Түптік қозғалтқыш
Түптік қозғалтқыш - бұрғылау кезінде гидравликалық, пневматикалық немесе жоғарыдан жеткізілетін электр энергиясын жыныс бұзушы аспаптың (қашау) механикалық жұмысына түрлендіретін батырмалы машина. Энергия түптік қозғалтқышқа бұрғылау құбырлары тізбегі немесе кабель арқылы жеткізіледі. Қуаттың механикалық жұмысқа түрленуі түптік қозғалтқыштың жұмыстық органдарында жүзеге асады.
Түптік қозғалтқыштардың жіктелуі:
Қозғалыс түріне сәйкес, жыныс бұзушы аспапқа хабарлауына қарай түптік қозғалтқыштар ажыратылады:
Айналмалы;
Соққылы;
Энергия көзі түрі бойынша:
Гидравликалық;
Пневматикалық;
Электрлік.
Жыныс бұзушы аспап ерекшеліктеріне қарай:
Үздіксіз түптік бұрғылауға;
Колонкалы.
Конструкциясына қарай:
Жекеленген;
Секциялық;
Щпиндельді;
Бәсеңдеткішті;
Т. с. с.
Түптік қозғалтқыштың айналмалы түрі
Түптік қозғалтқыштардың ең елеулі түрлі дизайнімен және жұмыс принципімен ерекшеленетіні айналмалы (турбобұрғы, бұрандалы түптік қозғалтқыш және электрбұрғы) және соқпалы (гидро- және пневмотоқпақ) түрлері. Түптік қозғалтқыштың айналмалы түрінің (сур. 1) жұмыс органы роторлы-статор жүйесі болып табылады.
1-сурет.
Түптік
қозғалтқыштың айналмалы түрі
Статор түптік қозғалтқыштың айналуға қарсы корпусында тіркелген, ал ротор - білікте. Түптік қозғалтқыштың корпусы бұрғылау құбырларымен қосылған, білік - қашаумен. Энергия тасымалдаушы түптік қозғалтқыштың айналмалы түрінің жұмыс органдары ротор мен статорда ауқымы бойынша және қарама-қарсы бағытта тең күш моменттерін тудырады (активті және реактивті деп аталатын). Активті момент қашауды бұру үшін пайдаланылады, реактивті момент бұрғылау құбырлары колоннасына қабылданады және жоғарыда орналастырылған жетек механизмдері мен ұңғы қабырғаларында тоқтатылады.
Түптік қозғалтқыштың айналмалы түрінің жұмыс органдарының қосымша негізгі элементтері: осьтік және радиалды подшипниктер, біліктің шыға берісін тығыздау.
Түптік қозғалтқыштың айналмалы түрін мұнай және газ ұңғымаларын бұрғылауда ең көп пайдаланылады (жалпы 80% астам).
Түптік қозғалтқыштың соққылы түрі
Түптік қозғалтқыштың соққылы түрі (2-сурет) қашауға қайталама-ілгерілемелі қозғалыс арқылы әсер етеді. Мұндай түптік қозғалтқыштың негізгі жұмыс органы поршень-балғанының қашауға берілетін соққы энергиясы болып табылады. Балғаның төмен (жұмыстың жүрісі) және жоғары (кері жүріс) қозғалысын автоматты айналмалы сұйық немесе сығылған газбен қамтамасыз етеді. Соққылы түптік қозғалтқышының түрлі конструкцияларында ұңғымаға енгізілген сұйықтықтың (газдың) энергиясы поршень-балғаның тек түзу немесе қарама-қарсы жүрісіне немесе тек қана түзу жүрісі үшін және сол сияқты қарама-қарсы жүрісі үшін пайдаланылады. Соққылы түптік қозғалтқыштар сұйықтық (гидротоқпақ) және сығылған газбен (пневмотоқпақ) әрекетке келтіреді.
2-сурет. Түптік қозғалтқыштың соққылы түрі
Гидро- мен пневмотоқпақтар негізінен қатты пайдалы қазбалардың 1500 м тереңдікке дейін шағын диаметрлі ұңғымаларды бұрғылау жұмыстары үшін пайдаланылады. Түптік қозғалтқышты пайдалану (ротормен салыстырғанда) бұрғылау жылдамдығын арттыру арқылы бұрғылау техникалық және экономикалық параметрлерін арттырады, энергия тұтынуды азайтады, бұрғылау колоннасының апаттарының санын азайтады.
Бұрандалы түптік қозғалтқыш
Бұрандалы түптік қозғалтқыш (БТҚ) – гидравликалық түптік қозғалтқыштың көлемді түрі, планеталық механизм схемасына сәйкес жасалған жұмыс органдары жуу сұйықтығының энергиясымен қозғалады. Бұрандалы түптік қозғалтқыш бағытталған, терең, тік, көлденең және басқа да ұңғымаларды бұрғылауға арналған. Сонымен қатар құмды тығындарды, цемент көпірлерді, тұз кен орындарын және т.б. бұрғылауда да қолданылады.
3 - сурет – Бұрандалы түптік қозғалтқыш
БТҚ мынадай негізгі құрамдас бөліктер мен компоненттен тұрады:
Қозғалтқыш бөлігі: оның ішіне ротор және статор кіреді;
Шпиндель бөлігі: қабатты осьтік подшипник, радиалды мойынтіректерді және алдыңғы сальникті қамтиды;
Асыра құю клапаны, жалғағыш және жұмыс аударғылары.
Болат статор ішінде айнала сол бағытты бұрандалы тісті ысытылған резеңке қоршауы бар. Болат роторда хромдалған қабатпен сол жақ бағытта тістер кесілген. Ротор тістерінің саны статор тістерінің санынан бірі кем болады. Ротор мен статор тістерінің арнайы профильі статордың жұмыс камераларының бір қадам ұзындығын қалыптастыру арқылы бір-бірімен үздіксіз контактіні қамтамасыз етеді. Қозғалтқышқа сорғыдан түсетін жуу сұйықтығы теңдестірілмеген күштердің әсерінен ротор статорға қатысты бұрылған кезде ғана қашауға өтуі мумкін.
Ротор сағат тілімен (абсолютті қозғалысы) планетарлық қозғалыс істей айналғанда, ротордың геометриялық осі статор осіне қатысты сағат тіліне қарсы (аударма қозғалысы) қозғалады. Статор мен ротордың тіс санының айырмасына байланысты (БТҚ түріне байланысты беріліс қатынасы 9/10, 6/7 және т.б болуы мүмкін) ауыспалы қозғалыс абсолютті беріліс қатынасы санына дейін төмендейді, бұл қозғалтқыш білігінде төмендетілген айналу жиілігі мен жоғары бұраушы моментті қамтамасыз етеді.
Шпиндель бөлімі қашауға бұрғылау құбырларынан осьтік жүктеме беру үшін қызмет етеді, гидравликалық жүктеме мен түптің реакцияларын, қашаудың радиалды тербелістерінің азаюын қабылдайды.
Артық ағынды клапаны тізбекті БТҚ-мен бірге көтеру кезінде бұрғылау құбырларынан жуу сұйығын ағызу және бұрғылау тізбегін ұңғымаға түсіру кезінде толтыру үшін арналған.
Бұрғылау қондырғысына бұрандалы түптік қозғалтқыш сақтандырғыш тығындарымен жинақталған күйде жеткізіледі.
Қозғалтқыштың жұмысын бастамас бұрын сыртқы сараптама жасалуы тиіс. Статор мен шпиндель корпусында жарықтар мен майысқан жерлерінің болмауына, қозғалтқыштың корпус бөліктері қосылатын бұрғылау құбырлары мен қашауға жалғанар жерінің резбасының жағдайына, бұрап нығайтылған аралық резбаның нығыздығына ерекше назар аударылуы қажет.
Қозғалтқыш пайдаланылуы тиіс, егер:
жуу сұйықтығы ретіндесу немесе тығыздығы 210 кг/м аспайтын балшық қолданылады;
құрамында құм салмағы 2% -дан артық емес;
қатты бөлшектер мөлшері 1 мм-ден кем;
түптік температура 100 ° С артық емес.
Жуу сұйықтығының құрамында қатты бөлшектердің артуы жұмыс органдарының (ротор-статор) жылдам тозуына әкеледі. Түптік аймақта температураның өсуі статор эластомерінің қаттылығына әсер етеді және қозғалтқыш ресурсын азайтады.
Көмірсутекпен негізделген реагенттер қамтитын бұрғылау сұйықтығы статордың резеңке қаптауларының (эластомерлер) ісінуіне және қозғалтқыштың мерзiмiнен бұрын істен шығуына әкеледі.
Көлемдік қозғалтқыш жетегіндегі дифференциалдық қысым ұсынылған ең жоғары жұмыс көрсеткішінен асуы статор жұмысын қысқартады.
Патенттік шолу Авторлық куәлік №2186188
Өнертабыс тау-кен ісіне, атап айтқанда ұңғымаларды көлбеу және көлденең бұрғылауда пайдаланылатын бұрандалы түптік қозғалтқыштарға қарайды. Өнертабыс маңызы бұрандалы түптік қозғалтқыштың қозғалтқыш және шпиндель бөлігінің корпусының топсалы буынмен қосылуы болып табылады. Ол қатарынан орналасқан үш құбырлы элементтермен жүзеге асырылады. Шеткі элементтері сәйкесінше қозғалтқыш және шпиндель бөліктерімен қосылған. Ортаңғы элементі әрбір шеткі элементке ось жұбы арқылы қосылған және бос орнатылған. Әрбір іргелес жұп элементтер осінің көлбеулігін 2o30'-қа дейін қамтамасыз етеді. Ротор және білік топсалы буынмен қосылған. Ол екі шлицті білік пен шлицті жалғастырғыш түрінде жүзеге асырылған. Бір шлицті білік бұралу арқылы ротормен, ал екіншісі – шпиндель бөлігінің білігімен қосылған. Шлицті жалғастырғыш саңылауы бар шлицті білікке қатысты монтаждалып, қозғалтқыш пен шпиндель бөлігі остерінің қисықтығын 5o –қа дейін қамтамасыз етеді. Өнертабыс бұрандалы түптік қозғалтқыштың топсалы буынының беріктігін арттыруға мүмкіндік береді.
Өнертабыс сызбалар арқылы суреттеледі: 1-сурет - бұрандалы түптік қозғалтқыштың қозғғалтқыш бөлігі көрсетілген; 2-сурет - –топсалы буындар; 3-сурет – шпиндель бөлігі; 4-сурет – 2-суретке А-А тілігі; 5-сурет - 2-суретке Б-Б тілігі.
Бұрандалы түптік қозғалтқыш құрамы корпус 1 статорымен 2 және ішінде орналастырылған ротор 3 кіретін қозғалтқыш бөлігінен және подшипник арқылы орнатылған буын білігі 5 бар корпустан 4 тұратын шпиндель бөлігінен тұрады. Қозғалтқыш бөлігінің корпусы 1 шпиндель бөлігінің корпусымен 4 топсалы буынмен қосылған. Ол қатарынан орналасқан құбырлы элементтер 6, 7, 8 түрінде жасалған. Шеткі құбырлы элементтері 6 және 8 тиісінше қозғалтқыш бөлігінің корпусымен 1 және шпиндель бөлігінің корпусымен 4 жалғанған. Ортаңғы құбырлы элемент 7 әрбір шеткі құбырлы элементпен 6 және 8 жұп ось 9 арқылы және оларға қатысты саңылауымен қосылып, әр жұп құбырлы элементтің 6 және 7, 7 және 8, 8 және 6 ось көлбеулігін 2o30' – қа дейін қамтамасыз етеді. Құбырлы элементтер 6, 7, және 8 арасындағы саңылау серпімді сақиналармен 10 нығыздалған. Қоз.алтқыш бөлігінің роторы 3 шпиндель бөлігінің білігімен 5 топсалы буынмен жалғанған. Ол шлицті жалғастырғышпен 13 ілінісуде болатын шлицті біліктер түрінде 11 және 12 жасалған. Шлицті білік 11 ротормен 3 торсион (икемді білік) 14 арқылы жалғанған, ал шлицті білік 12 шпиндель бөлігінің білігімен 5 жалғанған. Шлицті жалғастырғыш 13 шлицті біліктерге 11 қатысты қозғалтқыш және шпиндель бөлігі остерінің қисаюын 5o–қа дейін қамтамасыз ететін саңылауларымен 12 монтаждалған. Нығыздағыш серпімді элементтер 15 шлицті жалғастырғышты 13 шлицті біліктерге 11 және 12 қатысты тіркейді. Шпиндель бөлігінің ұзындығын азайту үшін подшипник буынын төрт қатарлы етіп құрастыру жүзеге асырылды. Жүгіру жолақтарындағы 16 байланыс кернеуін азайту үшін үлкейтілген диаметрлі жылжымалы денелер 17 орнатылған. Білік 5 айналуын тұрақтандыру үшін оған шпиндель бөлігінде айналу мүмкіндігі бар тұрақтандырғыш 18 орнатылған.
Бұрандалы түптік қозғалтқыш төмендегідей жұмыс істейді.
Қозғалтқышты көлбеу ұңғыма оқпанына түсіріп, телеметриялық жабдықтарды пайдалана отырып, берілген азимут бойынша бағыттайды және зениттік бұрышы орнатылған үлкен қарқындылықпен оқпанды бұрғылайды.
Көтеріп – түсіру операцияларында қисық аудандардан өту кезінде шағын радиусты қисық топсалы буындар қозғалтқыштың кенеттен иілу мүмкіндігін қамтамасыз етеді, бұл көлденең ұңғыманың түбіне отырғызусыз жетуге және кідіріссіз көтеруге қол жеткізуге мүмкіндік береді.
Бұрғылау процесінде қозғалтқыш бөлігінің корпусын 1 шпиндель бөлігінің корпусымен 4 қосатын топсалы буында берілген азимутты қолдайтын бір еркіндік дәрежесі бар. Торсионды пайдалану 14 жалғастырғыштың 13 біліктермен 11 және 12 топсалы буында шлицті ілінісуі, ротор 3 мен білікті қосылуы жоғары айнымалы жүктеме кезінде топсалы буынның беріктігін қамтамасыз етеді.
Вследствие использования с торсионом 14 шлицевого зацепления муфты 13 с валами 11 и 12 в шарнирном узле, соединяющем ротор 3 и вал 6 обеспечивается долговечность данного шарнирного узла при больших знакопеременных нагрузках.