Винтовой забойный двигатель

Винтовой забойный двигательВпервые Винтовой забойный двигатель (с однодолевой конфигурацией 1:2) был разработан и применен компанией Dyna-drill. С тех пор технология двигателей прошла долгий путь. Мы рассмотрим сначала принцип работы всех моторов, источником энергии которых является поток буровой жидкости. Позже мы сравним различные типы двигателей. Любой забойный двигатель состоит из четырех основных частей :

1. Узел перепускного клапана
2. Секция преобразования энергии потока раствора
3. Узел соединения вала двигателя с валом шпинделя
4. Подшипники и узел приводного вала

Узел перепускного клапана позволяет наполнять колонну или опорожнять ее при спускоподъемных операциях. При установке на минимальную скорость потока, поршень клапана придавливается в низ, перекрывая выход в затрубное пространство. (см. рис.). Это приводит к тому, что раствор направляется в мотор. Когда скорость потока становится меньше этой минимальной величины, то пружина возвращает поршень клапана в положение “ открыто “, открывая перепускное отверстие. Во избежание попадания твердой фазы из затрубного пространства (особенно в песчаных формациях), переводник с клапаном устанавливается на столько близко к двигателю, на сколько это возможно.

Сам по себе двигатель может работать и без этого клапана. Его можно устанавливать с помощью переводника с тем же размером соединений, что и у двигателя, с полностью закрытым перепускным отверстием. Однако белее предпочтительным является применение клапана, т. к. он позволяет наполняться колонне во время спуска и “ осушаться” во время подъема.

Винтовой забойный двигатель

Рисунок 2

Секция преобразования энергии потока раствора.

Винтовой забойный двигатель – обратный по своему действию насосу Мойни. Жидкость прокачивается через протяженные кривые поверхности. Сила движения жидкости заставляет вал вращаться внутри статора (рис. 2). Сила вращения затем передается через шарнир к приводному валу и, далее, к долоту.

Хромированный ротор имеет спирально-винтовую форму. Стальной корпус статора изнутри покрыт сложным резиновым эластомером. В этом покрытии имеются спиралеобразные углубления. Эти углубления на статоре подогнаны под выемки ротора, но количество их на одну единицу больше чем на роторе. Ротор вставляется во внутрь статора и при сборке они образуют протяженное уплотнение вдоль точек контакта. На рис. 4 приведен пример конфигурации ротор/статор 1:2 и 5:6.

Винтовой забойный двигатель

 

Рисунок 3

Винтовой забойный двигатель

 

Рисунок 4

Винтовой забойный двигатель

Каждая полная спираль статора называется ступенью. Даже незначительная разница между наружным диаметром ротора и внутренним диаметром статора влияет на мощность двигателя. Эти двигатели делятся на низкоскоростные, среднескоростные и высокоскоростные типы. Скоростные параметры можно менять изменением числа “гребней” ротора, их “покатости” и, соответственно выемок статора. На рис. 5 приведены образцы используемых на практике профилей двигателей.

Чем больше “гребней “, тем выше крутящий момент и ниже выходная скорость вращения. Анадриллом производятся как моторы 1:2, так и многогребневые. Их применяют для решения различных задач. Секцию преобразования энергии бурового раствора часто называют винтовой парой.

Узел шарнира (соединительная тяга). Этот узел соединяется с нижней частью ротора и передает крутящий момент и скорость вращения с ротора на приводной вал и долото. Универсальные соединения преобразуют эксцентричное движение ротора в концентричное движение приводного вала. На некоторых моделях двигателей подвижные соединения закрывают защитным резиновым покрытием. Это предотвращает их эрозию от бурового раствора.

Подшипники и узел приводного вала. Приводной вал является стальным, пустотелым, жестким элементом. Он крепится в обоймах радиальных и осевых опорных подшипников. Наибольшая часть жидкости течет прямо через центр вала к долоту. Обычный ВЗД содержит следующие подшипниковые узлы :

а. верхние опорные подшипники противостоят гидравлической нагрузке, весу ротора, шатуна, приводного вала и долота, когда двигатель находится в подвешенном состоянии (не упирается в дно забоя). Обычно они бывают шариковые.

Винтовой забойный двигатель

 

 

Рисунок 5

b. радиальные подшипники – втулочного типа, применяются как в верхней, так и в нижней части. Радиальные подшипники двигателей, выпускаемые Анадриллом, представляют собой втулки с покрытием из карбида вольфрама. Они обеспечивают удержание вала в радиальном направлении. Они так же регулируют поток раствора через подшипниковый узел, отклоняя часть потока (обычно 4-5 %) на охлаждение и смазку вала, радиальных и опорных подшипников и выводя эту часть прямо в затрубное пространство выше переводника долото / вал. Количество этой части раствора определяется условиями смазки и охлаждения подшипников и потерей давления на долоте.

Закрытые, смазывающиеся маслом, подшипники являются альтернативой втулочным. Закрытые подшипники можно рекомендовать использовать в тех случаях, когда применяется раствор, вызывающий коррозию, когда в растворе содержится значительное количество твердых частиц и по условиям необходимости уменьшения потери давления на долоте.

Винтовой забойный двигатель

с. нижние опорные подшипники передают нагрузку от не вращающегося корпуса двигателя на вращающееся долото. Эти подшипники воспринимают нагрузку при бурении. Они могут быть как шариковые (Анадрилл), так и алмазными подшипниками скольжения (Dyna – drill F2000S).

Вращающийся переводник долота – единственная наружняя движущаяся часть двигателя. Он имеет соединения в соответствии со стандартами соединений долот API.

В некоторых конструкциях двигателей предусматривается установка предохраняющего переводника между корпусом статора и перепускным клапаном в целях предохранения резьбы дорогого корпуса мотора.

Замечание : Все соединения корпусов (за исключением тех, которые находятся над перепускным клапаном) рассоединять и соединять в условиях буровой не допускается. Это должно делаться на базе с правильным крутящим моментом. Как было сказано выше, перепускной клапан не влияет на работу мотора. В некоторых случаях допускается замена перепускного клапана или, при наличии подходящего перепускного переводника, можно обойтись без перепускного клапана. Подъемный переводник нужно применять только при подъеме и укладке.

0

Добавить комментарий

Войти с помощью: