Изучение особенностей технологии бурения винтовыми забойными двигателями

1.

Изучение особенностей
технологии бурения
винтовыми забойными
двигателями
Практическое занятие 5(10)
(6-й семестр) 21.02.02

2.

Вопросы, по ранее пройденному материалу:
1. Какой параметр режима бурения играет решающую
роль при турбинном бурении.
2. Назовите параметры режима бурения.
3. При турбинном бурении в мягких породах необходимо
выбрать тип бурового долота – лопастное или
шарошечное с гидромониторными насадками.
4. Расход бурового раствора увеличился в два раза. Как
изменится частота вращения?
5. Назовите основную формулу буровика.
6. Какое количество типовых схем противовыбросового
оборудования Вы знаете?
7. Назовите формулу для определения длины окружности.
8. Назовите единицы измерения силы (веса), давления,
плотности, объема.

3.

Рис. 3.17. Поперечное сечение рабочих органов винтового двигателя: 1 –
статор, 2 – ротор.
• Ось
статор
а
• Ось
ротор
а

4.

Правила эксплуатации винтобуров
Винтовой двигатель потребляет столько энергии,
сколько требуется в данный момент времени для
вращения породоразрушающего инструмента
(турбобур постоянно потребляет большое количество
энергии в т.ч. и при холостом режиме).
ВЗД относится к энергосберегающим агрегатам,
его потребление состоит из двух составляющих:
- а) затраты энергии внутри ВЗД – постоянная
величина.
- в) переменные затраты зависящие от условий
бурения, они возникают только при контакте долота
с горной породой, и зависят от момента на долоте.

5.

Правила эксплуатации винтобуров
В связи с этим, самым важным условием
стабильности работы ВЗД является условие
постоянство момента на долоте. Быстрое
повышение момента на долоте (при резком
увеличении осевой нагрузки, или др.сл.)
приводит к остановке вала двигателя по причине
отсутствия необходимого количества
гидравлической энергии над ВЗД. Двигатель
останавливается не по причине малой мощности,
а по причине «энергетического голода».
Забойный двигатель это только преобразователь
гидравлической энергии в механическую.

6.

Правила эксплуатации винтобуров
Залог успешной работы:
Иметь качественное, работоспособное очистное
оборудование, соответствующее условиям бурения
данной скважины. Мерники должны быть чистыми, и
обязательно оборудованы рабочими перемешивателями.
Насосная группа должна обеспечивать необходимое
давление и расход промывочной жидкости.
Так как для корректной работы ВЗД требуется
контроль параметров бурения, БУ должна быть
оборудована всем необходимым спектром КИП.
При отрицательной температуре должна быть
предусмотрена возможность отогрева ВЗД.
Рекомендуется использовать автомат подачи долота,
стараясь поддерживать постоянное рабочее давление,
путем изменения осевой нагрузки.

7.

Правила эксплуатации винтобуров
Для успешного выполнения буровых работ при
строительстве скважин и формирования качественного
ствола с экономией времени и средств необходимо при
выборе режимов бурения постоянно помнить о четырёх
важных параметрах:
Максимально допустимая осевая нагрузка ограничивается
значением, приведенным в паспортах на гидравлические
забойные двигатели и в паспортах производителей долот
(максимальное значение осевой нагрузки долота сопоставляется
минимальному значению частоты вращения).
Дифференциальный перепад давления ΔР. Не все
производители ВЗД в документации приводят рекомендации по
данному параметру (мы рекомендуем 30-35атм., но только в
случае не превышения всех З-х остальных допустимых
параметров).

8.

Правила эксплуатации винтобуров
Для успешного выполнения буровых работ при
строительстве скважин и формирования качественного ствола с
экономией времени и средств необходимо при выборе режимов
бурения постоянно помнить о четырёх важных параметрах:
Темп роста давления при бурении следует ограничивать (не
более З атм/с) для повышения стабильности работы ВЗД, это не
связано с мощностью двигателя. Требование связано со спецификой
преобразования гидравлической энергии в механическую во всех
гидравлических двигателях объемного типа (гидростатического
действия). Не все производители ВЗД информируют потребителя о
данной специфике.
Скорость подачи инструмента в обязательном порядке
необходимо привязывать к частоте вращения долота, не превышать
максимально допустимого значения (допустимое значение для
существующих методов бурения должно быть всегда меньше
150м/ч).

9.

Правила эксплуатации винтобуров
Особенности бурения винтовыми забойными
двигателями. При спуске двигателя в скважину за 10...
15 м от забоя следует включить буровой насос и
промыть призабойную зону скважины при работающем
двигателе. Незапуск двигателя фиксируется по
резкому подъему давления на выкиде насосов. В
этом случае следует запускать двигатель с вращением
бурильной колонны ротором при одновременном
прокачивании жидкости. Запуск двигателя ударами о
забой не допускается. Во избежание левого вращения
инструмента под действием реактивного момента
двигателя ведущую трубу фиксируют от
проворачивания в роторе с помощью клиньев.

10.

Особенности эксплуатации винтобуров
По своим энергетическим характеристикам винтовые
двигатели позволяют создавать на долоте высокие осевые
нагрузки (двигатель типа Д-195 — до 250... 300 кН,
двигатель Д-88 — до 30 кН), однако приработку нового
долота в течение 10... 15 мин необходимо проводить при
пониженных осевых нагрузках.
При выборе типа долота предпочтение следует
отдавать низкооборотным долотам с маслонаполненной
опорой, а также гидромониторным долотам, так как
сниженный по сравнению с турбобурами перепад
давления в винтовом двигателе создает резерв мощности
на выкиде насосов. Тип вооружения долота выбирают в
соответствии с твердостью и абразивностью проходимых
пород.

11.

Правила эксплуатации винтобуров
При выборе рациональных параметров
режима бурения винтовым забойным двигателем
необходимо учитывать особенности его
характеристик: пропорциональность частоты
вращения расходу бурового раствора;
сравнительно «жесткую» скоростную
характеристику под нагрузкой (в зоне устойчивой
работы двигателя от режима холостого хода до
режима максимальной мощности частота
вращения уменьшается на 15... 20 %)\ линейную
зависимость перепада давления на двигателе
от момента на долоте.

12.

Правила эксплуатации винтобуров
При бурении винтовым забойным двигателем буровой
инструмент необходимо подавать плавно, без рывков.
Периодически инструмент следует проворачивать. Расход
промывочной жидкости при этом выбирают исходя из
условий необходимой очистки забоя. По мере износа
рабочей пары двигателя для сохранения его рабочей
характеристики целесообразно увеличить расход
промывочной жидкости на 20...25 % от начальной величины.
Для предотвращения зашламления двигателя перед
наращиванием инструмента или подъемом его для замены
долота необходимо промыть скважину в призабойной зоне,
затем приподнять инструмент над забоем на 10... 12 м и
только после этого остановить насосы и открыть пусковую
задвижку.

13.

Винтобур
Power section
транформирует
гидравлическую энергию
раствора в механическую
энергию в форме
вращательного момента на
долоте
Состоит из спирального
ротора и статора
Заходность ротора на 1
меньше, чем статора

14.

Винтобур
Рабочая секция

15.

Шпиндельная часть
Смазывание и охлаждение
буровым раствором
Смазываются маслом

16.

Правила эксплуатации винтобуров
Подшипники и трансмиссия
Усовершенствованные
подшипники с угловым контактом
• улучшается передача нагрузки
• нагрузка на долото на 40 %
больше
Результат:
• высокая производительность
• высокие мех.скорости
• высокая надежность
Обойма подшипника с угловым
контактом

17.

Правила эксплуатации винтобуров
Какая деталь наиболее слабое место в ВЗД?
Резина подвергается высоким механическим
нагрузкам, усталость, несовместимостью
буровых растворов
( содержание твердой части, химический
состав) и высокие температуры
Что бы увеличить жизнь статора надо
уменьшить давление сжатия, избегать
торможения из-за перегрузок, использовать
требуемый натяг, применять эластомер для
работы с любыми буровыми жидкостями

18.

Правила эксплуатации винтобуров
Утолщенная стенка трубы статора

19.

Правила эксплуатации винтобуров
Мотор, как персональный
автомобиль. Чем больше
о нем знаешь, тем дольше
он прослужит.

20.

ООО «ВНИИБТ-Буровой инструмент»
разработано и изготавливается
более 100 конструкций ВЗД диаметром от
42 до 240 мм
Для бурения вертикальных, наклоннонаправленных и горизонтальных нефтяных
и газовых скважин
Для капитального ремонта скважин
Для бурения боковых стволов
Для бурения с применением колтюбинга
Для прокладки подземных коммуникаций
Для специфических технологии

21.

Основные направления
совершенствования ВЗД
1
Повышение качества продукции
2
Создание новых и совершенствование старых конструкций ВЗД
3
Совершенствование технологии изготовления. Внедрение
новых технологий.
4
Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы

22.

Основная цель конструктивного
совершенствования ВЗД – это обеспечение
разнообразных требований заказчика
оптимальной номенклатурой ВЗД
Унификация ВЗД
Внедрение типовой конструктивной схемы ВЗД
Применение высокопрочных резьбовых соединений ВЗД
Применение в ВЗД противоаварийных узлов
Оптимизация энергетических характеристик секций рабочих органов для бурения
различными типами долот
Комплектация ВЗД переливными клапанами

23.

Схема унифицированного ВЗД
Соединительный переводник
Прямой
вариант ВЗД
Регулируемый переводник
Секция шпиндельная
Секция рабочих органов
Жесткий переводникотклонитель
Вариант ВЗД с
фиксированным
углом
искривления
Вариант ВЗД с
регулируемым
углом
искривления

24.

Типовая конструктивная схема ВЗД
Осевой подшипник повышенной грузоподъемности
запатентованной конструкции
Применение осевого подшипника такого типа в ВЗД
ДР3-127.78.26 позволило производить бурение в ООО
«БурКан» с осевой нагрузкой на долото до 14 тонн
(допустимая осевая нагрузка на серийные выпускаемые
ВЗД Д1-127 - 10 тонн). Время бурения до плановой
ревизии составило 100 часов. Осевой люфт подшипника
составил 3 мм. Все детали шпиндельной секции в
норме.

25.

Типовая конструктивная схема ВЗД
Оптимальное расположение
твердосплавных радиальных опор
Нижняя радиальная опора, совмещенная с ниппелем, расположена максимально
близко к долоту. Эта схема позволяет снизить радиальные нагрузки, и,
следовательно увеличивает срок службы радиальных опор.

26.

Типовая конструктивная схема ВЗД
Все двигатели, имеющие секцию рабочих органов
повышенной мощности, оснащаются маслонаполненным
двухшарнирным карданным соединением
Это позволяет снизить нагрузки на секцию рабочих органов, что
способствует увеличению долговечности двигателя в целом

27.

Применение высокопрочных резьбовых
соединений ВЗД
С появлением технологии бурения с одновременным вращением колонны
бурильных труб, применяемые, разработанные 30 лет назад, корпусные
резьбовые соединения ВЗД и турбобуров перестали соответствовать современным
требованиям по прочности
Разработанные в ООО «ВНИИБТ-БИ» корпусные резьбовые соединения ВЗД под
технологию бурения с одновременным вращением колонны бурильных труб,
имеют повышенный момент свинчивания и увеличенную усталостную
выносливость.

28.

Применение высокопрочных резьбовых
соединений ВЗД
Расчетные поля
напряжений в базовом
резьбовом соединении
Расчетные поля
напряжений в
разработанном
резьбовом соединении

29.

Применение высокопрочных резьбовых
соединений ВЗД
Сравнительные испытания резьбовых соединений ВЗД Ø240 проведенные в
лаборатории резьбовых соединений ОАО НПО «Буровая техника»
Типоразмер
резьбового
соединения
Момент
свинчивания,
кНхм
Количество циклов
нагружения изгибающим
моментом 70 кНхм до слома
образца
РКТ 218х6,35х1:16
(базовая)
32-34
323.827
РКТ 210х6,35х1:12
(разработанная)
73-75
1.238.621

30.

Применение в ВЗД противоаварийных
узлов
В новых конструкциях ВЗД применяется два противоаварийных
узла. Нижний узел исключает оставление на забое деталей ВЗД
в случае слома вала шпиндельной секции, торсиона
шарнирного или ротора. Верхний узел исключает оставление
на забое деталей ВЗД в случае слома (разворота) корпусных
деталей.

31.

Оптимизация энергетических
характеристик секций рабочих органов
Сравнительная
энергетическая
характеристика
испытаний на
расходевращения
34 л/с ВЗД
Разработаны
новые
секции рабочих
органов с повышенной
частотой
для
габаритадолотами
240 мм и долотами типа PDC
работы с высокооборотными

32.

Оптимизация энергетических
характеристик секций рабочих органов
Для работ с долотами типа PDC требуется как повышенные обороты, так и
повышенный момент. Повышенный момент можно получить путем
секционирования секций рабочих органов. Однако этот метод имеет ряд
недостатков:
1. Сложность сборки-разборки.
2. Необходимость подбирать одинаковые секции рабочих органов по частоте
вращения.
В ООО «ВНИИБТ-БИ» разработаны полноразмерные секции рабочих органов
Д3-106.4/5.60.010 и
Д-195.7/8.60.010, оптимизированные для работ с
долотами типа PDC.

33.

Оптимизация энергетических
характеристик секций рабочих органов
Энергетическая
ВЗД ДВР-176.4/5.72
на расходе
34органов
л/с
В ООО
«ВНИИБТ-БИ»характеристика
разработаны высокооборотные
секции
рабочих
для работ в верхних интервалах, где обычно используются турбобуры

34.

Комплектация ВЗД переливными
клапанами

35.

Совершенствование технологии
изготовления. Внедрение новых
технологий
ООО «ВНИИБТ-БИ» производит ротора, упрочненные карбидо-вольфрамовыми
сплавами, для секции рабочих органов, предназначенных для работы в
агрессивных условиях (в соляных растворах предельной концентрации, наличие
сероводорода).
Наработка секций рабочих органов при работе в соляных растворах предельной
концентрации в ПО «Белоруснефть»
С хромированным ротором – 50-70 часов
С ротором без хромового покрытия – 150-170 часов
С ротором с твердосплавным покрытием – 470 часов

36.

Совершенствование технологии
изготовления. Внедрение новых
технологий
Ротор с хромовым
покрытием
Ротор с твердосплавным
покрытием

37.

Совершенствование технологии
изготовления. Внедрение новых
технологий
Твердосплавные радиальные
опоры с сплошным покрытием
Твердосплавные радиальные
опоры с сегментным покрытием