CC BY
158
Технология разведки и разработки полезных ископаемых
УДК 622.276:622.24
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ВИНТОВЫХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
1 2 В.Г. Заливин , А.А. Суренков
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Дан обзор современного состояния исследований отечественных винтовых забойных двигателей и их классификация в сравнении с винтовыми забойными двигателями зарубежного производства. Выявлены проблемные моменты, рассмотрены перспективы развития и модернизации основных типов двигателей.
Библиогр. 2 назв. Ил. 9.
Ключевые слова: винтовые забойные двигатели; классификация; модернизация; типы; сравнения; проблемы.
CURRENT STATE AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT OF DOMESTIC DOWNHOLE DRILLING MOTORS V.G. Zalivin, A.A. Surenkov
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The paper reviews the current state of researches of domestic downhole screw motors and their classification as compared with foreign downhole drilling motors. Problem issues are identified. Development and modernization prospects of the main types of motors are considered.
2 sources. 9 figures.
Key words: downhole drilling motors (downhole screw motors); classification; modernization; types; comparisons; problems.
Начиная с 1940-х годов в СССР помимо ротора основным техническим средством для бурения нефтяных и газовых скважин являлся многоступенчатый турбобур.
Благодаря широкому распространению турбинного способа бурения были достигнуты высокие темпы роста добычи нефти и газа. Однако с увеличением средних глубин скважин и по мере совершенствования породоразрушаю-щего инструмента в отечественной нефтяной промышленности с каждым годом росла тенденция отставания тех-
нико-экономических показателей бурения. Так, в 1981-1982 гг. средняя проходка за долбление в США составила 350 м, в то время как в СССР этот показатель не превышал 90 м.
Перед специалистами в нашей стране встал вопрос о создании погружной техники для низкооборотного бурения. За многие годы государственной поддержки турбинного бурения техника роторного бурения существенно отстала от мирового уровня, не имелось бурильных труб и буровых установок высокого технического уровня.
:Заливин Владимир Григорьевич, кандидат технических наук, доцент, тел.: (3952) 405278, 89041402749, e-mail: [email protected]
Zalivin Vladimir, Candidate of technical sciences, Associate Professor, tel.: (3952) 405278, 89041402749, e-mail: [email protected]
Суренков Александр, аспирант, тел.: (3952) 405278, 89041402749, e-mail: [email protected] Surenkov Aleksandr., Postgraduate, tel.: (3952) 405278, 89041402749, e-mail: [email protected]
Таким образом, определился доминирующий способ бурения на базе низкооборотных забойных двигателей.
Решение проблемы создания забойного гидравлического двигателя с характеристиками, отвечающими требованиям новых конструкций долот, было найдено в переходе от динамических машин, какими являются турбобуры, к объемным.
Первым работоспособным, нашедшим промышленное применение оказался гидродвигатель, представляющий собой обращенный насос Муано, относящийся к планетарно-роторному типу гидромашин.
Работы по созданию опытных образцов винтовых забойных двигателей (ВЗД) начались в США и СССР в середине 1960-х годов.
Американские специалисты фирмы «Smith Tool» разработали ВЗД (РДМ-positive displacement motors) для наклонно-направленного бурения как альтернативу турбобурам.
Многолетние поисковые научно-исследовательские работы во ВНИИБТ по совершенствованию забойных гидравлических двигателей привели в 1966 г. к появлению предложенного М.Т. Гусманом, С.С. Никомаровым, Н.Д. Деркачем, Ю.В. Захаровым и В.Н. Меньшениным нового типа ВЗД, рабочие органы которого впервые в мировой практике выполнены на базе многоза-ходного винтового героторного механизма, выполняющего функцию планетарного редуктора.
В последующие годы во ВНИИБТ и его Пермском филиале Д.Ф. Бал-денко, Ю.В. Вадецким, М.Т. Гусманом, Ю.В. Захаровым, А.М. Кочневым, С.С. Никомаровым и другими исследователями были созданы основы теории рабочего процесса, конструирования и технологии изготовления, разработана технология бурения винтовыми двигателями.
В ходе разработки и усовершенствования отечественных ВЗД было по
лучено более 120 авторских свидетельств и патентов, 18 из которых запатентованы в промышленно-развитых странах.
