Конструкция и условия применения винтовых забойных двигателей

Конструкция забойного двигателя Д1-170

В качестве основы для разработки забойного двигателя в на­шей стране использованы схемы с многозаходными винтовыми парами. В результате многолетних исследовательских работ создана надежная конструкция забойного винтового двигателя Д1-17Ц, показавшая удовлетворительные результаты при промыс­ловых испытаниях. На базе этой конструкции проведены работы по созданию новых типоразмеров двигателей диаметром 127 и 83 мм. Малогабаритные забойные двигатели Д-83 показали хо­рошие результаты при разбуривании ими цементных мостов в скважинах глубиной до 2000 м.

Конструкция винтового двигателя Д1-170 представлена на рис.1. Основными узлами двигателя являются: винтовая пара двухшарнирный вал, шпиндель и соединительные переводники' В компоновку над двигателем обычно устанавливается перелив­ной клапан для облегчения заполнения бурильной колонны про­мывочной жидкостью при спуске инструмента в скважину. Основ­ным рабочим органом двигателя является винтовая пара, соста­вленная из статора 1 и ротора 2, представляющих собой зубчатую пару внутреннего зацепления с винтовыми зубьями. Статор выполнен в виде стального корпуса, в расточке которого привул-канизирована резиновая обкладка с десятью винтовыми зубьями и впадинами. Стальной ротор имеет девять наружных зубьев и расположен эксцентрично по отношению к оси статора. Длина 142 ротора относится к длине шага статора как число зубьев ротора к числу зубьев статора.

В результате такого соотношения шагов, а также за счет соответствующего профилирования винтовые зубья ротора и ста­тора находятся в непрерывном контакте по всей длине рабочих органов, что обеспечивает разделение полостей высокого и низ­кого давлений и осуществление рабочего процесса.

Под действием потока промывочной жидкости ротор, обкаты­ваясь по зубьям статора, совершает планетарное движение. Выходная скорость вращения ротора в девять раз меньше ско­рости переносного движения оси ротора относительно оси статора.

Рис. 1. Конструкция забойного винтового двигателя Д1-170

Кинематическая связь ротора со статором через зубья позволяет снизить скорость вращения шпинделя двигателя.

В забойных винтовых двигателях Д2-170 применяются двух-шаговые моноблочные рабочие органы. За счет этого значительно снижены утечки жидкости через контактные поверхности в сравне­нии с одношаговыми конструкциями первых двигателей. Кроме этого, увеличение длины рабочих органов позволило снизить контактное давление ротора и резиновой обкладки статора. Правое вращение ротора (по часовой стрелке) относительно соб­ственной оси осуществляется за счет левого направления винто­вых поверхностей ротора и статора.

Вращающий момент от ротора на вал шпинделя 4 передается двухшарнирным соединением 3. Это соединение выполнено в виде вала, снабженного по концам двумя шарнирами. Карданное соеди­нение необходимо для передачи вращения от эксцентрично рас­положенного ротора, совершающего планетарное движение отно­сительно оси вращения двигателя, к валу шпинделя.

Шпиндель винтового забойного двигателя, помимо вала 4, вклю­чает корпус 5, многорядную осевую опору 6, радиальную резино-металлическую опору 7 и сальниковое устройство 8. Шпиндель необходим для передачи осевой нагрузки на долото, восприятия гидравлической нагрузки, действующей на ротор. Опоры шпин­деля также воспринимают радиальные нагрузки от карданного вала.

В винтовых забойных двигателях принимаются шпиндели с осевой опорой качения типов ШША и ШШО. В шпинделях типа ШША используется многорядный упорно-радиальный под­шипник, распределение осевой нагрузки в котором достигается за счет точности изготовления и предварительной приработки. В шпинделе ШШО применены упорные подшипники, каждый из которых размещен на резиновом амортизаторе с целью равномер­ного распределения нагрузки по ступеням и снижения вибрации. Для восприятия радиальных нагрузок в этих шпинделях исполь­зуются специальные распорные втулки. Уплотнение вала шпинделя производится с помощью торцо­вых сальников. Торцовые сальники изготавливаются с твердо­сплавными контактными парами трения. Испытаны резинометаллические пары трения. Обе конструкции надежно работают при перепадах давления на долоте в пределах 20—30 кгс/см².

Испытания показали, что шпиндели типа ШШО обладают высокой стойкостью при бурении с винтовыми двигателями. Ресурс рабочего времени шпинделя с упорными подшипниками превышает 150 ч. Этот тип шпинделя принят как основной в кон­струкции винтовых двигателей Д1-170.

Повышение энергетических показателей винтовых забойных двигателей достигается при их секционировании. Сравнение характеристик одно- и двухсекционного двигателей показывает, что перегрузочная способность и уровень к. п. д. двухсекцион­ного двигателя значительно выше. Стендовыми испытаниями уста­новлено, что двухсекционный двигатель может создавать необ­ходимый крутящий момент при нагрузках на долото 30 тс и выше.Бурение подкондуктор глубиной 550-750 метров производится как роторным способом, так и ГЗД (А9Ш, Т12РТ-240, Д1-240) с промывкой раствором, приготовленным из бентонитовогоглинопорошка.

С глубины 2100-2200м применяется низкооборотный режим бурения винтовыми забойными двигателями Д2-195 и Д-172 и долотами типа ГНУ или ГАУ.

А так же для вскрытия окна в обсадной колонне для бурения второго ствола скважины, так как необходим низкооборотный режим.