1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Винтовой забойный двигатель его характеристика

Винтовой забойный двигатель

Винтовой забойный двигатель (англ. positive displacement motor; mud motor; drilling motor ) — это машина объемного (гидростатического) действия. Основными элементами конструкции являются: двигательная секция, шпиндельная секция, регулятор угла. Винтовой забойный двигатель (ВЗД) применяют для бурения скважин различной глубины, широко применяются для наклонно-направленного и горизонтального бурения.

Содержание

  • 1 История внедрения в России
  • 2 Конструкция и принцип работы
  • 3 Примечания
  • 4 Литература

История внедрения в России [ править | править код ]

СССР является родиной турбинного бурения. Первый промышленный образец был изготовлен еще в 1922—1923 гг . Это был редукторный турбобур с одноступенчатой турбиной, начиная с 40-х годов основных техническим средством для бурения скважин являлся многоступенчатый турбобур. Широкое распространение турбинного бурения позволило получить высокие темпы роста добычи нефти и газа. [1]

Однако с увеличением средних глубин скважин, совершенствования долот и технологии роторного бурения отечественная нефтяная промышленность стала отставать по показателю проходки за рейс от мирового уровня. Так в 1981—1982 годах средняя проходка за рейс в США составляла 350 м, в то время как в СССР она не превышала 90 м. Такое отставание от США было связано с характеристикой турбобуров, которые не позволяли получать частоту вращения менее 400—500 об/мин с обеспечением необходимого крутящего момента и уровня давления насосов, и как следствие было невозможно применять современные низкооборотные шарошечные долота. И перед нефтяной промышленностью СССР встал вопрос о переходе на технологию низкооборотного бурения. [1]

Роторное бурение хоть и применялось, но технологически сильно отставало от мирового уровня: не имелось бурильных труб и буровых станков высокого технического уровня. Таким образом было принято решение о создании низкооборотного забойного двигателя для замены турбобуров. Работы по созданию опытных образцов винтовых забойных двигателей (ВЗД) начались в США и СССР в середине 60-х годов. В США первые ВЗД были альтернативой турбобурам для наклонно-направленного бурения, а в СССР они служили средством для привода низкооборотных долот [1] .

В последние годы в технике и технологии бурения скважин произошли значительные изменения: появились новые технологии в наклонно-направленном бурении (бурение горизонтальных участков, бурение дополнительных стволов из ранее пробуренных скважин), распространение долот типа PDС, новейшие телеметрические системы для контроля забойных параметров во время бурения и др. И если раньше ВЗД рассматривались только как альтернативу турбобурам и их перспектива оценивалась неоднозначно, то сейчас в силу свои уникальных характеристик ВЗД стали основной частью современных технологий. В 2010 году в России выполнено ¾ всего объема бурения и ремонта скважин при помощи ВЗД и они были взяты на вооружение практически всеми российскими и зарубежными нефтегазовыми и сервисными компаниями [2] .

Конструкция и принцип работы [ править | править код ]

Винтовые забойные двигатели относятся к объемным роторным гидравлическим машинам и согласно общей теории таких машин элементами рабочих органов (РО) являются:

  • Статор двигателя с плоскостями, примыкающими по концам к камерам высокого и низкого давления. [3]
  • Ротор-винт, носящий название ведущего через который крутящий момент передается исполнительному механизму. [3]
  • Замыкатели-винты, носящие название ведомых, назначение которых уплотнять двигатель, то есть препятствовать перетеканию жидкости из камеры высокого давления в камеру низкого давления [3] .

Сравнительно малая металлоемкость и простота конструкции является важным фактором, способствующим широкому использованию роторных гидромашин в современной технике.

РО ВЗД является винтовой героторный механизм — зубчатая пара с внутренним пространственным зацеплением, состоящая из ротора и статора с циклоидальными профилями зубьев.

Ротор совершает планетарное движение внутри неподвижного статора, центры их поперечных сечений смещены на расстояние эксцентриситета зацепления.