За тридцать пять лет существования ВЗД прошли эволюционный путь развития, превратившись в эффективное техническое средство для бурения и ремонта нефтяных и газовых скважин. Объемы бурения в России с применением ВЗД постоянно растут, и в настоящее время удельный вес проходки с применением ВЗД в основных регионах находится в пределах 40-80%. На рис. 1 представлено соотношение объемов проходки различными способами бурения нефтяных и газовых скважин в СССР и России согласно публикации с экстраполяцией за последние годы. Такое широкое распространение ВЗД получили, в частности, в связи с развитием бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин, а также бурения боковых стволов. Кроме того, ВЗД практически осуществляются все буровые работы в капитальном и подземном ремонте скважин. Успешное продвижение двигателей, в наибольшей степени отвечающих требованиям современного породораз-рушающего инструмента и технологии бурения, связано, прежде всего, с их уникальными техническими и энергетическими характеристиками (большой удельный момент М/Ь, жесткая зависимость М-п).
До середины 1990-х годов отечественные ВЗД изготавливались в Пермском филиале ВНИИБТ, а также на Кунгурском и Павловском машзаводах по технической документации, разработанной Пермским филиалом и лабораторией винтовых забойных двигателей ВНИИБТ. В 2003 г. на базе Пермского филиала ВНИИБТ было создано предприятие ООО «ВНИИБТ - Буровой инструмент», в которое вошел и Павловский машзавод.
В настоящее время основными изготовителями российских ВЗД являются
Рогори.1й способ
Ударный способ
Электробур
Турбобур
—I-1-1-■-1—
1930 1940 1950
1-1-5-!-1-I-1-!-!-Е- -
1965 1970 1990 2000 2010
Объёмы применения, годы
Рис. 1. Динамика изменения объемов бурения в России и СССР
1910
1920
ООО «ВНИИБТ - Буровой инструмент», ООО «Радиус-Сервис», ОАО «Пермьнефтемашремонт» и ОАО «Кун-гурский машиностроительный завод». Сегодня эти предприятия изготавливают, продают и сдают в аренду около 150 типоразмеров ВЗД диаметром от 43 до 240 мм. Парк ВЗД позволяет удовлетворять самые разнообразные технологические задачам, решаемым буровиками и эксплуатационниками в ходе бурения и ремонта скважин.
Классификация винтовых забойных двигателей по применению предложена Д.Ф. Балденко, Ф.Д. Балденко и А.Н. Гноевых по 17 признакам: по кратности действия рабочих органов; кинематике рабочих органов; конструктивной компоновке; конструкции силовой секции; характеру распределения потока рабочей жидкости; конструкции ротора рабочих органов; конструкции узла соединения ротора и вала шпинделя; конструкции шпинделя; конструкции вала шпинделя; типу осевой опоры в шпинделе; конструкции уплотнения вала шпинделя; назначению; наружному диаметру; термостойкости; частоте вращения выходного вала; типу механизма искривления; роду рабочего агента; типу зацепления профилей рабочих органов.
На сегодняшний день различают 7
классификаций:
1. Двигатели общего назначения: для бурения вертикальных скважин.
2. Секционные винтовые забойные гидравлические двигатели.
3. Двигатели для ремонта скважин и бурения дополнительных стволов.
4. Двигатели для прокладки подземных коммуникаций и специфических технологий (например, для бурения на колтюбинге).
5. Двигатели для отбора керна.
6. Турбовинтовые двигатели.
7. Двигатели с разделённым потоком.
1. Выпускаемые в России ВЗД общего назначения выполняются по единой схеме, имеющей неподвижный статор и вращающийся ротор, соединяемые со шпинделем, охватывают диапазон диаметров корпуса от 127 до 240 мм и 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 горногеологических условиях разрезов нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений. Подразделяются на шифры типов: Д, Д0, Д1, Д2, Д3, Д4, Д5. ВЗД типа Д приведён на рис. 2.
п
<
Рис. 2. Винтовой забойный двигатель типа Д:
1, 6 - переводник соединительный; 2 - статор; 3 - ротор; 4 - торсион; 5 - шпиндель
2. Для бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважин существуют модификации в диаметральном габарите от 95 до 172 мм. Они имеют различные конструкции механизмов искривления корпуса и шпинделей. Общий вид винтового забойного двигателя представлен на рис. 3.
