Винтовые забойные двигатели. Назначение и область применения. Гидромеханика винтовой пары
Двигатели винтовые предназначены для бурения вертикальных, наклонно-направленных нефтяных и газовых скважин, для зарезки боковых стволов, горизонтального бурения и капитального ремонта с использованием в качестве рабочей жидкости воды и бурового раствора плотностью не более 1,4·103 кг/м3 при забойной температуре не выше 100 0С.
ВЗД – гидравлические двигатели, которые используют гидростатический напор ПЖ для вращения вала
Рабочим органом ВЗД явл винтовая пара: статор(1) и ротор(2); Статор представляет собой металл. трубку, к внутренней пов-ти которой привулканизирована резиновая обкладка, имеющая 10 винтовых зубьев левого напр., обращенных к ротору; Ротор выполнен из высоколегированной стали с 9 винт. зубьями левого напр. и расположен относительно оси статора эксцентрично. При движении ПЖ ротор обкатывается по зубьям статора и сохраняет при этом непрерывный контакт ротор-статор по всей длине. В связи с этим обр. полости высокго и низкого давления и осуществл. рабочий процесс двигателя. Вращающий момент от ротора передается на вал шпинделя, к которому прикрепляется долото
Констр. особ:
— шпиндель – фиксация вала в корпусе, восприятие и передача
разл. осевых и радиальных нагрузок
Особенности:
— при бурении Т г/п проходка на долото ↑ в ~2раза, по
сравнению с Т
— проста конструкция, ↓стоимость
— ↑Mкр и меньшей скоростью вращения вала
— более высокое КПД~(0.4-0.5)
— возможность контроля нагрузки на долото по давлению
Недостатки:
— быстрый износ внутр. пов-ти корпуса
Обл. применения:
— бурение ОТ/Т/М г/п разл. абразивности
— бурение скв. ↓d
— бурение скважин наклонно-направленных
— забуривание вторых стволов скв.
— использ с гидромон. долотами
38.39 01 Энергетические характеристики гидравлических забойных двигателей. Режим работы.
Энергетическая характеристика турбобура
РЕЖИМЫ РАБОТЫ
Режим M N P N η
Тормозной MT 0 PT 0 0
Экстремальный Max
Оптимальный Max
Холостой 0 Nx Px 0 0
Энергетическая характеристика винтового двигателя
Крутящий момент, Н. м (кгс. м) M
Частота вращения, с-1 (об/мин) N
Перепад давления, МПа (кгс/см2) P
Мощность, кВт (л. с.) N
Коэф. полезного действия (КПД),% η
Расход бур. раствора, м3/с (л/с) Q
Плотность бур. раствора, кг/м3 (г/см3) ρ
39.Режим работы турбобура и ВЗД
Энергетическая характеристика турбобура
А — зависимость крутящего момента M от частоты вращения n.
1 – линейная;
2 – нелинейная
Б — зависимость перепада давления P от частоты вращения n.
1 – турбина нормальноциркулятивного типа;
2 – турбина высокоциркулятивного типа;
3 – турбина низкоциркулятивного типа.
В — зависимости мощности N и КПД от частоты вращения
Рабочий режим ГЗД
|
Рабочие параметры |
Турбобур |
ВЗД |
|
Крутящий момент |
0,5 МТ |
0,3 МТ |
|
Частота вращения |
0,5 nx |
0,85 nx |
|
Мощность |
Max |
Max |
|
КПД |
Max |
Max |
|
Коэффициент запаса крутящего момента |
2 – 2,5 |
3 – 3,5 |
При выборе ГЗД необходимо стремиться к тому, чтобы параметры рабочего режима двигателя были адекватны оптимальному режиму работы долота
Обеспечение рабочего режима ГЗД
N Управление работой ГЗД в процессе бурения производится путем увеличения или уменьшения осевой нагрузки на долото.
N ГЗД «выводится» на рабочий режим, который контролируется по максимальному значению текущей мехскорости проходки.
N При внезапной остановке («срыве») ГЗД, бурильщик отрывает долото от забоя и ГЗД запускается с частотой вращения холостого хода. Затем вновь следует доведение ГЗД до рабочего режима путем увеличения осевой нагрузки.
N Осевая нагрузка на долото должна обеспечивать максимальный темп углубления скважины, но не должна превышать допустимое значение.