К отличительным особенностям ВЗД относятся:

  • Отсутствие быстроизнашивающихся распределительных устройств, поскольку распределение жидкости по камерам рабочих органов осуществляется автоматически за счет соотношения чисел зубьев и шагов винтовых поверхностей ротора и статора. [4]
  • Кинематика рабочих органов, в относительном движении которых сочетается качение и скольжение при относительно невысоких скоростях скольжения, что снижает износ рабочей пары. [4]
  • Непрерывное изменение положения контактной линии (геометрического места точек касания ротора и статора) в пространстве, в результате чего механические примеси, находящиеся в жидкости, имеют возможность выносится потоком из рабочих органов. [4]

Так как ВЗД находится в непосредственном контакте с жидкостью (буровым раствором), который и приводит его в действие, то благодаря указанным особенностям он является практически единственным типом объемных гидравлических двигателей, который сравнительно долговечны при использовании рабочих жидкостей, содержащих механические примеси [4] .

Практически любой ВЗД можно разделить на несколько основных узлов: двигательная секция, шпиндельная секция, регулятор угла перекоса. [5]

Двигательная (силовая) секция предназначена для преобразования энергии потока жидкости в вращательное движение ротора. Она состоит из стального ротора с винтовыми зубьями и статора, который имеет эластичную обкладку с внутренней винтовой поверхностью, выполненную обычно из резины. Статор и ротор двигательной секции должны соответствовать некоторым условиям: [5]

  • Числа заходов статора и ротора должны отличаться на единицу [4] ;
  • Шаги винтовых поверхностей статора и ротора должны быть пропорциональны числам их заходов;
  • Винтовые поверхности статора и ротора должны иметь одинаковое направление [4]

Зубья статора и ротора находятся в непрерывном контакте, образуя замыкающиеся по длине статора единичные камеры. Буровой раствор, проходя через эти камеры, проворачивает ротор внутри статора. По конструкции двигательной секции различают монолитные и секционные двигатели. [5]

Шпиндельная секция. Под термином «шпиндель» подразумевается автономный узел двигателя с выходным валом с осевыми и радиальными подшипниками. Шпиндель является одним из главных узлов двигателя. Он передает крутящий момент и осевую нагрузку на долото, воспринимает реакцию забоя и гидравлическую осевую нагрузку, действующую в РО, а также радиальные нагрузки от долота и узла соединения планетарного ротора и вала шпинделя (шарнир или гибкий вал). [6]

Шпиндель выполняется в виде монолитного полого вала, который соединяется посредством наддолотного переводника в нижней части с долотом, а с помощью муфты в верхней части — с шарниром или гибким валом [6] По конструктивному исполнению шпиндели бывают открытые и маслонаполненные. В открытых (используются почти во всех серийных отечественных двигателях) узлы трения смазываются и охлаждаются буровым раствором, а в маслонаполненных узлы трения находятся в масляной ванне с избыточным давлением на 0,1-0.2 МПа, превышающим давление окружающей среды. [7] .

Регулятор угла предназначен для перекоса осей секций двигателя или самого двигателя относительно нижней части бурильной колонны. Устанавливается между силовой и шпиндельной секцией или над самим ВЗД. Обычно состоит из двух переводников, сердечника и зубчатой муфты. [5]

В большинстве компоновок низа бурильной колоны, включающих ВЗД, устанавливаются переливные клапаны. Они предназначены для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством при спуско-подъемных операциях. Применение клапана устраняет холостое вращение двигателя, а также уменьшает гидродинамическое воздействие на забой и стенки ствола скважины, предотвращает перелив бурового раствора на устье скважины. Устанавливаются над двигателем или входят непосредственно в конструкцию ВЗД [8] .

Совершенствование конструкции винтовых забойных двигателей на основе опыта строительства скважин малого диаметра

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 28.05.2018 2018-05-28

Статья просмотрена: 333 раза

Библиографическое описание:

Ташкалов, Э. М. Совершенствование конструкции винтовых забойных двигателей на основе опыта строительства скважин малого диаметра / Э. М. Ташкалов, А. Л. Петренко, Р. И. Халидуллин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 21 (207). — С. 89-92. — URL: https://moluch.ru/archive/207/50799/ (дата обращения: 19.09.2021).