3. Многообразие технологических задач привело к созданию гаммы типоразмеров машин этого класса в диаметральном габарите от 43 до 127 мм. Эти двигатели повсеместно используются как при разбуривании цементных и песчаных пробок, для райбирова-ния и фрезерования эксплуатационных колонн, так и при бурении боковых стволов. Разделение: Д, Д1, ДГ, ДК, ДО, ДО1, ДР, ДГР, ВЗД Д2-195-полый ротор.
4. ВЗД для отбора керна типа ГДК (ВНИИБТ) предназначены для бурения в глубоких нефтяных и газовых скважинах различного назначения. Двигатель для отбора керна конструкции ВНИИБТ представлен на рис. 4.
рабочая пара
5. Турбинно-винтовые забойные двигатели (ТВЗД) предназначены для бурения глубоких вертикальных и наклонно-направленных скважин различного назначения. Представляют собой универсальный ЗД, содержащий турбинную секцию, винтовой модуль, шпиндель. Турбинно-винтовой двигатель типа ТВД представлен на рис. 5.
6. Винтовые забойные двигатели с разделенным потоком (рис. 6) предназначены для бурения вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин различного назначения с промывкой буровым раствором на водной основе плотностью до 1300 кг/м3 в условиях температуры до 100°С. Отличительной особенностью этих двигателей является то, что в них соединение полого ротора с валом шпинделя осуществляется через торсион, размещенный внутри ротора. Ротор изготавливается из трубной заготовки методом фрезерования или еще более перспективным методом штамповки из тонкостенной трубы.
регулируемой
Рис. 3. Общий вид винтового забойного двигателя:
1 - осевой подшипник; 2 - твердосплавная радиальная опора; 3 - центратор;
4 - противоаварийный бурт
Рис. 4. Двигатель для отбора керна конструкции ВНИИБТ:
1 - бурильная труба; 2, 11 - подшипники; 3, 8, 10 - каналы для прохождения жидкости; 4, 9 - гибкие трубы; 5 - керноотборная труба; 6 - наружный рабочий орган; 7 -внутренний рабочий орган; 12 - центратор наружный; 13 - бурильная головка
ДЗШ1--
Т
Т
НЕ
гот—
ШI
т
------
у
Рис. 5. Турбо-винтовой забойный двигатель типа ТВД:
1 - шпиндель; 2 - турбинная секция; 3 - винтовой модуль
Рис. 6. Винтовой забойный двигатель типа Д2-195 с полым ротором
Модернизация винтовых забойных двигателей. Отечественные производители в последние годы проводят систематическую работу по модернизации и усовершенствованию конструкций ВЗД. ООО «ВНИИБТ - Буровой инструмент», обладая мощной научно-исследовательской, проектно-
конструкторской и технологической базами, а также уникальными производственными мощностями, позволяющими производить продукцию на уровне
мировых аналогов, провело большую работу по унификации ВЗД и совершенствованию узлов и деталей:
• унифицированы присоединительные размеры шпинделей с различными конструкциями осевых и радиальных опор;
• введены противоаварийные бурты для исключения «полета» на забой частей ВЗД при его разрушении;
• по согласованию с заказчиком применяются радиальные опоры со
сплошным и сегментным твердосплавными покрытиями, а также сменные корпусные центраторы;
• двигатели, предназначенные для привода моментоемких долот, оснащаются шарнирным соединением повышенной надежности или титановым торсионом;
• в ряде типоразмеров ВЗД используются новые конструкции резьбовых соединений;
• разработаны и внедрены новые технологии поверхностного упрочнения роторов (твердым блестящим хромом с толщиной 0,2-0,25 мм по вершинам зубьев и твердым сплавом на основе карбидо-вольфрама и карбидо-кобальта).
Новые конструкции резьбовых соединений характеризуются повышенными моментами свинчивания и прочностью соединения, что обеспечивает надежную работу двигателей в условиях бурения с вращением колонны бурильных труб. Например, в двигателе диаметром 240 мм новая резьба РКТ 210х6,35х1:12 по сравнению с базовой резьбой РКТ 218х6,35х1:16 обеспечивает более чем 4-кратное увеличение усталостной прочности резьбового соединения.
