3.2. Винтовой забойный двигатель

Рабочим органом винтового забойного двигателя (ВЗД) является винтовая пара: статор и ротор (рис. 19).

С татор представляет собой металлическую трубу, к внутренней поверхности которой привулканизирована резиновая обкладка, имеющая 10 винтовых зубьев левого направления, обращённых к ротору.

Ротор выполнен из высоколегированной стали с девятью винтовыми зубьями левого направления и расположен относительно оси статора эксцентрично.

К

Рис.19. Конструкция винтового забойного двигателя типа Д

инематическое отношение винтовой пары 9: 10 и соответствующее профилирование её зубьев обеспечивает при движении бурового раствора планетарное обкатывание ротора по зубьям статора и сохранение при этом непрерывного контакта ротора и статора по всей длине. В связи с этим образуются полости высокого и низкого давления и осуществляется рабочий процесс двигателя.

Вращающий момент от ротора передаётся с помощью двухшарнирного соединения на вал шпинделя, укомплектованного многорядной осевой шаровой опорой и радиальными резино - металлическими опорами. К валу шпинделя присоединяется долото. Уплотнение вала достигается с помощью торцевых сальников.

Типичная характеристика ВЗД при постоянном расходе бурового раствора представлена на рис. 20. По мере роста момента М перепад давления в двигателе р увеличивается почти линейно, а частота вращения вала двигателя снижается вначале незначительно, а при торможении - резко. Зависимости изменения мощности двигателя и КПД от момента М имеют максимумы. Когда двигатель работает с максимальным КПД, режим называют оптимальным, а с максимальной мощностью - экстремальным. Увеличение нагрузки на долото после достижения экстремального режима работы двигателя приводит к торможению вала двигателя и к резкому ухудшению его характеристики.

Неэффективны и нагрузки на долото, при которых момент, развиваемый двигателем, меньше момента, обеспечивающего оптимальный режим его работы.

Х арактер изменения N, n, p и _г от момента М при любом расходе бурового раствора остаётся примерно одинаковым. Значения М, n и p при увеличении Q растут почти линейно, _г - несколько уменьшается, а N возрастает по зависимости, близкой к квадратичной

П

Рис. 20. Характеристика забойного двигателя: а – режим холостого хода (М=0; n=max);

б – оптимальный режим

о своей характеристике объемный винтовой двигатель весьма перспективная машина. По сравнению с турбобуром он проще по конструкции, имеет меньшие длину и массу, большой крутящий момент, большую мощность, относительно низкую частоту вращения, он менее чувствителен к уменьшению диаметра ствола скважины, позволяет контролировать отработку долота по изменению крутящего момента. Целесообразно применять объемный двигатель для бурения на средних и больших глубинах, для бурения долотами с герметизированными маслонаполненными опорами, при наборе зенитного угла наклонно-направленных скважин.

Лекция 4

4. Бурильная колонна

4.1. Состав и назначение бурильной колонны

Бурильная колонна (далее БК) соединяет долото (или забойный двигатель и долото) с наземным оборудованием (вертлюгом).

БК предназначена для следующих целей:

• передачи вращения от ротора к долоту;

• восприятия реактивного момента забойного двигателя;

• подвода бурового раствора к ПРИ и забою скважины;

• создания нагрузки на долото;

• подъема и спуска долота;

• проведения вспомогательных работ (проработка, расширение и промывка скважины, испытание пластов, ловильные работы и т.д.).

БК состоит (рис.21) из свинченных друг с другом ведущей трубы 4, бурильных труб 8 и утяжеленных бурильных труб (УБТ) 12 и 13. Верхняя часть БК, представленная ведущей трубой 4, присоединяется к вертлюгу 1 с помощью верхнего переводника ведущей трубы 3 и переводника вертлюга 2. Ведущая труба присоединяется к первой бурильной трубе 8 с помощью нижнего переводника ведущей трубы 5, предохранительного переводника 6 и муфты бурильного замка 7.Бурильные трубы 8 свинчиваются друг с другом бурильными замками, состоящими из муфты 7 бурильного замка и его ниппеля 9 или соединительными муфтами 10. УБТ 12 и 13 свинчиваются друг с другом непосредственно. Верхняя УБТ присоединяется к бурильной трубе с помощью переводника 11, а нижняя привинчивается через переводник 14 к долоту (при роторном бурении) или к забойному двигателю с долотом.

Кроме названных выше элементов в компоновку БК могут включаться калибраторы, центраторы, стабилизаторы, расширители, промежуточные опоры для УБТ, обратные клапаны, фильтры, шламометаллоуловители, амортизаторы, протекторные кольца, средства наклонно-направленного бурения, керноприемные устройства и другое специальное оборудование.