Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Гидравлические винтовые забойные двигатели (ВЗД) подраз­деляются на двигатели:

• общего назначения;

• для наклонно направленного и горизонтального бурения;

• для отбора керна;

• для ремонта скважин;

• с разделенным потоком;

• турбовинтовые.

По принципу действия ВЗД являются объемной (гидростати­ческой) машиной, многозаходные рабочие органы которой пред­ставляют собой планетарно-роторный механизм с внутренним косозубым зацеплением.

ОАО НПО «Буровая техника» и Пермским филиалом ВНИИБТ1 разработаны высокоэффективные винтовые забойные двигатели общего назначения типов Д и ДС с высокими энергетическими и эксплуатационными параметрами и повышенной надежности.

Выпускаемые в России ВЗД общего назначения выполняются по единой схеме, имеющей неподвижный статор и вращающийся ротор, соединяемые со шпинделем; диапазон диаметров корпу­са — от 127 до 240 мм; предназначены для привода долот шаро­шечных и безопорных, бурголовок, фрезеров и райберов диамет­ром от 139,7 до 295,3 мм с обеспечением минимального техноло­гически требуемого зазора между корпусом двигателя и стенками скважины в конкретных горно-геологических условиях разрезов нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений.

Эксплуатируются ВЗД с использованием воды и буровых ра­створов плотностью от I ООО кг/м3 и менее до 2 ООО кг/м3, включая аэрированные растворы и пены (при бурении и капитальном ре­монте скважин), с содержанием песка не более 1 % по массе и максимальным размером частиц не более 1 мм, при забойной тем­пературе не выше 100 °С.

Двигатели общего назначения для бурения выпускаются типов Д, ДО, ДІ, Д2, ДЗ, Д4 и Д5.

Односекционные ВЗД типа Д. Они включают в себя двигатель­ную и шпиндельную секции и переливной клапан, корпусы кото­рых соединяются между собой с помощью конической резьбы (рис.

8.3) . Рабочими органами двигательной секции являются многоза- ходные винтовые ротор и статор. Внутри стального статора при — вулканизирована резиновая обкладка с винтовыми зубьями лево­го направления. На наружной поверхности стального ротора наре­заны зубья того же направления. Число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев статора, а отношение шагов винтовых ли­ний пропорционально числу зубьев. Узел соединения ротора и выходного вала шпинделя, который может быть выполнен в виде двухшарнирного карданного соединения или гибкого вала, пред­назначен для преобразования планетарного движения ротора во вращение вала шпинделя и передачи осевой гидравлической силы с ротора на подшипник шпинделя.

Шпиндельная секция ВЗД различных типоразмеров имеет от­личительные особенности и в общем виде включает в себя кор­пус, выходной вал, осевую опору — многорядный упорно-ради­альный подшипник качения и радиальные резинометаллические опоры. На нижнем конце выходного вала установлен наддолот — ный переводник для соединения вала с долотом.

Технические характеристики односекционных ВЗД для буре­ния скважин при различных расходах воды конструкции ОАО НПО «Буровая техника» приведены в табл. 8.4, конструкции Персмско — го филиала ВНИИБТ — в табл. 8.5.

Рис. 8.3. Односекционный винтовой забойный двигатель типа Д: I, 6 — переводник соединительный; 2 — статор; 3 — ротор; 4 — торсион; 5 шпиндель

£3 Таблииа 8.4 ОО Технические характеристики односекционных ВЗД для бурения скважин при различных расходах воды конструкции ОАО НПО «Буровая техника» Показатели Д1-І45 Д-155 Д-155* Д5-172** Д5-І72М ДВ-172 ДП-172 Наружный диаметр корпуса, мм 145 155 155 172 172 172 172 Длина, мм: общая 4 670 4 870 4 330 5 660 6 160 4 860 3 870 в том числе от торца наддо — лотного переводника до середи­ны искривленного переводника 2 250 —“ 1 600 2 600 2600 2 600 1 750 Масса, кг 418 500 475 710 770 590 455 Присоединительная резьба по ГОСТ 28487: к трубам 3-117 3-133 3-133 3-147 3-147 3-147 3-147 к долоту 3-88 3-І 17 3-І 17 3-117 3-117 3-І 17 3-117 Диаметры применяемых долот, мм 159… 191 191 …216 191 …216 191 …216 191 …216 191 …216 191…216 Расход воды, л/с 15…20 24…30 24…30 ‘-35… 35 25…35 24…32 24…35 Частота вращения вала, об/мин 120… 180 125…220 125…220 80… 100 90… 120 180…220 150… 190 Перепад дашіения на ВЗД, МПа 7…9 6,5.„7,5 6,5…7,5 4,5…6,0 7,4…9,8 5,0…6,5 3,5…4,0 Момент силы на валу, кН • м: 3,0…4,5 3…4 3…4 4,5.„6,0 7,4…9,8 5,0…6,5 3,5…4,0 | Максимальный угол перекоса, 4 1,5 — 3,0 1.5 (3,0) … .!•« , 3,0

1 Наружный диаметр корпуса, мм	1 176	195	195	195	195	195	240 1	240 I
Длина, мм: общая	5 325	5 960	6 000	6 400	6 600	6 870	6 930	7280
в том числе от торна наддолотного пере­водника до середины искривленного переводника	1 565	2 890	2215	2 890	2 890	3040	2975	3 160
Масса, кг	750	1 020	1 080	1 190	1 100	1 300	1 660	1 860
Присоединительная резьба по ГОСТ 28487: к трубам	3-147	3-147	3-147	3-171	3-147	3-171	3-171	3-171
к долоту	3-117	3-117	3-117	3-117	3-117	3-117	3-152	3-152
Диаметры применяемых долот, мм	216	216…245	216-245	216…245	2І6…245	216-245	270-295	270…295
Расход воды, л/с	25…35	24…30	24…30	25…35	25…35	24-32	24…35
Частота вращения вала, об/мин:	90… 120	90… 115	80…110	120… 160	80… 190	80… НЮ	70-130	70…130
Перепад давления на ВЗД, МПа	7,4…9,8	5,2-7,0	9,5… 11,0	8,0-10,5	10,5-14,0	9,5-11,0	10,0-14,0	10,0-14,0
Момент силы на валу, кН ■ м:	7,4-9,8	5,2 …7,0	9,5…11,0	8,0…10,5	10,5-14,0	9,5-11,0	10,0-14,0	10,0… 14,0

го чО

оо

о

Показатели	ДГ-176	Д2-195**	Д5-І95*	Д4-195	ДЗ-195	ДГ-195	Д1-240	Д0-240
Максимальный угол перекоса, °	3,0	1,5 (3,0)	1,0 (3,0)	1,5	1,0	2,0	1,0	3,0

Примечание. Сечение рабочих органов двигателей с заходностью 6:7, 7:8 и 9:10.

* Двигатели могут быть изготовлены с искривленным переводником с регулируемым углом перекоса.

** Возможно изготовление специального варианта двигателя — отклонителя с увеличенным углом перекоса.

Табл и ца 8.5

Технические характеристики односекционных ВЗД для бурения скважин при различных расходах воды конструкции

Пермского филиала ВНИИБТ

Показатели	Д1-145	Д5-172**	Д5-172М	ДП-172	ДГ-176М	ДР-І76М	ДГЭ-176	ДВ-176
Наружный диаметр кор­пуса, мм	145	172	176/195
Длина двигателя (без клапана), мм*	4650	5 630/ 6 060	5 830/ 6 260	3 870	5315	5 330	6440	5 835
Масса, кг	418	610	770	455	750	780	910	754
Диаметры применяемых долот, мм	165,1… 190,5	190,5…215,9	215,9
П р исоеди н ител ьная резьба по ГОСТ 28487: к трубам к долоту	3-117 3-88	3-147 3-117	3-147 3-117

Длина шпинделя до ис — кришіения, мм	2 250	2 600	2 600	1 720	1515 1705		—
Углы искриапения меж­ду секциями, °	0,0… 1,5	0… 1(3)	0…3	0,0…2,5	—	—
Длина активной части статора, мм	1 800	1 800	2 400	1460	2400	3000	2 400
Заходность рабочих ор­ганов, ***, мм	7/8	9/10	6/7	9/10	6/7
Расход рабочей жидкости, л/с	15… 20	25.,.35	25…35
Частота вращения вы­ходного вала на холос­том ходу, об/мин:	150… 240	108…150	180… 270	108… 150	210…300
Частота вращения вы­ходного вала в режиме максимальной мощно­сти, об/мин	120…180	90… 115	120…210	90… 120	150…240
Момент силы на выход­ном валу валу в режиме максимальной мощно­сти, кН ■ м	3,0…4,0	5,2…7,0	7,0…9,0	4,0…5,5	7,0…9,0	9,0…12,0	5,5…7,0
Перепад давления в ре­жиме максимальной мощности, МПа	7,0…9,0	5,0… 7,0	6,0…9,0	7,0…9,5	6,0…9,0	8,0…11,0	8,0-12,0

