. объемных гидродвигателей, простотой регулирования скорости вращения выходного вала, а также воз­можностью контроля за нагрузкой на двигатель по перепаду давления.

Исходя из уровня развития техники и применительно к вра­щательному способу бурения за все эти годы наибольший инте­рес специалистов привлекли роторные гидромашины.

Анализ патентной и технической литературы показывает [87], что практически все типы роторных гидромашин испыты-вались в качестве забойных двигателей для бурения скважин. Еще в 1932 г. Г. А. Любимовым была предложена конструкция ротационного объемного двигателя, рабочим органом которого являлись цилиндрический статор и ротор с выдвижными лопат­ками. После первых испытаний выявилась недостаточная долго­вечность двигателя, и работы были прекращены. В том же на­правлении вели разработки отечественные инженеры Х.А. Ас-фандияров, П.Н. Григорьев, Р.Т. Закиров, Т.З. Налбандов, Г.О. Скловский и другие, а за рубежом Е. Garrison, Н. McDon­ald. Однако ни одна из известных схем объемных двигателей не нашла промышленного применения при бурении скважин.

Первым работоспособным образцом, нашедшим промышлен­ное применение, оказался гидродвигатель, представляющий со­бой обращенный насос Муано, относящийся к планетарно-ро-торному типу гидромашин.

Впервые принципиальную возможность применения в буре­нии одновинтовых двигателей обосновали в 1939 г. Т. Hudson и W. Gerber [153]. Позднее W. Clark [156] запатентовал конст­рукцию, которая явилась прототипом двигателя "Dyna-Drill" фирмы "Smith Tool".

В нашей стране в это же время независимо от разработок "Smith Tool" лабораторные испытания моделей одновинтовых двигателей в Новочеркасском инженерно-мелиоративном инсти­туте проводил Д.Д. Саввин [135].

Работы по созданию опытных образцов винтовых забойных двигателей начались практически одновременно в США и б. СССР в середине 60-х годов. Американские специалисты фирмы "Smith Tool" разработали двигатели (на Западе их называют PDM - positive displacement motors) для наклонно направленно­го бурения как альтернативу турбобурам, а в нашей стране, ро­дине турбинного бурения, как техническое средство для привода низкооборотных долот.

Многолетние поисковые научно-исследовательские работы во ВНИИБТ по совершенствованию забойных гидравлических дви­гателей привели в 1966 г. к появлению предложенного М.Т. Гус­маном, С.С. Никомаровым, Н.Д. Деркачем, Ю.В. Захаровым и В.Н. Меньшениным нового типа ВЗД, рабочие органы которого впервые в мировой практике выполнены на базе многозаходного винтового героторного механизма (ВГМ), выполняющего функ­цию планетарного редуктора [98].

В 70-е годы во ВНИИБТ и его Пермском филиале Д.Ф. Бал­денко, Ю.В. Вадецким, М.Т. Гусманом, Ю.В. Захаровым, A.M. Кочневым, С.С. Никомаровым и другими исследователями были созданы основы теории рабочего процесса, конструирова­ния и технологии изготовления, разработана технология бурения винтовыми двигателями.

Вопросам конструирования, испытания и внедрения ВЗД по­святили свою деятельность сотрудники Московского и регио­нальных подразделений ВНИИБТ П.И. Астафьев, Н.П. Безлеп-кин, М.Г. Бобров, А.В. Власов, В.В. Голдобин, У.А. Гюлизаде, В.А. Каплун, Ю.А. Коротаев, Л.П. Медведева, Н.Ф. Мутовкин, Ю.Ф. Потапов, Ю.М. Сарапулов, В.И. Семенец, В.А. Хабец-кая, А.В. Цепков, Т.Н. Чернова, В.А. Щелканогов, Н.Д. Щер-бюк и другие.

Отечественные инженеры и научные работники не только предложили оригинальную схему рабочих органов, но и разра­ботали на уровне изобретений новые конструкции двигателей и отдельных узлов, получив около 100 авторских свидетельств, 12 из которых были запатентованы за рубежом [148, 150-152 и др].

