Классификация винтовых забойных двигателей с характеристикой

По области применения

 

 

Винтовые забойные гидравлические двигатели подразделяются на сле-

дующие типы [6]:

− общего назначения;

− для наклонно направленного и горизонтального бурения;

− для отбора керна;

− для ремонта скважин;

− с разделённым потоком;

− многомодульные.

Разработана широкая гамма высокоэффективных винтовых забойных

двигателей общего назначения типов Д и ДС с высокими энергетическими и

эксплуатационными параметрами и повышенной надёжности.

 

25

 

Выпускаемые в России винтовые забойные гидравлические двигатели

общего назначения выполняются по единой схеме, имеющей неподвижный ста-

тор и вращающийся ротор, соединяемые со шпинделем. Охватывают диапазон

диаметров корпуса от 127 до 240 мм и предназначены для привода долот ша-

рошечных и безопорных, бурголовок, фрезеров и райберов диаметром от 139,7

до 295,3 мм с обеспечением минимального технологически требуемого зазора

между корпусом двигателя и стенками скважины в конкретных горно-

геологических условиях разрезов нефтяных, газовых и газоконденсатных

месторождений.

Винтовые забойные двигатели эксплуатируются с использованием воды и

буровых растворов плотностью от 1000 кг/м3 и менее до максимальной 2000 кг/м3,

включая аэрированные растворы и пены (при бурении и капитальном ремонте

скважин), с содержанием песка не более 1% по весу, максимальным размером

частиц не более 1 мм, при забойной температуре не выше +100 °С.

 

 

Порядок назначения шифров ВЗД:

Д

ДР

ДГР

– двигатель в прямом исполнении;

– двигатель с регулируемым узлом искривления;

– двигатель с укороченным шпинделем и регулируемым узлом

искривления;

ДВ

– двигатель с повышенной частотой вращения;

Д1 – цифра обозначает номер модификации.

Пример: ДГР-178.6/7.62-01.

ДГР

– тип двигателя с укороченным шпинделем и регулируемым узлом ис-

кривления;

178 – диаметр двигателя, мм;

6/7 – количество зубьев ротора/статора;

62 – число шагов винтового зуба статора ∗ 10 (6 целых 2 десятых);

01 – корпус двигателя выполнен с резьбой для установки центратора.

 

 

1.3.1 Двигатели универсального применения

Отечественные двигатели этой модификации охватывают диапазон на-

ружных диаметров от 127 до 240 мм [7] и предназначены для привода долот

диаметром 139,7-295,3 мм (таблица 1.4). Они создавались на основе многолет-

него опыта конструирования винтовых двигателей и в них использовались ап-

робированные конструкции опорных узлов шпиндельной секции, резьбовых со-

единений, элементов соединения валов и др.

 

 

26

 

Таблица 1.4 – Винтовые забойные двигатели для бурения и капитального

ремонта скважин (второе поколение двигателей)

 

В то же время специфические узлы и детали двигателей (рабочие органы,

соединение ротора и выходного вала, переливной клапан) не имеют аналогов и

разрабатывались по результатам проведённых теоретических и эксперимен-

тальных исследований (рис. 1.13).

 

Рисунок 1.13 – Устройство двигателя модели ДЗ-172

 

 

27

Д1-54 54 1890 222 2 1,0-2,5 70-110 3,0-7,5 4,5-5,5 Д1-88 88 3225 390 2 4,5-7,0 800-950 2,7-5,0 5,8-7,0 Д1-127 127 5800 650 2 15-20 2200-3000 3,3-4,3 5,5-8,5 Д1-172 172 6880 850 2 25-35 3100-3700 1,3-1,8 3,9-4,9 Д1-195 195 6550 850 2 25-35 3100-3700 1,3-1,8 3,9-4,9 Д1-240 240 7570 880 3 30-50 10000- 14000 1,2-2,2 6,0-8,0

 

