Энергетические характеристики винтового забойного двигателя
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.
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.
Энергетические характеристики винтового забойного двигателя
“ВЕСТНИК Ассоциации Буровых Подрядчиков” №2 за 2010 год.
ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИДРОШТАМПОВАННЫХ ОБЛЕГЧЕННЫХ РОТОРОВ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВИНТОВЫХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Голдобин Дмитрий Анатольевич – ведущий инженер ООО «ВНИИБТ – Буровой инструмент», dgoldobin@integra.ru
Коротаев Юрий Арсеньевич – главный научный сотрудник ООО «ВНИИБТ – Буровой инструмент», e-mail:ykorotaev@integra.ru
Фуфачев Олег Игоревич – младший научный сотрудник ООО «ВНИИБТ – Буровой инструмент», ofufachev@integra.ru
УДК 622.24; 622.276:658.58
Ключевые слова: винтовой забойный двигатель, облегченный ротор, пресс-штамп, профиль зубьев, точность, энергетические характеристики.
Описана конструкция пресс-штампа для гидроштамповки стальных длинномерных тонкостенных винтовых оболочек для изготовления роторов винтовых забойных двигателей (ВЗД). Показано, что точность профиля зубьев роторов оказывает существенное влияние на показатели энергетических характеристик ВЗД. Установлены факторы, влияющие на точность профиля зубьев оболочек, усовершенствована технология их изготовления, проведены стендовые и промысловые испытания ВЗД с гидроштампованными облегченными роторами.
IMPROVING THE ACCURACY OF HYDRAULIC FORGING OF LIGHT WEIGHT ROTORS AND OUTPUT PERFORMANCE OF DOWNHOLE SCREW MOTORS
Dmitry A. Goldobin – lead engineer, LLC “VNIIBT-Burovoy Instrument”, dgoldobin@integra.ru
Yury A. Korotaev – chief research officer, LLC “VNIIBT-Burovoy Instrument”, ykorotaev@integra.ru
Oleg I. Fufachev – junior research officer, LLC “VNIIBT-Burovoy Instrument”, ofufachev@integra.ru
Key words: downhole screw motor, light weight rotor, forging press, tooth profile, accuracy, output performance.
The article provides design details of a forging press for manufacturing of long-length thin-walled screw-type steel lining of rotors of screw downhole motors. It is shown that the accuracy of rotor tooth profile has a significant effect on output performance of screw downhole motors. Factors are described that influence the accuracy of tooth profile, the details of improved manufacturing technology and results of field tests of screw downhole motors with light weight rotors are provided.
Энергетические характеристики винтового забойного двигателя
Сулейманов А.Б., Мамедов К.К., Байрамов Э.М. (Гипроморнефтегаз)
Парафиноотложения в скважинах морских месторождений и способы борьбы с ними
Алмаев Р.Х., Штангеев А.Л., Максимова Т.Н,, Давлятов Ф.Д., Андреева А.А., Гришова Р.С. (БашНИПИнефть)
Адсорбция реагента ОП-10 в условиях Арланского месторождения
Коновалов Е.А. («Ленанефтегазгеология»)
Эффективность комплексного применения химических реагентов при разведочном бурении
| Транспорт и подготовка нефти |
Жазыков К.Т., Бисенова Т.М. (Ин-т химии и природных солей АН КазССР)
Депарафинизация нефтей центрифугированием
| Бурение скважин |
Матвеенко Л.М., Аливердизаде Т.К., Сулейманов Э.М. (АзНИПИнефть)
Влияние надежности разделительных пробок на качество цементирования
Курочкин Б.М. (ВНИИБТ), Коваленко Н.Г. («Татнефтегазразведка»), Булатов А.А., Зиннатуллин Н.Х. (КХТИ)
Оптимизация ввода наполнителей при ликвидации поглощений
Мариампольский Н.А., Рябова Л.И., Новохатская И.Д., Гагай Г.И. (ВНИИКРнефть)
Применение комплексонов в качестве ингибиторов коррозии
Ильин А.Н. (ПечорНИПИнефть), Гаджиев Н.С. («Коминефть»)
Унификация эксплуатационных обсадных колонн
Бобров М.Г., Кочнев А.М. (Пермский фил. ВНИИБТ)
Результаты исследований энергетической характеристики винтового забойного двигателя Д1-195
| Экология |
Булатов А.И., Рябченко В.И., Шеметов В.Ю. (ВНИИКРнефть)
Булатов Анатолий Иванович (1931-2016). Доктор технических наук, профессор, лауреат премии Совета Министров СССР, крупный ученый в области технологий строительства скважин.
Актуальные проблемы охраны окружающей среды при бурении скважин
| Из истории развития нефтяной промышленности |
Будков А.Д., Будков Л.А.