Читать еще:  Факторы влияющие на продолжительность работы двигателя

На сегодняшнее время одна из важнейших проблем в производстве и эксплуатации винтового забойного двигателя является разрушение резиновой обкладки статора. Повреждения эластомерной обкладки ведут к значительному снижению энергетических характеристик двигателя вплоть до его полного отказа.

Во время работы двигателя ротор планетарно вращается внутри статора, постоянно соприкасаясь с его зубьями и образуя камеры высокого и низкого давления. Резиновые зубья статора при этом получают циклические деформации.

При бурении глубоких скважин с высокими температурами на забое на обкладку статора ВЗД одновременно воздействует высокое давление промывочной жидкости и температура. Так же, резина имеет высокий коэффициент температурного расширения. Под действием этих двух факторов происходит искажение проектного циклоидального профиля обкладки статора.

Все последние исследования ведутся в сторону улучшения энергетических характеристик ВЗД, а именно увеличение жёсткости винтовых зубьев рабочих органов и улучшении отвода тепла от резиновой обкладки. Рассматривается стандартная конструкция статора, представляющая собой металлический остов с внутренней цилиндрической расточкой и прикрепленной резиновой обкладкой, имеющей внутреннюю винтовую поверхность циклоидального профиля. Стандартная конструкция сравнивается с новой конструкцией статора, отличающейся тем, что металлический остов имеет внутреннюю винтовую поверхность циклоидального профиля и прикрепленную к нему резиновую обкладку. Известны следующие конструктивно-технологические решения по формированию внутреннего винтового профиля металлического корпуса статора:

– фрезерование внутренней поверхности трубной или цилиндрической металлической заготовки;

– ковка трубной металлической заготовки на винтовом сердечнике;

– литье металла в полость между корпусом и винтовым сердечником;

– пластическое деформирование методом обкатки роликами внутренней поверхности металлической заготовки;

– набор металлических пластин или сегментов с вырезанным циклоидальным профилем;

– установка в цилиндрический корпус тонкостенного винтового штампованного металлического вкладыша;

– установка в сердцевину резинового зуба металлического прутка.

– Для устранения конструкционных и эксплуатационных недостатков стандартной конструкции статора предложена новая конструкция в двух вариантах конструктивного исполнения (рис. 1.1) — статор ВЗД, состоящий из металлического остова с внутренним винтовым циклоидальным профилем и прикрепленной к нему упругоэластичной обкладкой постоянной толщины.

а — винтовая оболочка армирована металлическим цилиндрическим прутком

б — винтовая оболочка армирована теплопроводным наполнителем

Рис. 1 Фрагмент новой конструкции экспериментальных статоров ВЗД

Для армирования резинового зуба статора используется тонкостенная винтовая металлическая оболочка. Оболочка изготовлена методом гидроштампирования. Кольцевая полость между цилиндрическим корпусом и гидроштампованной оболочкой заполняется теплопроводным наполнителем. В данную полость возможна установка металлического цилиндрического прутка.

Изготовление статора с остовом с внутренним винтовым металлическим профилем и резиновой обкладкой, профиль которой эквидистантен циклоидальному профилю металлического остова, приводит к повышению жесткости винтового зуба статора. При увеличенной жесткости винтовой зуб статора имеет значительно сниженные перемещения под действием перепада давления промывочной жидкости в рабочих камерах героторного механизма и воздействием ротора, сохраняя при этом контактное взаимодействие рабочих органов. Уменьшаются утечки рабочей жидкости из камер высокого давления в камеры низкого давления. За счет снижения объемных потерь новая конструкция статора позволяет увеличить межвитковый перепад давления промывочной жидкости в рабочих камерах статора при его работе.

Момент на выходном валу двигателя напрямую зависит от межвиткового перепада давления в статоре:

(1)

P — перепад давления в PO, Па

V — рабочий объем,

При увеличении перепада давления в статоре возрастает крутящий момент на выходном валу двигателя. Так по сравнению со стандартным статором новый статор с винтовым зубом повышенной жесткости увеличивает крутящий момент ВЗД.