Выпускаемые в России и за рубежом ВЗД выполняются по единой схеме

и имеют неподвижный статор и планетарно-вращающийся ротор [4]. На рисун-

ке 1.13 показано устройство двигателя модели ДЗ-172 в продольном и попереч-

ном разрезах. Это типичная конструкция двигателя. Двигатель состоит из двух

секций: силовой и шпиндельной. Конусные детали секций соединяются между

собой замковыми резьбами, а валы с помощью конусных, конусношлицевых

или резьбовых соединений. Третий узел двигателя переливной клапан, как пра-

вило, размещается в автономном переводнике непосредственно над двигателем

или между трубами бурильной колонны. Силовая секция включает в себя ста-

тор 1, ротор 2, соединение ротора и выходного вала 3 и корпусные переводники

4 и 5. Шпиндельная секция состоит из корпуса 6, вала 7 с осевыми 8 и радиаль-

ными 9 опорами, наддолотного переводника 10.

 

 

1.3.2 Двигатели для бурения дополнительных стволов

Эта серия представлена двигателями с наружным диаметром от 54 до

172 мм и предназначена для бурения наклонно направленных (с большой ин-

тенсивностью искривления) и горизонтальных скважин. Обладая рядом конст-

руктивных особенностей и рациональным критерием эффективности, M / n, дви-

гатели этой серии эффективно используются в различных технологиях наклон-

но направленного и горизонтального бурения, в том числе при зарезке и буре-

нии вторых (дополнительных) стволов через окно в эксплуатационной колонне.

При использовании ВЗД в горизонтальном бурении [8] реализуются их

преимущества по сравнению с турбобурами, в частности меньшая зависимость

от диаметра, а также повышенный удельный момент двигателя. Это позволяет

сконструировать силовую секцию длиной 1-2 м с наружным диаметром, суще-

ственно меньшим, чем у турбобура для аналогичных целей.

В 90-х годах НИОКР ВНИИБТ создана новая серия забойных двигателей

типа ДГ диаметром 54-172 мм для проводки новых горизонтальных скважин и

бурения дополнительных стволов. При проектировании этой серии двигателей

использовался двадцатипятилетний опыт конструирования ВЗД общего назна-

чения и в то же время учитывались требования технологии горизонтального

бурения.

Основные особенности двигателей серии ДГ:

− уменьшенная длина, достигаемая сокращением как силовой, так и шпин-

дельной секций, при этом силовая секция, как правило, двухшаговая, что обес-

печивает необходимую мощность и ресурс работы;

 

 

28

 

− уменьшенный наружный диаметр (108 против 120 мм; 155 против 172 мм),

что при сохранении оптимальных характеристик ВЗД, обеспечивает надёжную

проходимость двигателя с опорно-центрирующими элементами в стволе сква-

жины и улучшенную гидродинамическую ситуацию в затрубном пространстве;

− многообразие механизмов искривления корпуса (жёсткий искривлённый

переводник, регулируемый переводник, корпусные шарниры с одной или двумя

степенями свободы), что позволяет использовать различные технологии про-

водки скважин;

− возможность размещения на корпусе двигателя опорно-центрирующих

элементов;

− усовершенствованное соединение ротора и вала шпинделя, гарантирующее

надёжную работу с большими углами перекоса.

Технические характеристики двигателей серии ДГ представлены в таблице 1.5.

 

 

1.3.3 Двигатели для ремонта скважин

Двигатели, применяемые для ремонта нефтяных и газовых скважин, вы-

пускаются под шифром Д с наружным диаметром 108 мм и менее (таблица 1.6).

Диапазон наружных диаметров, конструкция двигателей, а также их характери-

стики позволяют использовать эти машины для всевозможных буровых работ

при ремонте скважин. ВЗД используются при разбуривании цементных мостов,

песчаных и гидратных пробок, фрезеровании труб, кабелей электропогружных

насосов и прочих предметов.

