CC BY
23УДК 621.651.694
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ РОТОРА ВИНТОВОГО ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ
ANALYSIS OF RESULTS OF STUDY OF WEAR RESISTANCE OF THE SCREW DOWNHOLE MOTOR ROTOR
М. В. Двойников, И. М. Ковенский, А. В. Ошибков, С. А. Фролов
M. V. Dvoinikov, I. M. Kovenski, A. V. Oshibkov, S. A. Frolov
Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень
Ключевые слова: винтовой забойный двигатель, ротор, износостойкость, конструкционные материалы Key words: screw downhole motor, rotor, wear resistance, constructional materials
На протяжении последних 30-40 лет винтовой забойный двигатель (ВЗД), являющийся средством создания и передачи крутящего момента долоту, остается основным устройством, обеспечивающим высокоскоростное и низкоаварийное бурение скважин. Его использование позволяет осуществлять проводку скважин различной глубины с разными типами профиля, широким диапазоном изменения вида и свойств промывочных жидкостей, параметров режима бурения (нагрузка на долото, расход жидкости и т. д.), а также с применением разных конструкций и типоразмеров породоразрушающего инструмента.
На состояние и механическое разрушение рабочих органов двигателя, например статора, остов которого выполнен из эластичного материала, оказывают существенное воздействие термобарические условия эксплуатации с учетом реологических параметров бурового раствора. При этом интенсивный износ ротора связан прежде всего с низким качеством очистки бурового раствора, в котором содержание песка или другого абразивного материала составляет более 1 %.
Для оценки износостойкости двигателя были проведены исследования изменения диаметральных размеров рабочих органов в зависимости от времени эксплуатации ВЗД в скважине. Были исследованы 30 двигателей, отработавших в скважи-
86
Нефть и газ
№ 5 2014
не от 20 до 100 часов в равнозначных условиях (глубина скважины, геологические условия, параметры бурения и бурового раствора). Для нового двигателя ДГР-195
принималось: коэффициент натяга С§ = 0,10; эксцентриситет е в пределах 4,5 мм;
диаметр ротора по вершинам зубьев df = 125,54 мм; диаметр эластомера статора по впадинам йс= 134,76 мм; диаметральный натяг 3 = 0,47 мм. На рис. 1 представлена зависимость изменения параметров рабочих органов (РО) от времени отработки двигателя в условиях скважины.
Рис. 1. Зависимость изменения параметров РО от времени эксплуатации ДГР-195 в скважине
Результаты показывают, что средний диаметр ротора по вершинам зубьев после отработки двигателя в скважине в течение 20 часов снизился с 125,55 до 125,52 мм, а диаметр статора по впадинам увеличился с 134,75 до 135,49 мм, при этом средний диаметральный натяг уменьшился с 0,47 до 0,44 мм. Диаметральный натяг в паре ротор — статор после отработки двигателя в скважине в течение 40 часов составил 0,38 мм; 60 — 0,32 мм; 80 — 0,28 мм; 100 — 0,25 мм. Средний диаметр ротора по вершинам зубьев после отработки двигателя в скважине в течение 100 ч снизился с 125,55 до 125,40 мм, а диаметр эластомера статора увеличился с 134,76 до 137,25 мм. Износ ротора составляет не более 0,15 мм. Установлено, что износ РО через 100 часов работы составляет 45 %, из них 33 % (наиболее интенсивный износ резинового эластомера статора) приходится на первые 60-80 ч работы двигателя в скважине [1].
Интенсивный износ обусловлен прочностными характеристиками взаимодействующих поверхностей РО (резина — сталь), повышенным начальным диаметральным натягом, а также высокими гидромеханическими сопротивлениями в рабочих органах при приработке (обкатке) поверхностей винтового механизма, вызванными действием радиальных сил.
Необходимо отметить, что небольшой износ ротора (не более 0,2 до 0,4 мм), представленный в виде общей потери наружного диаметра или повреждений местного значения — царапин, порезов и выбоин поверхностного хромированного слоя, в свою очередь, снижает ресурс и энергетические характеристики ВЗД, а
№ 5, 2014
Нефть и газ
87
также приводит к невозможности комплектации пары ротор — статор двигателя в случае применения данного изношенного ротора в качестве элемента РО с новым статором. На рис. 2 а, б показаны дефекты статора и ротора изношенных РО двигателя.
Рис. 2 . Статор и ротор изношенных РО двигателя: а — дефекты эластичной обкладки статора; б— дефекты стального ротора
Высокая стоимость производства новых роторов винтовых забойных двигателей с учетом изложенных выше результатов обусловливает целесообразность нанесения на поверхность ротора защитных, упрочняющих покрытий с использованием инновационных технологических методов и конструкционных материалов. Данная научно-исследовательская, опытно-конструкторская и технологическая работа выполняется в Тюменском государственном нефтегазовом университете в рамках договора при финансовой поддержке работ по проекту Министерства образования и науки Российской Федерации.
Список литераторы
1. Двойников М. В. Технология бурения нефтяных и газовых скважин модернизированными винтовыми забойными двигателями. Дисс. доктора техн. наук. 2011. - С. 140-145.
Сведения об авторах
Двойников Михаил Владимирович, д. т. н., главный научный сотрудник, Экспериментальный завод буровой техники Тюменского государственного нефтегазового университета, г. Тюмень, тел. 8(922) 4715684, e-mail: [email protected]
Ковенский Илья Моисеевич, д. т. н., профессор, заведующий кафедрой «Материаловедение и технология конструкционных материалов», Тюменский государственный нефтегазовый университет, г. Тюмень, тел. 8(3452)256947, e-mail: [email protected]
Ошибков Александр Валерьевич, директор, экспериментальный завод буровой техники Тюменского государственного нефтегазового университета, г. Тюмень, тел. 8(932)3211256, e-mail: oshibkov@mail. ru
Фролов Сергей Андреевич, заместитель директора по производству, экспериментальный завод буровой техники Тюменского государственного нефтегазового университета, г. Тюмень, тел. 8 (906) 8203000, e-mail: frolov_72@inbox. ru
Dvoinikov M. V., Doctor of Engineering, chief scientific worker, Experimental plant of drilling technique of Tyumen State Oil and Gas University, phone: 8(922) 4715684, e-mail: [email protected]
Kovenski I. M., Doctor of Engineering, professor, head of the chair «Material science and technology of constructional materials», Tyumen State Oil and Gas University, phone: 8 (3452) 256947, e-mail: [email protected]
Oshibkov A. V., Director of Experimental plant of drilling technique of Tyumen State Oil and Gas University, phone: 8(932)3211256, e-mail: [email protected]
Frolov S. A., Deputy Director for production, Experimental plant of drilling technique of Tyumen State Oil and Gas University, phone: 8 (906) 8203000, e-mail: frolov_72@inbox. ru
а
б
88
Нефть и газ
№ 5 2014