Признанием приоритета отечественных разработок явилась продажа в 80-х годах лицензий фирме "Drilex", которая впослед­ствии превратилась в ведущую транснациональную компанию по производству и использованию ВЗД. В дополнение к лицензион­ному соглашению фирме "Drilex" было продано 28 двигателей диаметром 172-240 мм и организовано демонстрационное буре­ние отечественными двигателями в важнейших нефтяных регио­нах мира.

Результаты бурения получили большой резонанс в деловом мире и печати. Так, известный американский журнал "Ocean Industry" в июньском номере за 1982 г. поместил редакционную статью, где подчеркивалось, что "общие показатели бурения но­вым советским объемным двигателем, полученные на первых этапах применения, превзошли все ожидания".

В первые годы зарубежными фирмами поставлялись лишь высокооборотные двигатели для выполнения специальных работ в интервалах набора кривизны и при корректировке направле­ния ствола.

В 80-90-е гг., учитывая положительный опыт эксплуатации винтовых забойных двигателей и развитие технологии бурения наклонно направленных и горизонтальных скважин, а также эф­фективность использования ВЗД при выполнении ремонтно-восстановительных и специальных работ, многие зарубежные фир­мы стали специализироваться на выпуске ВЗД различного на­значения.

В последние годы наблюдается исключительно высокий рост парка ВЗД и числа машиностроительных и сервисных компа­ний, занятых их проектированием, изготовлением и эксплуата­цией.

По официальным данным, в 1998 г. в мире насчитывалось не менее 22 таких компаний, причем более половины из них об­разованы в 90-е годы [10, 48, 169]. Следует подчеркнуть, что в последние годы почти все компании - производители ВЗД взяли на вооружение многозаходные винтовые рабочие органы, впервые запатентованные в России в 1966-1979 гг. К этому времени срок действия многих наших патентов, защищающих конструкцию многозаходных двигателей, уже истек и западные компании были свободны от правовых и финансовых обяза­тельств.

В результате многолетнего опыта бурения с использованием гидравлических забойных двигателей (турбобуров и ВЗД) сло­жился комплекс технических требований к современному забой­ному двигателю [94].

1. Характеристики двигателя должны обеспечивать:

высокий уровень крутящего момента (3 кНм и более для до­лот диаметрами 215-243 мм);

частоту вращения выходного вала в диапазоне 100-200 об/мин для шарошечных долот и 500-800 об/мин для ал­мазных долот;

высокий к.п.д. двигателя для эффективного использования гидравлической мощности насосов;

пропорциональную зависимость между расходом бурового раствора и частотой вращения, а также между крутящим мо­ментом и перепадом давления с целью эффективного управления режимом бурения.

2. Рабочие органы и другие узлы двигателя должны быть выполнены в износо- и термостойком исполнении, обеспечиваю­щем:

использование в случае технической необходимости бурового раствора любой плотности и вязкости, в том числе с содержани­ем тампонирующих материалов, предотвращающих потерю цир­куляции, и агрессивных добавок;

эксплуатацию двигателя без снижения технических показате­лей при температуре до +150-180 "С и давлении окружающей среды до 100 МПа;

стойкость двигателя, достаточную для стабильной работы с современными шарошечными и алмазными долотами;

возможность искривления корпуса двигателя при наклонно направленном бурении;

возможность установки на корпусе двигателя опорно-центрирующих элементов при проводке наклонно направленных и го­ризонтальных скважин.

3. Диаметральные и осевые размеры двигателя должны обес­печивать:

проведение буровых работ долотами различного диаметра, включая малогабаритные;

эффективную проводку наклонно направленных и горизон­тальных скважин;

использование стандартного ловильного инструмента.

Анализ конструкций и характеристик гидравлических забой­ных двигателей различного типа показывает, что ни один из них не отвечает в полной мере всем перечисленным требованиям; в значительной степени указанным требованиям соответствуют ВЗД с многозаходными рабочими органами.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ВЗД

---

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1504; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!