При уменьшении объемных потерь в РО появляется возможность использовать меньший натяг в зацеплении без увеличения их длины и ухудшения энергетических характеристик, что должно снизить износ поверхностей скольжения ротора и статора, уменьшить механические потери на трение в механизме, а также уменьшить давление запуска двигателя.

Другим положительным моментом использования новой конструкции статора ВЗД является возможность уменьшения длины зацепления его РО без увеличения натяга в зацеплении и ухудшения энергетических характеристик.

Значительное уменьшение протоков промывочной жидкости из рабочих камер двигателя, образованных винтовыми поверхностями ротора и статора, должно уменьшить падение оборотов ротора при возрастающем тормозном моменте на него или, другими словами, улучшить нагрузочную характеристику героторного механизма (сделать её более «жесткой»). Зависимость частоты вращения ротора от увеличения тормозного момента на выходном валу двигателя на графике становится более пологой, как показано на рис. 1.8.

Рис. 2. Нагрузочная характеристика статоров габарита 95 мм сопоставимой длины с кинематическим отношением 5/6 при расходе 8 л/с

При бурении скважин винтовым забойным двигателем со статором новой конструкции его более жесткая нагрузочная характеристика обеспечивает значительно меньшее снижение частоты вращения ротора при увеличивающемся тормозном моменте на вал, который может возникнуть, например, при сужении ствола во время проработки скважины или увеличенной осевой нагрузке на забой. Также более жесткая нагрузочная характеристика нового статора позволит более точно регулировать частоту вращения выходного вала ВЗД изменением расхода промывочной жидкости на буровых насосах.

Помимо таких явных преимуществ как повышение крутящего момента для эффективного использования долот РБС, уменьшения длины статора и уменьшения натяга в зацеплении рабочих органов применение новых статоров за счет повышения мощности привода позволит снизить энергозатраты при бурении скважин. Новый статор может использоваться с той же эффективностью углубления скважины, что и стандартный статор, но при этом затрачиваться будет часть от его максимальной мощности в то время, как стандартный будет работать на полную мощность. Другими словами, новый статор позволит работать при меньшем расходе рабочей жидкости, буровые насосы будут работать при меньшей производительности, что обуславливает экономическую эффективность.

Забойные двигатели

Для выполнения процесса бурения скважин используется специальное оборудование – забойные двигатели. Существует несколько разновидностей оборудования данного вида, каждый из которых имеет свое предназначение и технические характеристики.

Забойные двигатели для бурения скважин

Одним из видов погружных устройств, которые применяются для бурения скважин, разного типа являются забойные двигатели.

Принцип работы механизмов заключается в том, что происходит преобразование электрической энергии в гидравлическую или пневматическую. В результате этого происходит вращение бурового долота, что приводит к разрушению породы в середине забоя скважины.

Оборудование можно условно подразделить на несколько видов:

  • вращательные;
  • ударные;
  • пневматические;
  • гидравлические (объемного типа и гидродинамические);
  • электронные.

Энергия проходит по колонне, расположенной в середине бурильной трубы посредством использования специального типа кабеля.

Применение забойного двигателя способствует повышению скорости выполнения рабочего процесса, уменьшению стоимости рабочего процесса, понижения затрат энергии, уменьшает возможность возникновения аварийных ситуаций.

Стоит также отметить довольно высокий показатель эффективности эксплуатации забойных двигателей при их использовании для бурения скважин.

Принцип работы винтового забойного двигателя

Независимо от типа забойных двигателей, они состоят из таких составных частей:

  • узел перепускного клапана;
  • отсек преобразования энергетического потока раствора;
  • механизм, соединяющий валы шринделя и мотора;
  • механизм приводного вала с подшипниками.

Узел клапана перепускного приводит к тому, что колонна наполняется или освобождается. Если забойный двигатель настроен на минимальный показатель мощности, происходит придавливание клапана в нижней части колонны. Это приводит к его выходу из внетрубного в затрубное пространство. В результате этого раствор перенаправляется в двигатель.

Читать еще:  Чем можно мыть двигатель своими руками

При уменьшении скорости воздушного потока, пружина приводит к вращению поршня клапана. Он выставляется в положение «открыто», что приводит к открыванию перепускного отверстия.

Для того чтобы избежать возможности попадания твердых частиц, которые находятся в затрубном пространстве, необходимо установить переходник с клапаном максимально близко к мотору.

Забойный двигатель имеет также возможность функционировать без клапана. Но этот вариант значительно понижает эффективность работы оборудования.

Турбинные и турбинно-винтовые забойные двигатели

Отличительной особенностью забойных двигателей турбинного типа заключается в том, что их конструкция включает в себя турбины.

Такие двигатели могут быть выполнены в нескольких вариантах:

  • цельнолитые металлические;
  • составные металлические с точным литьем;
  • составные пластмассовые, представляют комплект ступицы из металла и проточной части из пластмассы.

Современные технологии позволяют разрабатывать и внедрять в производство новые модели турбинных забойных двигателей.

Для выполнения процесса бурения скважин на большой глубине, используются турбовинтовые забойные двигатели. При помощи использования оборудования данного типа можно выполнять бурение скважин в двух направлениях: вертикальном и наклонном.

Кроме этого, турбинно-винтовые двигатели успешно используются и в качестве забойного привода или двигателя-отклонителя.

Гидравлические забойные двигатели

Гидравлические забойные двигатели применяются при необходимости выполнения бурения скважин или капитальном ремонте нефтяных скважин. Они также используются в горной промышленности.

Конструкция гидравлического забойного двигателя состоит из статора с выходными и входными каналами, а также лопастями поворотного типа. Его полость имеет элипсообразное поперечное сечение.

Забойные двигатели гидравлического типа отличаются высокий уровень надежности и рабочего ресурса. Это стало возможным в результате их упрощенной конструкции.

Стоит также возможность простоту процесса их обслуживания, который можно выполнять непосредственно на месте работы оборудования.

Специалисты работают над повышением уровня надежности данного типа оборудования при его работе с растворами, в состав которых включены абразивные частицы. Это является слабой стороной гидравлических забойных двигателей.

Забойный двигатель Д 105

Забойный двигатель Д 105 – это одна из моделей гидравлического (винтового) забойного двигателя, который часто применяется для выполнения бурения скважин на большой глубине в вертикальном или горизонтальном направлении.

Довольно активно данная модель используется при необходимости выполнения процесса выбуривания песчаных пробок или отложения солей.

Его диаметр достигает 106 мм, а диаметр долот, которые используются для его работы, колеблется в пределах 120 – 151 мм. На холостых оборотах выходной вал вращается со скоростью в пределах 192 – 313 оборотов за 1 минуту.

Основные области применения забойного двигателя Д 105 – нефтегазовая и нефтедобывающая отрасли.

Где купить забойные двигатели

Забойные двигатели можно купить, как через посредников, так и в компаниях, которые непосредственно занимаются их производством.

В первом случае не избежать довольно внушительной переплаты, так как каждый из посредников делает наценку стоимости оборудования от цены производителя.

Второй вариант наиболее выгоден. Подобным образом, можно приобрести забойные двигатели по реально низкой цене.

Есть также возможность купить оборудование данного типа не новое, а бывшее в употреблении. Но при этом не исключена возможность того, что двигатели прослужат короткий промежуток времени.

Производители и поставщики забойных двигателей

В стране немало компаний, которые специализируются на производстве и поставке забойных буровых двигателей.

Среди известных организаций можно назвать следующие:

  1. «Завод Уралнефтемаш» известен не только на территории нашей страны, но и в странах СНГ. Основное направление деятельности компании заключается в выпуске буровых установок, винтовых забойных двигателей, а также запчастей и комплектующих к ним. Каждое наименование выпускаемой заводом продукции, отличается высоким качеством.
  2. ООО «БурТехРесурс» специализируется на выпуске нефтепромышленного оборудования, а также систем, предназначенных для очистки буровых растворов от сторонних фракций. Среди клиентов компании не только отечественные, но и зарубежные предприятия.

Это только некоторые компании, которые занимаются поставкой и производством забойных буровых двигателей.

