Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Винтовые двигатели (рис. 22.11), применяемые за рубежом, представляют собой обращенные винтовые насо­сы с однозаходным винтом. Они имеют характеристику, близкую к характеристике турбобуров, незначительно усту­пая им по мощности. Например, двигатель «Дайна Дрилл» диаметром 197 мм при расходе жидкости 28 л/с имеет частоту вращения 320 об/мин, вращающий момент 1300 Н м, мощ­ность 42 кВт и перепад давления 17 МПа, что приблизительно соответствует характеристике турбобура А7Н4С.

В отличие от двигателя «Дайна Дрилл» в отечественных двигателях применен многозаходной винтовой механизм, ко­торый одновременно является объемным двигателем и плане­тарным редуктором. Ротор и статор представляют собой как бы пару зубчатых колес внутреннего зацепления. Зубья рас­положены по винтовой линии, поэтому ротор можно рас­сматривать как многозаходной винт, а статор — как многоза — ходную гайку, имеющие разные шаги. Число зубьев (заходов) статора на один больше, чем у ротора. Ротор располагается в статоре наклонно и полностью разделяет входную и выход­ную полости двигателя. Буровой раствор, поступая под давле­нием в замкнутый объем, давит на поверхность ротора и за­ставляет его обкатывать поверхность статора, совершая пла­нетарное движение.

Таким образом, под давлением жидкости образуются и за­мыкаются камеры, через которые промывочная жидкость, как через шлюзы, проходит двигатель, формируя на роторе вра­щающий момент и мощность. С помощью шарниров послед­ние преобразуются во вращательное движение шпинделя, который по назначению и устройству аналогичен шпинделю турбобура.

Целесообразность применения винтового двигателя для создания забойного гидравлического вращателя объясняется следующими основными преимуществами:

1) отсутствие клапанных и золотниковых распределителей потока жидкости;

2) трение в паре ротор-статор характеризуется в основном качением, так как в точках контакта рабочих органов имеют место мгновенные скольжения;

3) непрерывное изменение положения линии контакта ра­бочих органов при вращении ротора позволяет потоку про­мывочной жидкости удалять абразивные частицы, попадаю­щие в камеры и шлюзы.

Условия создания шлюзов в паре ротор-статор объемных двигателей следующие:

число зубьев или заходов статора должно быть на еди­ницу больше, чем число зубьев ротора

отношение шага статора Г к шагу ротора f должно быть пропорционально отношению числа зубьев, т. е.

T/t = zi/z2]

(z2/zi = і — кинематическое отношение механизма).

Винтовой механизм с многозаходовым ротором выполняет роль двигателя и одновременно понижающего редуктора, пе­редаточное число которого пропорционально заходности ро­тора.

Характеристика винтового двигателя отличается от харак­теристики турбобура (рис. 22.12). Теоретически частота вра­щения его пропорциональна расходу промывочной жидкости и не зависит от вращающего момента. По мере роста перепа­да давления увеличивается крутящий момент на долоте:

М = ДрдУг|/2я,

где Ард — перепад давления в двигателе; V — объем полостей винтового двигателя; г) — КПД.

Практически вследствие значительного трения в двигателе и утечек раствора вращающий момент не прямо пропорцио­нален перепаду давления, а частота вращения несколько уменьшается по мере роста вращающего момента, но гораздо меньше, чем у турбобура. В объемном двигателе при повы­шении крутящего момента давление продолжает расти, пока не сработает предохранительный клапан или раствор, огибая резиновые элементы статора, не начнет проходить частично на забой. При этом снизится и частота вращения. Теоретиче­ски частота вращения

п = 60Q/V,

где О — подача бурового раствора, дм3/с; V — объем полостей двигателя, дм3.

В винтовом двигателе энергия частично теряется на пре­одоление гидравлических сопротивлений, трение ротора о статор, трение в шпинделе, деформирование резины статора.

Поэтому общий начальный КПД в режиме максимальной мощности винтовых двигателей составляет 48-55 %. При этом мощность винтового двигателя

N = ДрдОть (22.34)

Стойкость статора в среднем составляет 30-50 ч (редко до 180 ч). При бурении объемными винтовыми двигателями в твердых породах проходка на долото увеличивается более чем в 2 раза, а в мягких — на 20-50 % по сравнению с турбинным бурением: механическая скорость ниже на 20-25 % в обоих случаях. Этот способ применяется при бурении вертикальных и наклонных скважин. Он дает возможность контролировать отработку долота по изменению крутящего момента, посколь­ку одновременно с ростом момента увеличивается и давление на стоянке.

Так, при изнашивании опор долота в условиях постоянной осевой нагрузки момент и давление на стоянке увеличивают­ся, при изнашивании зубьев долота — уменьшаются.

Винтовой двигатель менее чувствителен к уменьшению диаметра ствола, что в сочетании с меньшим перепадом дав­ления в нем делает его более перспективным для бурения глубоких скважин.

Комментарии запрещены.