Совершенствования рабочих органов. На всех этапах разработки двигателей особое внимание уделялось вопросу совершенствования рабочих органов (РО). Благодаря проведенному в ООО «ВНИИБТ - Буровой инструмент» и на других предприятиях техническому перевооружению был сделан прорыв в создании этого важнейшего узла. Сейчас претворяются в жизнь инновационные проекты совершенствования РО, которые осуществляются по следующим направлениям:
1. Увеличение длины рабочих органов позволяет значительно снизить уровень контактных нагрузок в зацеплении, уменьшить интенсивность их износа и предотвратить преждевременное разрушение резиновых зубьев из-за повышенных деформаций и разогрева рези-
ны. Повышение ресурса за счет увеличения длины рабочих органов объясняется также возможностью их наработки до больших величин зазоров в зацеплении статор-ротор 0,5 мм и более. Оснащение производственной базы современным специализированным технологическим оборудованием (зуборезными и полировальными станками фирмы «^ет§аг1;пег», Австрия, и специализированной литьевой машиной фирмы «Бевша», Германия) позволило изготавливать монолитные детали РО длиной более 5000 мм. Динамика достигнутых длин статоров иллюстрируется на рис. 7. При этом применяемое оборудование позволяет изготавливать рабочие пары с длиной активной части до 8000 мм. Проведено обновление парка оборудования статорного производства. При этом применяемое оборудование позволяет изготавливать рабочие пары с длиной активной части до 8000 мм. Освоены в серийном производстве новые технологии: подготовки поверхности статора к заливке резины, вулканизации резины в растворе полимера.
2. Уменьшение массы ротора. Традиционные конструкции ВЗД (отечественных и зарубежных) имеют металлический ротор и резинометалличе-ский статор (рис. 8). Роторы малогабаритных двигателей (диаметром 43-76 мм) изготавливаются, как правило, из круга металла и не имеют отверстия (см. рис. 8, а), роторы крупногабаритных ВЗД изготавливаются из трубной заготовки или проката с последующим сверлением отверстия (см. рис. 8, б). Последние имеют большую массу, что при высокой частоте переносного вращения приводит к возникновению значительной центробежной силы и созданию интенсивных поперечных вибраций, отрицательно влияющих на долговечность статора и других узлов двигателя. Для ВЗД диаметром 106 мм и длиной ротора 3500 мм инерционные нагрузки от вращения ротора составляют: для цельного ротора (рис. 8, а) -2500 Н, для полого (рис. 8, б) - 1400 Н
6000 5000
зооо 2000
1400
п III
1-Э6-В 1475 1301 1939 2002 2 □ ОЗ 2011 ГОДЫ
Рис. 7. Динамика роста длины Ь активной части рабочих органов ВЗД диаметром 172-178 мм по годам
для тонкостенного (рис. 8, в) - 900 Н. Для уменьшения влияния инерционных поперечных нагрузок на компоновку двигателя ротор необходимо выполнять максимально облегченным. Наиболее рациональным конструктивным решением является применение гидроштампованных роторов, технологию изготовления которых освоил ООО
«ВНИИБТ - Буровой инструмент».
Рис. 8. Поперечные сечения рабочих органов ВЗД (варианты исполнения):
1 - ротор; 2 - корпус статора; 3 - резиновая обкладка; 4 - литой (кованый) вкладыш; 5 - тонкостенная винтовая оболочка
3. Статоры с равномерной толщиной эластичной обкладки. Оснащение двигателей статорами с равномерной толщиной эластичной обкладки (профилированными или армированными статорами), несмотря на определенные дополнительные затраты на изготовление, превращает ВЗД в классическую объемную гидравлическую машину, у которой развиваемый крутящий момент практически не зависит от рас-
хода подаваемой жидкости, а частота вращения, в свою очередь, - от развиваемого момента. Помимо преимуществ, характерных для ВЗД с удлиненными статорами, профилированные статоры при сравнении РО одинаковой длины обеспечивают повышенный крутящий момент, увеличение КПД и еще два важных преимущества - увеличение ресурса и термостойкости (вследствие снижения деформации эластичной обкладки и улучшения теплоотвода).
Исследованиями и изготовлением таких статоров занимается ряд российских организаций: ООО «ВНИИБТ -Буровой инструмент», ОАО «Пермь-нефтемашремонт», ООО «Радиус-сервис», ООО «Гидробурсервис», ОАО
«ПКНМ». Отечественные производители разработали несколько оригинальных способов изготовления корпуса статора с внутренними винтовыми зубьями для последующего обрезинива-ния:
• электрохимическое выжигание внутренней поверхности металлической заготовки или ковка трубной металлической заготовки на винтовом сердечнике (см. рис. 8, г);
• литье металла в полость между корпусом и винтовым сердечником (см. рис. 8, д);
• установка в цилиндрический корпус: набора металлических пластин или сегментов с вырезанным профилем, литого или кованого вкладыша с внутренней винтовой поверхностью (см. рис. 8, д);
• установка в корпус статора тонкостенной стальной винтовой оболочки с различными вариантами заполнения зазора между корпусом статора и поверхностью винтовой оболочки (см. рис. 8, е).
Стендовые испытания секции рабочих органов диаметром 95 мм конструкции ООО «ВНИИБТ - Буровой инструмент» со статором, армированным тонкостенной стальной винтовой оболочкой, полученной методом гидроштамповки (см. рис. 8, е), длиной 2600 мм с кинематическим соотношением 5:6 показали, что новые секции рабочих органов имеют повышенные энергетические характеристики по сравнению с серийными секциями рабочих органов длиной 3000 мм, увеличенный на 40% крутящий момент в режиме максимального КПД, более «жесткую» нагрузочную характеристику и увеличенный КПД (на 10%). Таким образом, улучшение энергетических характеристик ВЗД позволит с большей эффективностью использовать современные моментоемкие долота.
Преимущества ВЗД, оснащенных армированными статорами, иллюстрируются на рис. 9.
Комплектация двигателей рабочими органами с различными кинематическими отношениями винтовых ге-роторных механизмов. Для расширения
эксплуатационных возможностей, определяемых технологией бурения, характеристиками разбуриваемых пород и используемых долот, в двигателях могут применяться рабочие органы с различным кинематическим отношением (число зубьев ротора и статора) и осевым шагом зубьев рабочих органов. Основное преимущество таких ВЗД - возможность в производственных условиях собирать двигатели с различной частотой вращения (табл. 1).
Освоение серийного производства рассмотренных выше конструкций рабочих органов ВЗД расширило области применения и технологические возможности двигателей, позволило им, в частности, превратиться в основной привод долот типа РБС.
Другие направления совершенствования винтовых забойных двигателей. Выбор эластомера для обкладки статоров. Многие годы для изготовления статоров отечественных винтовых забойных двигателей использовалась резина ИРП-1226 производства Чайковского завода резинотехнических деталей (ЧЗРТД) и Соликамского завода «Урал». Эта резина имела твердость 7680 усл. ед. по Шору А, усталостную выносливость при знакопеременном изгибе 100 тыс. циклов и физико-механические свойства, обеспечивающие требуемые в те годы энергетичес-
Н кВт
ТВ \ 66 ■ 42 -2В -
и.
кпд.« 80 -
18 -
36 -24 -
11 . й -
РМПа
п. об/с 75
л <ПП
р
>
/ N N
/ ч \
> ✓ \
1
г, /
1/
М
1Л
1,5
2,0
2.5
ТГ
И
И
-КГИ
М.кН*и
О 0.5 1,0 1,5 2,В 2_5
6
Рис. 9. Энергетические характеристики секций рабочих органов диаметром 95 мм (0=10 л/с): а - стандартной с длиной зацепления 3000 мм; б - с армированным статором с длиной
зацепления 2600 мм
Таблица 1
Зависимость частоты вращения ВЗД от кинематического отношения рабочих органов
Днаметр ВЗД, расход жидкости Кинематическое отношение РО частота вращения п, об/мин.
D= 172 мм Q = 38 л-'с 7/8 170 5/6 260 4/5 294
D = 127 мм Q = 20 л-'с 7/8 160 6/7 310 5/6 340
D = 95 мм Q = 10 л-'с 6/7 170 4/5 300 3/4 650
частности с целью улучшения триболо-гической обстановки в винтовом геро-
кие характеристики ВЗД.
Освоение технологии заливки длинномерных статоров показало, что
резина ИРП-1226 производства Чайков ского завода резинотехнических деталей (ЧРТД) и Соликамского завода «Урал» не может быть использована на машине «Desmа» из-за высокой вязкости и недостаточного времени подвул-канизации. В настоящее время заводы-изготовители используют резину фирмы «Крайбург» (Германия). В то же время продолжаются поиски импортозаменя-ющих отечественных резин, в частности по техническому заданию ООО «ВНИИБТ - Буровой инструмент» предприятие ООО «Югспецполимеры» (г. Волгоград) разработало резину ИРП-1226АК.
Следует отметить, что разработка новых эластомеров проводится недостаточно продуктивно. Перспективные области применения ВЗД (скважины с забойной температурой 150 и более градусов, бурение скважин на депрессии и с использованием углеводородных растворов) предопределяют необходимость разработки новых эластомеров.
Оптимизация геометрических и конструктивных параметров рабочих органов. Несмотря на выполненный отечественными специалистами комплекс теоретических и исследовательских работ по оптимизации и конструкции РО, имеются большие резервы дальнейшего совершенствования, в
торном механизме и оптимизации его пространственной геометрии.
Отечественные винтовые двигатели и прогресс буровой техники. Анализ тенденции развития техники и технологии бурения нефтяных и газовых скважин показывает, что в ближайшем будущем отечественные ВЗД останутся одними из приоритетных технических средств в России и странах СНГ. Область применения ВЗД будет постоянно расширяться, прежде всего, в бурении наклонно-направленных, горизонтальных и горизонтально-разветвленных скважин, а также в капитальном ремонте.
Разработанные в России много-заходные винтовые забойные двигатели внесли значительный вклад в научно-технический прогресс отрасли и подтвердили высокий уровень отечественной буровой науки и техники и приоритет в области конструирования забойных двигателей. Это подтверждается:
• продажей в 1980-е годы лицензий на право производства отечественных винтовых двигателей английской фирме «БгПех», которая впоследствии превратилась в ведущую транснациональную компанию;
• взятием на вооружение зарубежными машиностроительными компаниями схемы многозаходного винтового двигателя после окончания действия российских патентов в середине 1990-х годов.
Кроме того, необходимо отметить, что НИОКР в области многозаходных винтовых двигателей привели к появлению новых перспективных направлений буровой и нефтепромысловой техники с использованием многозаходных винтовых механизмов.
На базе многозаходного винтового механизма на стадии разработки или внедрения в России находятся:
• в бурении: турбовинтовые двигатели, двигатели-вращатели низа бурильной колонны, нагружатели породо-разрушающего инструмента;
• в нефтедобыче: скважинные трубные и сбрасываемые винтовые насосы (с поверхностным и погружным электроприводом), скважинные винтовые насосные агрегаты с погружным винтовым гидроприводом, наземные мультифазные и буровые насосы.
Конструкции ВЗД:
1. Гнутый винтовый забойный двигатель - структурное сгибание под углом на корпусе направляющего вала винтового забойного двигателя для отклонения с разными кривинами. Имеется корпус отдельного гнутья и двойного гнутья.
2. Винтовый забойный двигатель с регулируемым углом - для разных коэффициентов отклонения гнутых винтовых забойных двигателей можно регулировать углы перегиба винтового забойного двигателя.
3. Удлиненный винтовый забойный двигатель - на основе обычного винтового забойного двигателя повышен класс мотора для увеличения крутящего момента винтового забойного двигателя с целью ускорения разбивания долотом пород.
4. Пустотелый винтовый забойный двигатель - для большого расхода выбуренных пород при бурении применяется пустотелый ротор с твердой легированной форсункой, таким образом, увеличен входной расход и повышен водяной привод долота.
5. Винтовый забойный двигатель с высоким отклонением - оригинальное
проектирование, кратчайшая длина, точка изгибания ближе к долоту, коэффициент отклонения >1°/т.
6. Винтовый забойный двигатель для стойкого к насыщенному соляному раствору глинистого раствора - для долговременной работы винтового забойного двигателя в насыщенном соляном растворе применяется специальное покрытие, антикоррозийное и износостойкое.
7. Высокотемпературный винто-вый забойный двигатель - для повышения стойкости резины статора винтового забойного двигателя к высокой температуре, для удовлетворения требований к бурению при высоких температурах в градиентных зонах высокой температуры земли, в глубоких скважинах, в сверхглубоких скважинах применяется качественная и жаростойкая резина для изготовления статора мотора, стойкость мотора к высокой температуре повышается до 160°С.
8. Уплотнительный винтовый забойный двигатель с приводным валом -изменить обычный приводной вал с глинистым раствором для смазывания в уплотнительный приводной вал с маслом для смазывания, улучшить рабочие условия упорного и радиального подшипников, удлинить срок полезной службы цельного винтового забойного двигателя.
Преимущества отечественных ВЗД над ВЗД импортного производителя:
1. Общая конструктивная схема для всех габаритов (секция рабочих органов, шпиндель, соединительный узел).
2. Унификация конструкций двигателя позволяет подбирать секции рабочих органов, шпинделя и соединительный узел с учётом условий бурения, что повышает надёжность и долговечность эксплуатации оборудования, а также способствует существенному снижению номенклатуры ЗИП на складе.
3. Двигатель комплектуется секциями рабочих органов с различной за-
ходностью, что позволяет работать в различных диапазонах частот вращения выходного вала, использовать любые типы современных высокоэффективных долот.
4. Новые усиленные корпусные резьбы имеют повышенный момент свинчивания, увеличенную усталостную выносливость и снижают вероятность поломки или отворота резьбового соединения.
5. В конструкции двигателя применяется уникальный запатентованный осевой подшипник, обеспечивающий повышение грузоподъёмности на 30% по сравнению с серийными аналогами. Это даёт возможность производить бурение с повышенной осевой нагрузкой на долото, гарантирующей более производительную работу.
6. Использование двух противо-аварийных узлов исключает возможность оставления в забое скважины деталей двигателя в случае поломки, снижает временные и финансовые затраты на устранение аварии.
7. ВЗД для работы на соленасы-щенных растворах, для работы при температуре до +130°С. Выпуск секций рабочих органов с роторами, упрочненными твердосплавным покрытием.
Проблемы винтовых забойных двигателей. В результате многолетнего опыта бурения с использованием ВЗД сложился комплекс технических требований к современному забойному двигателю.
1. Характеристики двигателя должны обеспечивать:
-высокий уровень крутящего момента (3 кН м и более) для долот диаметрами 215-243 мм;
-частоту вращения выходного вала в диапазоне 100-200 мин-1 для шарошечных долот и 500-800 мин-1 для алмазных долот;
-высокий КПД двигателя для эффективного использования гидравлической мощности насосов;
-пропорциональную зависимость между расходом бурового раствора и
частотой вращения, а также между крутящим моментом и перепадом давления в целях эффективного управления рел-симом бурения.
2. Рабочие элементы и другие узлы двигателя должны быть выполнены в износо- и термостойком исполнении, обеспечивающем использование бурового раствора любой плотности и вязкости, в том числе с содержанием тампонирующих материалов.
3. Конструктивная компоновка двигателя и проектные запасы прочности его узлов должны обеспечивать: стойкость двигателя, достаточную для стабильной работы с современными шарошечными и алмазными долотами; возможность искривления корпуса двигателя при наклонно-направленном бурении; возможность установки на корпусе двигателя опорно-центрирующих элементов при проводке наклонно-направленных и горизонтальных скважин.
4. Диаметральные и осевые размеры двигателя должны обеспечивать:
-проведение буровых работ долотами разного диаметра, включая малогабаритные; эффективную проводку наклонно-направленных и горизонтальных скважин;
-использование стандартного ло-вильного инструмента.
Анализ конструкций и характеристик забойных гидравлических двигателей различного типа показывает, что ни один из них не отвечает в полной мере всем перечисленным требованиям; в большей степени указанным требованиям соответствуют ВЗД с многозаход-ными рабочими элементами.
Энергетическая характеристика односекционного ВЗД ухудшается по мере износа рабочих винтовых пар, при зазоре в них выше 1.0 мм применение становится нецелесообразным.
Библиографический список
1. Бурение и нефть. 2010. № 3. http://burneft.ru/archive/issues/2010-03
2. Муравенко В. А., Муравенко А. Д., ханизмы. М. - Ижевск, 2002. Т. 1. 520 Муравенко В.А. Буровые машины и ме- с.; Т.2. 464 с.
Рецензент кандидат технических наук, доцент Иркутского государственного технического университета П. С. Пушмин