Забойные двигатели на выставке

На выставке «Нефтегаз» будут представлены современные модели разных типов забойных двигателей от отечественных и зарубежных производителей. Участие в выставке ведущих нефтегазовых компаний, производителей оборудования и правительственных представителей говорит об особом статусе мероприятия.

Посетители выставки «Нефтегаз» могут ознакомиться и с другим оборудованием, предназначенным для добычи, транспортировки и переработки углеводородов, в том числе забойные двигатели. В рамках выставки проходят тематические конференции, семинары и деловые встречи.

ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение относится к буровой технике, а именно к винтовым забойным двигателям. Винтовой забойный двигатель для бурения скважин содержит шпиндель, в вал которого ввинчен породоразрушающий инструмент, карданный вал, регулятор угла изгиба двигателя, рабочий орган, состоящий из ротора и статора, причем статор состоит из цилиндрической металлической гильзы и снабжен внутри гильзы эластичной обкладкой с внутренними винтовыми зубьями для взаимодействия с ротором, размещенным внутри статора и снабженным наружными винтовыми зубьями, количество которых на единицу меньше числа зубьев статора. Эластичная обкладка статора выполнена из полиуретановой композиции Уникспур 2B092S с твердостью от 92 единиц по Шору А до 75 единиц по Шору Д, с условной прочностью при разрыве 50 МПа, с относительным удлинением при разрыве от 450% до 700%, с истираемостью 20-25 м 3 /тДж, обеспечивающей длительную устойчивую работу двигателя в буровом растворе при температуре до 120°С. Обеспечивается повышение энергетических характеристик, ресурса и надежности двигателя при увеличении крутящего момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности. 2 ил.

Винтовой забойный двигатель для бурения скважин, содержащий шпиндель, в вал которого ввинчивается породоразрушающий инструмент, карданный вал, регулятор угла изгиба двигателя, рабочий орган, состоящий из ротора и статора, причем статор состоит из цилиндрической металлической гильзы, снабженный внутри гильзы эластичной обкладкой с внутренними винтовыми зубьями для взаимодействия с ротором, размещенным внутри статора и снабженным наружными винтовыми зубьями, количество которых на единицу меньше числа зубьев статора, отличающийся тем, что эластичная обкладка статора выполнена из полиуретановой композиции Уникспур 2B092S с твердостью от 92 единиц по Шору А до 75 единиц по Шору Д, с условной прочностью при разрыве 50 МПа, с относительным удлинением при разрыве от 450% до 700%, с истираемостью 20-25 м 3 /тДж, обеспечивающей длительную устойчивую работу двигателя в буровом растворе при температуре до 120°С.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к винтовым забойным двигателям (ВЗД), предназначенным для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин.

Известен винтовой забойный двигатель (Pat. №3112801 USA Clark W. Well drilling apparatus. 1963), представляющий собой обращенный винтовой насос Муано (R. Moineau), включающий рабочий орган (в дальнейшем «РО») «статор-ротор» (статор с металлическим трубчатым корпусом и резиновой внутренней его обкладкой с двухзаходной внутренней резьбой; металлический ротор, размещенный внутри статора, с однозаходной наружной резьбой, причем резьбы ротора и статора образуют замкнутые камеры, число которых равно числу витков резьбы ротора), карданный вал и шпиндель с осевыми и радиальными опорами. По сравнению с другими забойными двигателями этот двигатель позволял более оперативно управлять траекторией скважины,

Недостатком данного забойного двигателя является высокая скорость вращения вала и недостаточный крутящий момент, что не позволяло обеспечить большую проходку на каждое долото.

Известен другой винтовой двигатель (Авт. св. №237596 СССР Забойный винтовой гидравлический двигатель. Гусман М.Т., Никомаров С.С. и др. 1966 г.), в котором ротор выполнен многозаходным, причем число зубьев ротора на единицу меньше, чем у статора. В этом устройстве, работающем как двигатель с зубчатой передачей, кратно увеличился передаваемый крутящий момент и снизилась скорость вращения. Показатели бурения (проходка на долото и рейсовая скорость, учитывающая затраты времени на спуско-подъемные операции для замены изношенных долот) значительно увеличились. Однако прогресс в технике и технологии бурения(особенно в создании новых моментоемких долот) показал, что жесткость и прочность зубьев резиновой обкладки статоров в новых условиях уже недостаточны. Конфигурация резиновой обкладки, характеризующаяся многократной разницей толщины резины на выступах и впадинах зубьев, при повышенных перепадах давлений на зубе, характерных для новой технологии бурения, приводит к деформации резинового зуба, нарушению герметичности в зацеплении РО, снижению крутящего момента и скорости бурения скважин. Для снижения напряжений увеличивают длину статора, что приводит к повышению материалоемкости, трудоемкости изготовления, но не всегда позволяет получить нужный результат.

Читать еще:  Газель плохо заводится на прогретом двигателе

Прогресс в совершенствовании технологии и техники бурения показал необходимость дальнейшего совершенствования ВЗД, в частности, направленного на увеличение жесткости и прочности зубьев резиновой обкладки статоров.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является ВЗД, описанный в монографии Д.Ф. Балденко и др. «Одновинтовые гидравлические машины» том 2 «Винтовые забойные двигатели» стр. 67-68, М. 2007 г. В этом известном двигателе для повышения жесткости зубьев статора на внутренней поверхности остова выполнены внутренние металлические зубья, на которые наносится эластичная обкладка с расчетным профилем зуба. Металлическая часть зуба позволяет значительно уменьшить толщину резиновой обкладки, что увеличивает жесткость зуба, уменьшает деформацию и разогрев резины, позволяет передавать на долото более высокий крутящий момент. Изготовление внутреннего металлического зуба в длинномерных остовах статоров осуществляется различными методами: радиальной ковкой остова, элекроэррозией, изготовлением металлических вкладышей с внутренним зубом, закрепляемых в остове сваркой или другими способами. Это повышает параметры характеристики ВЗД, но такие двигатели имеют и свои недостатки. Одним из недостатков является высокая стоимость рабочего органа «ротор-статор» (как минимум, вдвое дороже обычных РО одинаковых размеров) из-за больших затрат на изготовление внутреннего металлического зуба. Другим недостатком является то, что увеличение параметров характеристики и стоимости рабочего органа не обеспечивает сохранения необходимой долговечности двигателя из-за ухудшения условий крепления резины к сложной зубчатой поверхности остова. При использовании металлических вкладышей с внутренним зубом усложняется процесс сборки статора, имеются случаи отказов по причине ненадежного крепления вкладышей в остове статора.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение энергетических характеристик, ресурса и надежности винтового забойного двигателя при увеличении крутящего момента силы на выходном валу в режиме максимальной мощности.

Для достижения указанного результата в предлагаемом изобретении эластичная обкладка статора ВЗД выполнена из полиуретановой композиции Уникспур 2B092S, компоненты которой придают эластику ряд необходимых физико-механических свойств, практически недостижимых для резин. В частности, высокую твердость (от 92 единиц по Шору А до 75 по Шору Д; твердость резин, используемых в ВЗД, составляет 71-77 единиц по Шору А) в сочетании с эластичностью (повышенное относительное удлинение при разрыве до 700%, у наиболее эластичных резин 250-400%), высокую прочность при разрыве (50 Мпа, у резин 20-25 Мпа), минимальную истираемость (20-25 м 3 /тДж, у резин 30-60), а также способность работать в гидроабразивной среде в присутствии неконцентрированных растворов солей, кислот, щелочей и нефтепродуктов. Температура, при которой длительно сохраняется работоспособность композиции, достигает 120°C. Ввиду того, что твердость полиуретановой композиции Уникспур 2B092S значительно выше, чем у резин, используемых в ВЗД, обеспечивается более высокая, чем у резинового зуба, и не менее, чем у профилированного, жесткость зуба. Поэтому отпадает необходимость в использовании внутреннего металлического зуба статора, что позволяет при высоких значениях параметров характеристик полиуретановой композиции Уникспур 2B092S получить надежную и долговечную, с высокими техническими характеристиками, сравнительно простую и технологичную в изготовлении конструкцию статора (а, следовательно, и всего двигателя), значительно снизить себестоимость и повысить эффективность применения ВЗД.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами:

На фиг. 1 — показан продольный разрез винтового забойного двигателя.