Эти

двигатели

могут

производить

бурение

как

внутри

насосно-

компрессорных труб, так и внутри эксплуатационных. При проведении капиталь-

ного ремонта внутри колонны можно использовать также двигатель Д1-127. По

своей конструкции ВЗД для ремонта скважин принципиально не отличаются от

двигателей общего назначения. По заказу РАО «Газпром» ВНИИБТ разработан

многофункциональный двигатель ДК-108.

Особенностью двигателя является широкий диапазон его энергетических

параметров, обеспечивающийся наличием в его комплекте трёх модификаций

рабочих органов с различными рабочими объёмами, что позволяет использо-

вать эти машины для самых разнообразных видов ремонтно-восстановительных

работ при капитальном ремонте скважин.

Двигатели серии Д диаметром от 42 до 127 мм предназначены для капи-

тального ремонта скважин. Двигатели этой серии также могут быть использо-

ваны при бурении прямолинейно-наклонных и горизонтальных участков вто-

рых стволов скважин, проводимых из эксплуатационных колонн.

 

 

29

 

Таблица 1.5 – Винтовые забойные двигатели для бурения горизонтальных скважин, дополнительных стволов

и капитального ремонта скважин

Марка двигателя

Диаметр,

мм

Длина, мм

Шаг

Статора,

мм

Число

Шагов

Расход

Жидкости,

Л / с

Крутящий

момент, Н ∗ м

Частота

Вращения,

-1

с

Перепад

Давления,

МПа

Марка

ДвигателяДиаметр,

мм общая

нижнего плеча

Шаг

Статора,

МмЧисло

ШаговРасход

Жидкости,

Л / сКрутящий

момент, Н ∗ мЧастота

Вращения,

-1

СПерепад

Давления,

МПа

Д-48 48 1850 – 200 3 0,5-1,5 60-80 4,1-6,7 4,0-5,0 ДГ-60 60 2550 1350 225 3 1-2 70-100 3,0-6,0 4,5-5,5 Д-95 95 2855 – 630 2 6-10 600-900 2,0-3,3 4,5-6,0 Д-295 95 3580 530 630 3 6-10 900-1200 2,0-3,3 6,0-9,0 Д-595 95 3580 – 945 2 6-10 900-1400 1,3-2,2 4,5-6,0 ДГ-95 95 2680 620 630 2 6-10 600-900 2,0-3,3 4,5-6,0 Д-108 108 2930 – 640 2 6-12 800-1300 1,3-2,5 3,5-5,5 Д2-108 108 3690 1600 640 3 6-12 1200-1800 1,3-2,5 5,0-7,5 Д5-108 108 3690 – 880 2 6-12 1300-1900 0,8-1,6 3,5-5,5 ДГ-108 108 2600 – 640 2 6-12 800-1300 1,3-2,5 3,5-5,5 ДК-108-I 108 5000 – 975 1,5 3-6 2000-2700 0,3-0,65 5,5-7,5 ДК-108-II 108 3000 – 640 2 6-12 800-1300 1,3-2,5 3,5-5,5 ДК-108-III 108 3000 – 625 2 6-12 500-800 1,9-3,8 3,0-5,0 ДГ-155 155 4330 – 680 3 24-30 3500-4000 2,2-2,7 6,5-7,5

 

 

Таблица 1.6 – Двигатели для ремонта скважин

Шифр Диаметр, мм Диаметры Долот, ммРасход Рабочей Жидкости, Л / сЧастота Вращения -1 Вала, сДопустимый Угол Перекоса, Град. Шифр Длина, мм Диаметр, мм Присоединительные Резьбы Диаметры Долот, мм Расход Рабочей Жидкости, Л / с Частота Вращения -1 Вала, с Допустимый Угол Перекоса, Град. Общая От торца наддолотного переводника до плоскости искривления к трубам к долоту 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Д-42 700 – 42 по заказу по заказу 58 2,0-4,0 30 – Д-48 1850 – 48 по заказу по заказу 55-93 4,0-5,0 60-80 – Д1-54 1890 – 57 З-42 З-42 76-93 4,5-5,5 80-100 – ДГ-60 2300 1350 60 З-42 З-42 76-98,4 4,5-5,5 70-100 1,5 ДГ-75 3820 1160 76 З-66 З-66 83 5,0-9,0 500-700 1,5 Д-85 3230 – 88 З-66 З-66 98,4 -120,6 5,5 500 – Д1-88 3225 1450 88 З-66 З-66 98,4 -120,6 5,8-7,0 800-950 0,5 ДО-88** 3570 1450 88 З-66 З-66 112,0-120,6 5,8-7,0 40-60 3 (5) Д-95 3035 – 95 З-76 З-76 120,6-139,7 4,5-6,0 600-900 – ДГ-95* 2640 530 95 З-76 З-76 120,6-139,7 4,5-6,0 600-900 4

 

Окончание таблицы 1.6

 

 

*Двигатели могут быть изготовлены с регулируемым углом перекоса.

** Возможно изготовление специального варианта двигателя-отклонителя с увеличенным углом перекоса (указан

в скобках).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Д-105** 3740 1670 106 З-88 З-76 120,6-151,0 5,0-8,0 800-1400 1,5 (3) ДГ-105** 2355 825 106 З-88 З-76 120,6-139,7 5,0-8,0 600-1000 3 (5) Д-106 4240 — 106 З-88 З-76 120,6-151,0 5,0-9,0 1000-2300 – ДО-106* 5265 1450 106 З-88 З-76 120,6-151,0 5,0-9,0 1000-2300 3 Д-108 2900 — 108 З-88 З-88 120,6-151,0 3,5-5,5 800-1300 – ДК-108-1 5000 — 108 З-88 З-88 120,6-151,0 5,5-7,5 2000-2700 – ДК-108-2 3000 — 108 З-88 З-88 120,6-151,0 3,5-5,5 800-1300 – ДК-108-3 3000 — 108 З-88 З-88 120,6-151,0 3,0-5,0 500-800 – ДГ-108* 2565 620 108 З-88 З-88 120,6-139,7 5,0-7,5 800-1300 3,5 Д1-127* 5800 2135 127 З-101 З-88 139,7-158,7 5,5-8,5 2200-3000 1 (3) ДГ-127 4780 1280 127(136) З-101 З-88 139,7-158,7 5,5-8,5 2200-3000 3

 

Двигатели

 

серии

 

ДК

 

также

 

предназначены

 

для

 

ремонтно-

восстановительных и аварийных работ при капитальном ремонте скважин. Осо-

бенность двигателя – наличие в комплекте трёх взаимозаменяемых модификаций

винтовых пар, что позволяет изменять частоту вращения от 0,3 до 4,0 с-1.

Двигатели серии ДГ диаметром от 60 до 195 мм предназначены для ре-

монта, а также для бурения участков набора кривизны наклонно направленных

и горизонтальных скважин.

Двигатели диаметром 108, 127 и 155 мм могут выпускаться с регулируе-

мым углом перекоса корпуса между шпиндельной секцией и рабочей парой.

 

 

1.3.4 Винтовые забойные двигатели для колтюбинга

При выполнении буровых работ и удалении пробок применяют забойные

двигатели двух типов – объёмного и динамического действия (таблица 1.7).

 

Таблица 1.7 – Характеристики забойных двигателей используемых для

колтюбинга

 

К первым относятся винтовые и аксиально-поршневые двигатели, ко вто-

рым – турбобуры. Наиболее целесообразно использовать забойные двигатели

объёмного действия, а из них предпочтительнее винтовые, поскольку послед-

ние обладают более приемлемой характеристикой для условий работы с колон-

ной гибких труб. Кроме того, для их привода необходим меньший расход тех-

нологической жидкости, что важно для обеспечения прочности колонны.