К 70-летию национализации нефтяной промышленности
| Информация |
О повышении эффективности использования трудовых ресурсов
Новости, факты, события
Проблемы разработки низкопродуктивных залежей с высоким газосодержанием (по материалам выездного заседания секции НТС Миннефтепрома СССР в г. Тюмени в марте 1988 г.)
| Рациональное использование нефтяного газа |
Волков Н.П. (Миннефтепром СССР)
Выбор оптимального варианта размещения объектов газопереработки
| Добыча нефти |
Френкель М.Б. (Машиностроительный завод им. л-та Шмидта)
О причинах отказов задвижек фонтанных арматур при эксплуатации
Дзюбенко А.И., Южанинов П.М. (ПермНИПИнефть)
Как повысить эффективность мероприятий по повышению производительности скважин
Однорог Д.С., Ван Н.Д., Перевалов В.Г. (ВНИИ)
Подбор добавок, предотвращающих набухание пластовых глин
Перспективы развития термошахтной добычи нефти в КомиАССР
Горовов В.И., Распопов А.В., Шустеф И.Н. (ПермНИПИнефть)
Приближенный метод расчета показателей разработки месторождений
Пронченко Г.А. (ТомскНИПИнефть)
Экспресс-метод определения минерализации и плотности пластовых вод
О ходе технического перевооружения отрасли
Гунька Н.Н. (НГДУ «Долинанефтегаз»), Бучковская М.И. (ЦНИЛ ПО «Укрнефть»)
Интенсификация выработки запасов многопластовых нефтяных залежей с неоднородными коллекторами
Волков В.А. (Гипровостокнефть)
Эффективность вытеснения остаточной нефти поверхностно-активными полимерсодержащими составами
Винтовые забойные двигатели (ВЗД)
Общество специализируется на изготовлении и поставке Винтовых Забойных Двигателей всех габаритов, запасных частях к ним, а также запасных частей Винтовых Забойных Двигателей любой марки, по техническому заданию заказчика. Общество принимает заказы на ремонт ВЗД с полной дефектоскопией и сборкой с запасными частями из наличия, исходя из собственного большого склада. Срок ремонта забойного двигателя 1 рабочий день, что позволяет нашему заказчику получить в короткие сроки работоспособный двигатель.
РАДИАЛЬНЫЕ ОПОРЫ
Наша компания предоставляет возможность поставки твердосплавной опоры любой конфигурации по вашему техническому заданию. Мы имеем большой опыт нарезки различных резьб. То есть изготавливаем радиальную твердосплавную опору «под ключ».
Твердосплавные радиальные опоры изготавливаются методом спекания твердосплавных вставок в износостойкой матрице с высокой теплопроводностью, что исключает перегревание опоры и ее растрескивание при высоких скоростях бурения.
Наши преимущества: Наилучшие цены на твердосплавные опоры, сжатые сроки поставки, собственная логистика, ВЭД.
Клиент получает возможность приобрести твердосплавную опору от 1 шт, не зависит от скачков валюты, не выделяет ресурсы на внешне-экономическую деятельность. Все это мы сделаем за Вас.
На основании проведенных промысловых испытаний, ресурс данной опоры позволяет работать забойному двигателю до 400 часов, после чего ВЗД с данной опорой рекомендуется проверить на наличие допустимого радиального люфта.
________________________________________________________________________________
ПОДШИПНИКИ
ООО «КРАФТ-НЕФТЕСЕРВИС» осуществит оптимальный подбор подшипника для любых ВЗД, в том числе зарубежного, согласно Вашего технического задания.
Поставляемый упорно-радиальный подшипник изготовлен из стали 55СМ5ФА, термообработанной соответствующим образом.
Подшипник выдерживает высокие осевые нагрузки (от 8-35 тонн) при бурении, имеет предельно допустимую частоту вращения 1800 об/мин.
Ресурс подшипника рассчитан до 400 часов работы двигателя, в зависимости от применяемых нагрузок на двигатель и состава бурового раствора.
Поставляемый нами подшипник адаптирован к современным условиям бурения наклонно-направленных скважин, способен противостоять значительным ударным и вибрационным нагрузкам, что достигается правильным балансом между обоймой и шариком.
Данный подшипник доказал свое преимущество на современном рынке.
МУФТА ЗУБЧАТАЯ
имеет оптимальную конструкцию отработки в условиях наклонно-направленного бурения.
Изготовлена из стали 40ХН2МА с выявлением необходимых механических свойств муфта зубчатая имеет оптимальный ресурс до замены.
Муфта имеет усиленную пяту, где происходит непосредственное касание ВЗД со стенкой скважины.
КАРДАННЫЙ ВАЛ ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Имеет уникальную конструкцию для передачи высоких крутящих моментов и осевых усилий. На данную конструкцию получен патент. Предлагая к использования карданный вал нашего производства мы изучаем энергетические характеристики двигательной секции ВЗД, полученные на стендовых испытаниях.
Для изготовления деталей используются высокопрочные стали и эластомеры. Полости трущихся деталей заполнены специальной смазкой, что исключает перегрев и преждевременный выход из строя конструкции.
Кроме того Карданные валы производства КРАФТ-НЕФТЕСЕРВИС получают упрочнение, в качестве ионно-вакуумного азотирования, в целях исключения преждевременного износа лунок шаров.
Загрузка...