На фиг. 2 — показан продольный разрез рабочего органа.

Винтовой забойный двигатель, включает шпиндель 1, в вал которого ввинчивается породоразрушающий инструмент (долото, на чертеже не показано), вал карданный 2 и регулятор 3 угла изгиба двигателя, а также рабочий орган 4 двигателя. Статор, состоит из металлической гильзы 5 с цилиндрической внутренней поверхностью, а также скрепленную с этой поверхностью эластичную обкладку 6, с внутренней многозаходной винтовой поверхностью, выполненной из полиуретановой композиции Уникспур 2B092S (ТУ2292-013-55180710-2009), обладающей всеми указанными выше свойствами по твердости, эластичности, прочности, минимальной истираемости и работоспособной в химически агрессивной жидкости, в статоре расположен многозаходный винтовой ротор 7, число заходов которого на единицу меньше, чем в обкладке 6 статора.

Нанесение полиуретановой композиции Уникспур 2B092S на внутреннюю поверхность остова статора осуществляется аналогично нанесению резиновой обкладки, за некоторыми исключениями. Используется специальный клей (на основе адгезива «Силбонд»), который наносится на внутреннюю обезжиренную поверхность гильзы. В гильзу 5 вводится сердечник (как и при запрессовке сырой резины, на чертежах не показан), имеющий на наружной поверхности винтовую нарезку, формирующую будущую форму винтовой поверхности обкладки 6, Сердечник центрируется в гильзе по его концам специальными втулками. Для заливки полиуретановой композиции Уникспур 2B092S не требуется мощного прессового оборудования, т.к. заливаемая полиуретановая композиция представляет собой жидкость с невысокой вязкостью. После полимеризации эластомера сердечник извлекается, а эластомер продолжает упрочняться при определенных температурных условиях.

Работа винтового двигателя со статором с полиуретановой обкладкой (5, 6) осуществляется, как и в прототипе, в комплекте с ротором 7, карданным валом 2 и шпинделем 1. При подаче жидкости ротор 7 приводится в сложное планетарное вращение, которое передается на вал шпинделя 1 и долото. С увеличением нагрузки на долото увеличивается крутящий момент, повышается давление прокачиваемой жидкости, возрастают нагрузки на зубья ротора 7 и статора 6. Зуб статора, выполненный из полиуретановой композиции Уникспур 2B092S, благодаря другому химическому составу и температурной стойкости по сравнению с резиной и другими полиуретановыми композициями позволяет передать повышенный крутящий момент за счет увеличения осевой нагрузки, что обеспечивает повышение показателей бурения. Прочностные характеристики полиуретановой композиции способствуют повышению температурной стойкости, долговечности и надежности двигателя, и обладают работоспособностью в химически агрессивной жидкости позволяют работать в гидроабразивной среде в присутствии растворов солей, кислот, щелочей и нефтепродуктов.

ООО «Гидробур-сервис» совместно с НПП «Уником-Сервис», изготовлена партия двигателей диаметром 106 мм с внутренней многозаходной винтовой поверхностью, выполненной из полиуретановой композиции Уникспур 2B092S (Unikspur 2B092S) (ТУ2292-013-55180710 -2009), обладающей всеми указанными выше свойствами по твердости, эластичности, прочности, минимальной истираемости и работоспособнсти в химически агрессивной жидкости.

Промышленная партия предлагаемых двигателей успешно прошла стендовые испытания, показав более высокие, по сравнению с другими двигателями тех же размеров, характеристики: высокий крутящий момент на выходном валу, более устойчивую скорость вращения, повышенная химическая стойкость, высокий КПД. В настоящее время двигатели этой партии работают на месторождениях Урало-Поволжья и в Западной Сибири с высокими показателями бурения. Изобретение позволяет повысить долговечность и надежность двигателя при снижении материалоемкости, трудоемкости изготовления и себестоимости.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector