Какие бывают забойные двигатели

Какие бывают забойные двигатели

Название работы: Забойные двигатели. Типы забойных двигателей

Предметная область: География, геология и геодезия

Описание: Забойные двигатели. Типы забойных двигателей: Турбобур Объёмные двигатели Электробур. При турбинном бурении БК не вращается, а лишь компенсировать вращающий момент от долота. По БК подается промывочная жидкость, таким образом БК яв.

Дата добавления: 2013-03-16

Размер файла: 64.55 KB

Работу скачали: 246 чел.

Типы забойных двигателей:

  1. Турбобур
  2. Объёмные двигатели
  3. Электробур.

При турбинном бурении БК не вращается, а лишь компенсировать вращающий момент от долота.

По БК подаётся промывочная жидкость, таким образом БК является одновременно гидравлическим каналом.

Долото вращается от вала з.д. который приводится во вращение потоком промывочной жидкости.

Турбобур — это гидравлическая машина, преобразующая энергию поступательно движущегося потока жидкости во вращательную.

Турбобур устанавливается между долотом и БК .

Долото крепится к валу турбобура.

Основным рабочим элементом является ступень турбобура.

  1. Статор — металлическое кольцо с лопатками. (Рис. 2)
  2. Ротор

Статор закрепляется в корпусе, а ротор на валу турбобура.

Чтобы развить нужную мощность, необходимо от 100-500 ступеней.

Жидкость проходя с большой скоростью через лопатки — направляет жидкость на лопатки ротора.

M 0 = H ст · М сс

Патент на такие буры был получен 1973 году. Первый действующий образец был разработан 1923. Образец был одноступенчатым.

На разных условиях бурения, созданы различные типы турбобуров.

  1. для сплошного бурения алмазными и шарошечными долотами
  2. колонковое бурение — турбодолота.
  3. стволы большого диаметра — РБТ
  4. наклонное бурение — турбинные отклонители и шпиндельотклонители

По диаметру корпуса .

По числу секций

По типу турбины

По конструкции опор

Основные технические характеристики:

  1. Наружный диаметр
  2. Число ступеней
  3. Расход жидкости М 3 /час
  4. Частота вращения.
  5. Число оборотов в минуту
  6. Мощность навалу
  7. Момент на валу
  8. Перепад давления
  9. КПД от 0.2-0.7

В современных турбобурах 350-500 оборотов в минуту.

Рабочая ступень, редукторвставка, шпиндель.

Редукторвставка — позволяет нам уменьшить число оборотов.

Основные энергетические характеристики турбины:

— увеличения числа оборотов пропорционально расходу жидкости

— увелияим расход в 2раза перепад давления увелияился.

Генератором гидравлической энергии являются насосы. Которые преобразуют механическую энергию от привода в гидравлическое давление.

Потери в турбобуре:

Δ Q – жидкость не прошедшая через лопатки.

Q – Полный расход жидкости.

  1. Гидравлические потери — оттого что турбины несовершенны.
  2. Механические потери — мощность на валу,

= Мощность на долоте.

= Мощность развиваемая лопатками.

Бурение винтовыми забойными двигателями.

Представляет из себя обращённый винтовой насос.. рабочий экземпляр 1962 .изобрели в 1930.

Объёмный двигатель — это многозаходный винт и гайка. Число заходов ротора и статора имеет разницу -1. Смещение ротора на расстояние эксцентриситета.

Некоторые вершины ротора совпадают с вершинами статора. Ротор под давлением начинает обкатывать статор.

  1. Резиновый статор закреплён в корпусе.
  2. Стальной ротор контактирует со статором, разделяя внутренние пространство. Рабочие полости.
  3. Число заходов статора на 1 больше чем у ротора.
  4. Ось ротора и статора смещены на ось эксцентриситета. Которая равна половине высоты зуба.
  5. Профиль зубьев ротора и статора обеспечивает их непрерывны контакт образуя единичные камеры.

КПД таких двигателей колеблется от 0.48-06.

  1. Преодоления гидравлических сопротивлений
  2. Трение в рабочих парах

Д-1-127, Д-3-172, Д-4-172, Д-1-195, ДГ-108, ДГ-175, ДГ-172, ДГ-195

Отличия от турбобура:

  1. Высокий крутящий момент при низкой частоте вращения.
  2. Высокие рейсовые скорости.

Объёмные двигатели позволяют более технологично бурить наклонно направленные скважины. Для наклонного бурения создана серия двигателей . ДГ-108.

Эти двигатели могут работать на морской воде, пресной, с плотностью раствора до 2.2.

Слабое место двигателя — это износ статора из за усиленного контакта с ротором.

Источник

Забойные двигатели

В современной буровой технике используются два основных способа бурения скважин для добычи и разведки полезных ископаемых: роторное и турбинное. При роторном бурении долото приводится во вращение вместе со всей бурильной колонной с помощью ротора, установленного на поверхности над устьем скважины, а при турбинном – забойными двигателями, установленными в нижней части бурильной колонны непосредственно над долотом.

Главное условие высокоэффективного бурения при этом состоит в обеспечении большого крутящего момента при относительно невысокой скорости вращения бурового инструмента.

Обеспечить данное условие при роторном бурении не представляет особых затруднений, однако его недостатком является резкое возрастание энергозатрат на вращение бурильной колонны с увеличением глубины скважины, что ограничивает возможности его применения. При бурении же забойными двигателями энергозатраты на его осуществление от глубины скважины практически не зависят, вследствие чего оно широко применяется при глубинном бурении.

Забойные двигатели могут быть гидравлическими и электрическими. Среди гидравлических двигателей наиболее известны многоступенчатые турбины, называемые турбобурами, и двигатели объёмного действия или винтовые. Электрические забойные двигатели или электробуры представляют собой маслонаполненные трехфазные двигатели переменного тока.

Читайте также:  Характеристика масла для двигателе легкового автомобиля

Основными частями известных гидравлических забойных двигателей являются статор и ротор.

В современных турбобурах статор и ротор установлены соосно друг другу и выполнены в виде безредукторных многоступенчатых осевых турбин. Ступени турбины в них установлены последовательно и состоят из направляющего аппарата, жёстко связанного с корпусом статора, и рабочих лопаток, равномерно размещённых по периметру ротора. Лопатки ротора и направляющего аппарата при этом установлены под углом друг к другу.

В винтовых двигателях статор и ротор представляют собой как бы винтовую пару с внутренним зацеплением и винтовыми зубьями, в которой число зубьев статора на один больше числа зубьев ротора, а ротор установлен эксцентрично относительно оси статора. Для соединения ротора с валом шпинделя или долота, соосных статору, служит двухшарнирная шаровая муфта, компенсирующая эксцентриситет.

Кроме упомянутых типов известны также турбовинтовые двигатели, представляющие собой сочетание низкооборотного винтового механизма с быстроходной турбиной, а также двигатели, в которых для создания крутящего момента при протекании через них рабочей жидкости в статоре и роторе выполняются разного рода полости и вырезы, винтовые каналы и лопасти, фигурные выступы и прочие элементы, образующие рабочие камеры переменного объёма, которые при этом могут снабжаться впускными и выпускными клапанами или золотниковыми устройствами /1-7/.

Указанные забойные двигатели наряду с присущими им достоинствами имеют весьма существенные недостатки, подробный анализ которых проведен ниже.

Главным недостатком электрических забойных двигателей является необходимость подачи в забой кроме электрической энергии рабочей жидкости для выноса на поверхность продуктов бурения, что существенно ограничивает возможности их применения.

Наиболее существенными недостатками известных турбобуров являются неудовлетворительное по современным требованиям соотношение крутящего момента и частоты вращения вала ротора, высокий перепад давления, требующийся для обеспечения их работы, большая длина. Указанные недостатки обусловлены тем, что крутящий момент в каждой ступени турбины создаётся за счёт изменения количества движения протекающей через неё рабочей жидкости, вследствие чего, как и частота вращения турбины, изменяется пропорционально её расходу. Поскольку образующийся при этом на каждой ступени турбины крутящий момент мал, то вследствие их последовательного расположения получить в указанном двигателе суммарный крутящий момент необходимой величины возможно только путём многократного увеличения числа её ступеней, что неизбежно приводит к значительному увеличению его длины и необходимости повышения суммарного перепада давления подаваемой в двигатель рабочей жидкости до очень высоких значений. Скорость вращения вала ротора при этом также существенно возрастает.

Винтовые двигатели имеют лучшее соотношение крутящего момента и частоты вращения вала ротора и меньшую длину, чем турбобуры, однако для обеспечения их запуска и создания необходимой мощности требуются высокий перепад давления и большой расход рабочей жидкости. К их существенным недостаткам следует отнести также наличие поперечных вибраций, создаваемых эксцентрично вращающимся ротором и приводящих к быстрому износу радиальных опор.

Наиболее существенными недостатками остальных гидравлических двигателей являются, как правило, сложность конструкции, малый крутящий момент, неравномерность изменения объёмов рабочих камер, приводящая к пульсирующему характеру подачи рабочей жидкости в двигатель, особенно в конструкциях, оснащаемых впускными и выпускными клапанами или золотниковыми устройствами.

Из сказанного следует, что основной причиной, которая предопределяет отмеченные выше недостатки существующих гидравлических забойных двигателей, является последовательная подача рабочей жидкости в их рабочие камеры. Устранение указанной причины и обусловленных ею недостатков возможно путем создания забойных двигателей с параллельной подачей рабочей жидкости в рабочие камеры.

Нами предложен такой гидравлический забойный двигатель, на который получено два патента. Упомянутый тип двигателя обладает целым рядом достоинств, позволяющих рассчитывать на его широкое практическое использование, в частности:

  • возможностью создания крутящего момента двигателя необходимой величины при относительно небольшом перепаде давления рабочей жидкости;
  • возможностью создания практически любого соотношения между крутящим моментом и частотой вращения вала ротора;
  • существенным уменьшением длины двигателя, упрощением его конструкции и технологии изготовления;
  • равномерным протеканием рабочей жидкости через двигатель;
  • возможностью запуска двигателя при любом положении ротора путём подачи в него рабочей жидкости под самым малым давлением;
  • снижением требований к точности изготовления деталей двигателя;
  • повышением эффективности бурения и увеличением долговечности работы двигателя.

Список использованных источников

  1. Ильский А.Л., Шмидт А.П. Буровые машины и механизмы., М., Недра, 1989 г.
  2. Патент РФ №2166054 по кл. Е21 В 4/02.
  3. Патент РФ №2181851 по кл. Е21 В 4/02.
  4. Патент РФ №2200814 по кл. Е21 В 4/02.
  5. Патент РФ №2200815 по кл. Е21 В 4/02.
  6. Патент РФ №2203380 по кл. Е21 В 4/02.
  7. Патент РФ №2283936 по кл. Е21 В 4/02.
  8. Авторское свидетельство СССР SU № 1313997 по кл. Е 21 В 4/00, 1987 г.
  9. Авторское свидетельство СССР № 569692 по кл. Е 21 В 4/02, 1975 г.
Читайте также:  Грейт вол сейф двигатель как подтраивает и хлопает в фильтр

Источник

Забойные двигатели: разновидности, принцип действия.

Забойные двигатели: разновидность, принцип действия.

Забойный двигатель – погружная машина, преобразующая гидравлическую, пневматическую или электрическую энергию, проводимую с поверхности, в мханическую работу инструмента при бурении скважины. Энергия к забойному двигателю проводится от источника по колонне бурильных труб или кабелю.

Различают: вращательные и ударные; пневматическиц, гидравлические и электронные.
Забойные гидравлические двигатели по принципу действия различают: гидравлические двигатели объемного типа и гидродинамические двигатели.
Объемные двигатели работают под действием гидростатического напора в результате наполнения жидкостью рабочих камер и перемещения вытеснителей (поршень, пластина или ротор). Гидродинамические двигатели – функционируют при изменении момента количества движения жидкости в рабочих органах машины.
Турбинное бурение. Турбобуры – гидравлическая турбина, приводящаяся возвращение с помощью нагнетаемой в скважину жидкости. Устанавливают над породоразрушающим инструментом. Поток промывочной жидкости подается на первую ступень турбобура через бурильную колонну. Жидкость приобретает направление. Потоки жидкости поступают на лопатки ротора под заданным углом и осуществляет силовое воздействие на ротор и возникновение силы, которая пытается повернуть ротор.

Винтовой забойный двигатель – разновидность забойного двигателя, в которой для преобразования энергии потока промывочной жидкости в механическую энергию, используя винтовой механизм.

Источник

Добыча нефти и газа

Изучаем тонкости нефтегазового дела ВМЕСТЕ!

Забойные двигатели

При бурении нефтяных и газовых скважин применяют гидравлические и электрические забойные двигатели , преобразующие соответственно гидравлическую энергию бурового раствора и электрическую энергию в механическую на выходном валу двигателя. Гидравлические забойные двигатели выпускают гидродинамического и гидростатического типов. Первые из них называют турбобурами, а вторые – винтовыми забойными двигателями. Электрические забойные двигатели получили наименование электробуров.

Турбобур представляет собой многоступенчатую гидравлическую турбину, к валу которой непосредственно или через редуктор присоединяется долото.

Каждая ступень турбины состоит из диска статора и диска ротора .

В статоре, жестко соединенном с корпусом турбобура, поток бурового раствора меняет свое направление и поступает в ротор , где отдает часть своей гидравлической мощности на вращение лопаток ротора относительно оси турбины. При этом на лопатках статора создается реактивный вращающий момент, равный по величине и противоположный по направлению вращающему моменту ротора. Перетекая из ступени в ступень буровой раствор отдает часть своей гидравлической мощности каждой ступени. В результате вращающие моменты всех ступеней суммируются на валу турбобура и передаются долоту. Создаваемый при этом в статорах реактивный момент воспринимается корпусом турбобура и БК.

Работа турбины характеризуется частотой вращения вала n , вращающим моментом на валу М, мощностью N, перепадом давления DР и коэфициентом полезного действия h.

Как показали стендовые испытания турбины, зависимость момента от частоты вращения ротора почти прямолинейная. Следовательно, чем больше n , тем меньше М, и наоборот.

В этой связи различают два режима работы турбины: тормозной, когда n = 0, а М достигает максимального значения , и холостой, когда n достигает максимального , а М=0. В первом случае необходимо к валу турбины приложить такую нагрузку, чтобы его вращение прекратилось, а во втором – совершенно снять нагрузку.

Максимальное значение мощности достигается при частоте вращения турбины n = n0.

Режим, при котором мощность турбины достигает максимального значения называется экстремальным. Все технические характеристики турбобуров даются для значений экстремального режима. В этом режиме работа турбобура наиболее устойчива, так как небольшое изменение нагрузки на вал турбины не приводит к сильному изменению n

и, следовательно, к возникновению вибраций, нарушающих работу турбобура.

Режим, при котором коэфициент полезного действия h турбины достигает максимального значения называется оптимальным. При работе на оптимальном режиме , т.е. при одной определенной частоте вращения ротора турбины для данного расхода бурового раствора Q, потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений в турбине DР минимальны.

При выборе профиля лопаток турбины стремятся найти такое конструктивное решение, чтобы при работе турбины кривые максимальных значений N и h располагались близко друг к другу. Линия давления DР таких турбин располагается почти симметрично относительно вертикали, на которой лежит максимум мощности.

Таким образом, при постоянном расходе бурового раствора Q параметры характеристики турбины определяются частотой вращения ее ротора n, зависящей от нагрузки на вал турбины (на долото).

При изменении расхода бурового раствора Q параметры характеристики турбины изменяются совершенно по другому.

Пусть при расходе бурового раствора Q1 и соответствующей этому значению частоте вращения ротора турбины n1 при оптимальном режиме турбина создает мощность N1

и вращающий момент М1 , а перепад давления в турбине составляет DР1. Если расход бурового раствора увеличить до Q2 , параметры характеристики турбины изменятся следующим образом:

Читайте также:  Что может произойти с помпой двигателя

N1 / N2 = (Q1 / Q2)3

М1 / М2 = (Q1 / Q2)2

DР1 / DР2 = (Q1 / Q2)2

Видно, что эффективность турбины значительно зависит от расхода бурового раствора Q. Однако увеличение расхода Q ограничивается допустимым давлением в скважине.

Параметры характеристики турбины изменяются также пропорционально изменению плотности бурового раствора r.

N1 / N2 = М1 / М2 = Р1 / DР2 = r1 / r2

Частота вращения ротора турбины n от изменения плотности r не зависит.

Параметры характеристики турбины изменяются также пропорционально изменению числа ступеней.

ГОСТ 26673-90 предусматривает изготовление бесшпиндельных (ТБ) и шпиндельных (ТШ) турбобуров.

Турбобуры ТБ применяются при бурении вертикальных и наклонных скважин малой и средней глубины без гидромониторных долот. Применение гидромониторных долот невозможно по тем причинам, что через нижнюю радиальную опору (ниппель) даже при незначительном перепаде давления протекает 10 – 25% бурового раствора.

Значительное снижение потерь бурового раствора достигается в турбобурах, нижняя секция которых, названная шпинделем, укомплектована многорядной осевой опорой и радиальными опорами, а турбин не имеет.

Присоединяется секция шпиндель к одной (при бурении неглубоких скважин), двум или трём последовательно соединённым турбинным секциям.

Поток бурового раствора, пройдя турбинные секции, поступает в секцию – шпиндель, где основная его часть направляется во внутрь вала шпинделя и далее к долоту, а незначительная часть – к опорам шпинделя, смазывая трущиеся поверхности дисков пяты и подпятников, втулок средних опор и средних опор. Благодаря непроточной конструкции опор и наличию уплотнений вала, значительно уменьшены потери бурового раствора через зазор между валом шпинделя и ниппелем .

Для бурения наклонно – направленных скважин разработаны шпиндельные турбобуры – отклонители типа ТО.

Турбобур – отклонитель состоит из турбинной секции и укороченного шпинделя. Корпуса турбинной секции и шпинделя соединены кривым переводником.

Для бурения с отбором керна предназначены колонковые турбобуры типа КТД, имеющие полый вал , к которому через переводник присоединяется бурильная головка . Внутри полого вала размещается съёмный керноприёмник . Верхняя часть керноприёмника снабжена головкой с буртом для захвата его ловителем, а нижняя – кернорвателем, вмонтированным в переводник . Для выхода бурового раствора, вытесняемого из керноприёмника по мере заполнения его керном, вблизи верхней части керноприёмника имеются радиально расположенные отверстия в его стенке, а несколько ниже их – клапанный узел . Последний предотвращает попадание выбуренной породы внутрь керноприёмника, когда он не заполняется керном, и в это время клапан закрыт.

Керноприёмник подвешан на опоре , установленной между переводником к БК и распорной втулкой . Под действием гидравлического усилия, возникающего от перепада давления в турбобуре и долоте, и сил собственного веса, керноприёмник прижимается к опоре и во время работы турбобура не вращается.

ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

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

Статор 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

Кинематическое 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.

ВЗД изготовляют согласно ТУ 39-1230-87.

Типичная характеристика ВЗД при постоянном расходе бурового раствора следующая . 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 К.П.Д. от момента М имеют максимумы. Когда двигатель работает с максимальным, 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.

Характер изменения от момента М при любом расходе бурового раствора остаётся примерно одинаковым.

Значения при увеличении растут почти линейно, — несколько уменьшается, а возрастает по зависимости, близкой к квадратичной.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Источник

Adblock
detector