Ю ОС

Показатели	Д1-145	Д5-172**	Д5-172М	ДП-172	ДГ-176М ДР-176М	ДГЗ-176	ДВ-176
Мощность максималь­ная, кВт	35…75	о! ос 1 о	65…110	1_/1 О м о	О ОС ©	65…110	50… 120
Максимальный эффек­тивный КПД, %	45	40	45	50	45	50
Допустимая осевая на­грузка, кН	150	200	200

Показатели	Д2-195**	Д5-195	ДГ-195	Д4-195	Д4-195М	ДЗ-195	ДВ-195	Д1-240	Д0-240
Наружный диаметр корпуса, мм	195	195	240
Длина двигателя (без клапана), мм*	5 330/ 5 620	6 000/ 6 375	6870	6 000/ 6 375	6 840/7 215	6 375	6 985	7 280
Масса, кг	890	1 030/1 080	1 330	1 030/1 080	1 030/108	1 060/117	1 135/ 1 180	1660	1 860
Диаметры применяе­мых долот, мм	215,9…244,5	215,9.„244,5	269,9…295,3

Присоеди­нительная резьба по ГОСТ 28487: к трубам к долоту	3-171	3-147	3-147	3-171	3-171
3-117	3-117	3-152
Длина шпинделя до искрив­ления, мм	2 750	2 890	3 040	2 750		2 890		2 975	3 160
Углы ис­кривления между сек­циями, °	0…1(2)	0…2	0,0… 1,5		ОД..1,5		0…1	1…3
Длина ак­тивной части статора, мм	1 800	2 400	3000	2 400	3000
Заходносчъ рабочих ор­ганов, 4/^т ***. мм	9/10	7/8	7/8	9/10	6/7	7/8
Расход рабо­чей жидко­сти, л/с	25 …35	25 …35	30… 50

Показатели	Д2-І95**	Д5-І95 ДГ-195	Д4-І95	Д4-І95М	ДЗ-195	ДВ-195	Д1-240 Д0-240
Частота вра­щения вы­ходного ва­ла на холос­том ходу, об/мин	О ОО О	140… 190	140..Л90	110… 150	210… 300	90… 150
Частота вра­щения вы­ходного ва­ла в режиме максималь­ной мощно­сти, об/мин	90…115	90… 120	110… 145	НО… 140	90… 120	150… 240	70… 130
Момент силы на выход­ном валу и режиме мак­симальной мощности, кН м	5,2…7,0	7,0…9,0	6,0…8,0	8,0… 10,0	9,0… 11,0	5.5 …7,0	10,0… 14,0
Перепад даштения в режиме мак­симальной мощности, МПа	5,0… 7,0	6,0…9,0	7,0…9,0	9,0… 12,0	8,0… 11,0	ОО о о	6,0… 8,0

Мощность максималь­ная, кВт	50… 80	65…110	70… 120	90… 150	85… 150	85… 175	75 …190
Максималь­ный эффек­тивный КПД, %	40	45	45	50	45
Допустимая осевая на­грузка, кН	250	250	350

* Длина двигателя зависит от применяемого шпинделя. ** Характеристики двигателей Д5-І72 и Д2-195 приведены для сравнения. *** — число заходов ротора; Д., — число заходов статора.

Секционные винтовые забойные гидравлические двигатели. Они

предназначены для бурения вертикальных (типа ДС) и наклонно направленных (типа ДГ) скважин различного назначения с ис­пользованием буровых растворов при температуре не выше 100 °С.

Поскольку энергетическая характеристика односекционного ВЗД ухудшается по мере износа рабочих винтовых пар и при зазо­ре в них более 1,0 мм, применение такого двигателя становится практически нецелесообразным. Поэтому секционирование рабо­чих органов, в том числе повторным использованием отработан­ных винтовых пар, является одним из наиболее перспективных направлений повышения долговечности винтовых пар — межре­монтного периода работы ВЗД в целом. Последнее обстоятельство обусловливается тем, что при таком конструктивном решении сни­жаются удельные нагрузки в рабочей паре, а требуемый момент силы на выходном валу обеспечивается при сниженном расходе бурового раствора, вследствие чего уменьшается износ рабочих пар. Благодаря этому расширяется область эффективного приме­нения ВЗД в районах с осложненными условиями бурения с промывкой буровыми растворами на водной основе различных типов — от облегченных до утяжеленных.

Секционный забойный двигатель типа ДС-195 собирается в промысловых условиях из двух или трех двигательных секций,

Рис. 8.4. Двигательная секция двухсекционного двигателя типа Д1-195 с соединением роторов при помощи шарнира: / — клапан; 2— переводник соединительный; 3 — втулка распорная; 4 — статор, 5 — ротор; 6 — муфта; 7, 9, 10 — переводники; 8 — шарнир; // — вал

состоящих из пинтовых пар серийных двигателей типа Д1-195 (рис.

8.4) и одной шпиндельной секции с шаровой или резинометалли­ческой опорой. Они выпускаются с наружным диаметром 195 мм и применяются при бурении скважин в конкретных горно-геоло- гических условиях разрезов нефтяных, газовых и газоконденсат­ных месторождений.

Для секционирования рабочих органов двигателя разработаны различные варианты сочленения роторов и статоров и приспо­собления для осуществления их сборки. Конструктивное исполне­ние секционных двигателей может быть следующим:

. сборка с ориентированием рабочих органов по винтовой ли­нии с жестким соединением статоров и роторов с помощью пере­водника;

* сборка без ориентирования рабочих органов с жестким со­единением статоров и соединением роторов с помощью шарнира или гибкого вала.

Сочленение на конусах может быть надежным при выполне­нии обязательного условия установки сверху винтовой пары с меньшим зазором, т. е. верхняя секция должна быть ведущей. В про­тивном случае возможен подъем верхней секции ротора, рассо­единение конусов и, как следствие, нарушение сочленения.

Для соединения ротора двигательной секции с валом шпин­дельной секции может применяться карданный или гибкий вал.

Секционный двигатель позволяет работать при перепадах дав­ления в насадках используемых долот до 8… 10 МПа.

При спуске ВЗД в скважину за 10… 15 м от забоя следует вклю­чить буровой насос и промыть призабойную зону скважины при работающем двигателе. Незапуск двигателя фиксируется по резко­му подъему давления на выкиде насосов. В этом случае следует запускать двигатель с вращением бурильной колонны ротором при одновременном прокачивании жидкости. Запуск двигателя удара­ми о забой не допускается. Во избежание левого вращения инст­румента под действием реактивного момента двигателя ведущую трубу фиксируют от проворачивания в роторе с помощью клинь­ев.

По своим энергетическим характеристикам винтовые двигате­ли позволяют создавать на долоте высокие осевые нагрузки (двига­тель типа Д-195 — до 250…300 кН; двигатель типа Д-85 — до 30 кН), однако приработку нового долота в течение 10… 15 1^ин необходи­мо вести при пониженных осевых нагрузках.

При выборе типа долота предпочтение следует отдавать низко­оборотным долотам с маслонаполненной опорой, а также гидро­мониторным долотам, так как сниженный по сравнению с турбо­бурами перепад давления в винтовом двигателе создает резерв мощности на выкиде насосов. Тип вооружения долота выбирают в соответствии с твердостью и абразивностью проходимых пород.

При выборе рациональных параметров режима бурения винто­вым забойным двигателем необходимо учитывать особенности его характеристик: пропорциональность частоты вращения расходу бурового раствора; сравнительно «жесткую» скоростную характе­ристику под нагрузкой (в зоне устойчивой работы двигателя от режима холостого хода до режима максимальной мощности час­тота вращения падает на 15… 20%); линейную зависимость пере­пада давления на двигателе от момента на долоте.

При бурении винтовым забойным двигателем буровой инстру­мент необходимо подавать плавно, без рывков. Периодически ин­струмент следует проворачивать. Расход промывочной жидкости при бурении винтовым забойным двигателем нужно выбирать ис­ходя из условий необходимой очистки забоя. По мере износа ра­бочей пары двигателя для сохранения его рабочей характеристи­ки целесообразно увеличивать расход промывочной жидкости на

20.. .25% от начальной величины.

Для предотвращения зашламления двигателя ^теред наращива­нием инструмента или перед подъемом его дЛя замены долота необходимо промыть скважину в призабойной зоне, затем при­поднять инструмент над забоем на 10… 12 м и только после этого остановить насосы и открыть пусковую задвижку.

В процессе эксплуатации винтовых двигателей необходимо пе­риодически проверять их пригодность к работе. Двигатель отправ­ляют на ремонт при значительном снижении его приемистости к осевым нагрузкам, увеличении сверх допустимого осевого люфта шпинделя, а также при затрудненном запуске или незапуске над устьем скважины или зашламовании двигателя.

Комментарии запрещены.