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.
Виды телесистем. / Основы ННБ
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 neftegaz.fandom.comЗабойные двигатели: турбобуры, электробуры винтовые двигатели, их назначение, область применения
ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — погружная машина, преобразующая гидравлическую, пневматическую или электрическую энергию, подводимую с поверхности, в механическую работу породоразрушающего инструмента (долота) при бурении скважин. Энергия к забойному двигателю подводится от источника по колонне бурильных труб или кабелю. Преобразование подведённой энергии в механическую работу осуществляется в рабочих органах забойного двигателя. По типу движения, сообщаемого породоразрушающему инструменту, различают забойные двигатели вращательные и ударные, по виду энергоносителя — гидравлические, пневматические и электрические, по особенностям породоразрушающего инструмента — для бурения сплошным забоем и колонковые, по конструкции — одинарные, секционные, шпиндельные, редукторные и т.п.
Наиболее существенно отличаются по устройству и принципу действия забойные двигатели вращательного (турбобур, винтовой забойный двигатель и электробур) и ударного типов (гидро- и пневмоударник). Рабочим органом забойного двигателя вращательного типа (рис. 1, рис. 2, рис. 3) является система статор-ротор.
Оборудование для ННБ. Часть 1. ВЗД и РУС / Основы ННБ
Статор фиксирован от проворота в корпусе забойного двигателя, а ротор — на валу. Корпус забойного двигателя соединён с колонной бурильных труб, вал — с долотом. Энергоноситель в рабочих органах забойного двигателя вращательного типа создаёт на роторе и статоре моменты силы, равные по величине и противоположные по направлению (так называемый активный и реактивный моменты). Активный момент используется на вращение долота, реактивный момент воспринимается колонной бурильных труб и гасится на стенках скважин и в приводных механизмах, размещённых на поверхности. Основные элементы забойного двигателя вращательного типа, помимо рабочих органов: осевая и радиальные опоры, уплотнение выхода вала.
Наибольшее использование забойного двигателя вращательного типа (табл. 1) имеют в бурении на нефть и газ (свыше 80% общего объёма).
ТУРБОБУР — забойный гидравлический двигатель для бурения глубоких скважин преимущественно на нефть и газ. На первом этапе турбинного бурения (1924—34) применялся Т., изобретённый в СССР в 1922 М. А. Капелюшниковым совместно с Н. А. Корневым и С. М. Волохом. В этом Т. высокооборотная одноступенчатая турбина передавала вращение долоту через планетарный, заполненный маслом редуктор.
В 1935—50 применялся безредукторный Т. с многоступенчатой турбиной, вал которой непосредственно вращает долото (авторы П. П. Шумилов, Р. А. Иоаннесян, Э. И. Тагиев, М. Т. Гусман). В многоступенчатом Т. общий перепад давлений дифференцируется по ступеням турбины, а момент на валу определяется суммой моментов, развиваемых каждой ступенью.
Многоступенчатый Т. — машина открытого типа, вал его вращается в радиальных и осевых резинометаллических подшипниках, смазкой и охлаждающей жидкостью для которых является циркулирующая промывочная жидкость — глинистый раствор. Для получения максимальных значений кпд лопатки турбины профилируют так, чтобы безударный режим их обтекания совпадал с максимумом мощности турбины.
С 1970 для снижения частоты вращения вала турбины в Т. применяют ступени гидродинамического торможения, позволившие бурить при 150— 250 об/мин. С начала 70-х гг. внедряются Т. с независимой подвеской секции и с демпфирующими устройствами, которые обладают увеличенным сроком межремонтной работы и улучшают условия работы шарошечных долот за счёт снижения вибрации бурильной колонны. Для работы с гидромониторными долотами, без дополнительного нагружения буровых насосов, начато применение Т. с разделённым потоком на нижней секции (рис. 2), который отличается тем, что перепад давлений, срабатываемый в его нижней секции, равен перепаду давлений в штуцерах гидромониторного долота. При этом нижняя секция Т. работает на части потока, подаваемого в скважину.
В разведочном бурении для отбора керна в полом валу Т. размещается съёмная грунтоноска. Для бурения в условиях борьбы с кривизной ствола скважины используют Т. с вращающимся корпусом.
ВИНТОВОЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — гидравлический забойный двигатель объёмного типа, рабочие органы которого выполнены по схеме планетарного механизма, приводимого в действие за счёт энергии промывочной жидкости. Первые винтовые забойные двигатели с высокой частотой вращения разработаны в США в 1962 Харрисоном на базе обращённого однозаходного героторного винтового насоса Муано. Многозаходный винтовой забойный двигатель с низкой частотой вращения создан в CCCP в 1966-70 С. С. Никомаровым, М. Т. Гусманом и др.
Многозаходный винтовой забойный двигатель— героторный планетарный механизм, статор которого выполнен в виде стального цилиндра с привулканизированным к его внутренней поверхности многозаходным резиновым винтом.
Ротор (однозаходный или многозаходный винт с числом заходов, на единицу меньшим, чем у винта статора) расположен внутри статора. Под давлением промывочной жидкости ротор, обкатываясь по внутренней поверхности статора, совершает планетарное движение, которое через универсальные шарниры передаётся валу шпинделя, вращающему породоразрушающий инструмент. Диаметр винтового забойного двигателя 54-195 мм, частота вращения около 2-6 с-1, вращающий момент 80-5000 Нм, перепад давления 4-6 МПа, расход промывочной жидкости 0, 0015-0, 036 м3/с и более. Наиболее эффективны винтовые забойные двигатели при проходке глубинных интервалов.
ЭЛЕКТРОБУР — забойная буровая машина с погружным электродвигателем, предназначенная для бурения глубоких скважин, преимущественно на нефть и газ. Идея электробура для ударного бурения принадлежит русскому инженеру В. И. Делову (1899). В 1938-40 в CCCP А. П. Островским и Н. В. Александровым создан и применён первый в мире электробур для вращательного бурения, опускаемый в скважину на бурильных трубах.
Электробур состоит из маслонаполненного электродвигателя и шпинделя. Мощность трёхфазного электродвигателя зависит от диаметра электробура и составляет 75-240 кВт. Для увеличения вращающего момента электробура применяют редукторные вставки, монтируемые между двигателем и шпинделем и снижающие частоту вращения до 350, 220, 150, 70 об/мин. Частота вращения безредукторного электробура 455-685 об/мин. Длина электробура 12-16 м, наружный диаметр 164-290 мм.
При бурении электробур, присоединённый к низу бурильной колонны, передаёт вращение буровому долоту. Электроэнергия подводится к электробуру по кабелю, смонтированному отрезками в бурильных трубах. При свинчивании труб отрезки кабеля сращиваются специальными контактными соединениями.
К кабелю электроэнергия подводится через токоприёмник, скользящие контакты которого позволяют проворачивать колонну бурильных труб. Для непрерывного контроля пространственного положения ствола скважины и технологических параметров бурения при проходке наклонно направленных и разветвлённо-горизонтальных скважин используется специальная погружная аппаратура (в том числе телеметрическая). При бурении электробуром очистка забоя осуществляется буровым раствором, воздухом или газом.
В CCCP с помощью электробура проходится свыше 500 тысяч м скважин ежегодно. Использование электробура благодаря наличию линии связи с забоем особенно ценно для исследования режимов бурения.
Источник studbooks.netЗабойные двигатели
Забойный двигатель — это погружная машина, которая преобразует электрическую, пневматическую, гидравлическую или электрическую энергию в механическую работу инструмента во время процесса бурения скважины.
Существует три основных вида забойных двигателей:
- Винтовой.
- Турбинный.
- Электрический.
Винтовой забойный двигатель
Основными рабочими органами винтового забойного двигателя являются замыкатели — винты, которые выполняют роль уплотнителя двигателя (мешают перетеканию жидкости из камеры высокого давления в камеру низкого давления); статор двигателя, который соединен с концами камер низкого и высокого давления; ротор-винт, через который передается крутящий момент.
Почти любой винтовой забойный винтовой двигатель условно можно разделить на три основных секции (узла). Расположение данных секций показано на рисунке ниже.
Рисунок 1. Винтовой забойный двигатель. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Двигательная секция винтового забойного двигателя предназначена для преобразования в вращательное движение потока жидкости. Эта секция состоит из статора и ротора, изготовленного из стали.
Шпиндельная секция передает осевую нагрузку и крутящий момент на долото, а также воспринимает гидравлическую осевую нагрузку и реакцию забоя. Шпиндель изготавливается в виде монолитного полого вала, соединенного с долотом при помощи наддолотного переводника в нижней части и при помощи муфты в верхней.
Функция регулятора угла заключается в перекосе осей секций двигателя и его самого, относительно бурильной колонны. Он может устанавливаться над винтовым забойным двигателем или между шпиндельной и двигательной секцией.
Готовые работы на аналогичную тему
Турбинный забойный двигатель
Турбинный забойный двигатель — это гидравлический забойный двигатель, в котором в механическую энергию вращения вала преобразуется движение промывочной жидкости, а рабочим органом является турбина осевого типа.
Турбинный забойный двигатель состоит из:
- Турбинного вала.
- Корпуса.
- Вала осевой опоры, внутри которого находится цилиндрическая полость.
- Роторов турбин.
- Гайки турбинного вала.
- Радиальных опор.
- Осевой опоры.
- Ниппеля.
- Канала (минимум одного), который организовывает гидравлическую связь между цилиндрической полости вала осевой опоры и последним ротором турбины.
Турбинный забойный двигатель устанавливается над инструментов, который разрушает горную породу. Источником энергии и крутящего момента является давление потока жидкости, которая двигается под напором насоса. Поток промывочной жидкости подается в первую ступень турбинного забойного двигателя.
Далее в статоре формируется направление потока жидкости, что делает его направляющим элементом турбины. Потом из каналов статора поток жидкости перемещается на лопасти турбины под заданным углом, что оказывает воздействие на ротор. Это становится причиной создания силы, которая стремится повернуть ротор, связанный с валом турбины.
На лопастях направляющего элемента вновь формируется направление жидкости, а также ее передача на лопасти второй ступени, где также возникает крутящий момент. Пройдя все ступени турбинного двигателя жидкость подводится к инструменту-разрушителю горной породы. В процессе работы турбины на статоре создается реактивный момент противоположный по своему направлению. Потом этот реактивный момент передается бурильным колоннам, где осуществляется их закручивание.
Электрический буровой забойный двигатель
Электрический забойный двигатель представляет собой забойный агрегат с электрическим трехфазным двигателем. Электроэнергия передается к нему с поверхности при помощи кабеля, который размещают внутри бурильных колонн. Такие забойные двигатели используют при бурении скважин глубиной до 5000 метров. Многолетний опыт использования электрических буровых двигателей показывает, что наиболее оптимально их использовать при бурении горизонтальных, наклонно-направленных, опорно-технологических скважин, а также при бурении глубоких скважин с применением утяжеленных буровых растворов.
Преимуществами электрического забойного двигателя являются постоянство частоты вращения, высокая перегрузочная способность, возможность контроля кривизны и отклонения ствола скважины, а также независимость частоты вращения и других показателей от объема используемой жидкости, глубины скважины, а также химико-физических свойств воды и горных пород. К недостаткам можно отнести сложность конструкции и необходимость в подаче к забою двух видов энергии — гидравлической и электрической. Пример схемы электрического бурового забойного двигателя изображен на рисунке.
Рисунок 2. Пример схемы электрического бурового забойного двигателя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
1 — контактный стрежень; 2 — верхний переводник; 3 — лубрикатор; 4 — корпус статора; 5 — нижняя часть сальникового уплотнителя; 6 — обмотка; 7 — ротор; 8 — пакет магнитной стали; 9 — пакет немагнитной стали; 10 — вал; 11 — короткозамкнутый ротор; 12 — кабель; 13 — нижний подшипник; 14 — верхняя часть сальникового уплотнителя; 15 — зубчатая муфта; 16, 20 — радиальные подшипники; 17 — многорядная пята; 18 — цилиндрический корпус; 19 — кольцевой лубрикатор; 21 — сальник; 22 — шпиндель.
Источник spravochnick.ruГидравлические забойные двигатели
ИА Neftegaz.RU. Гидравлические забойные двигатели (ГЗД) используются для различных задач бурения, таких как бурение скважин с прямыми, горизонтальными, направленными и короткими радиусами, переходы через реки и другие буровые работы.
ГЗД соединены с бурильной колонной, чтобы вращать и направлять буровое долото.
Бурильная колонна не участвует в процессе передачи крутящего момента долоту, оставаясь либо неподвижной, либо совершая малоинтенсивное вращение с цель снятия сил трения при поступательном движении инструмента.
Вращение обеспечивается силовой секцией, которая обычно является двигателем прямого вытеснения, который приводится в движение циркуляцией бурового раствора.
Осевые и радиальные нагрузки бурения реагируют на бурильную колонну подшипниками в герметичном подшипниковом узле.
- снижения аварийности с бурильными трубами за счет облегчения условий их работы;
- проводки наклонно направленных скважин и корректирования траектории ствола скважины;
- повышения показателей отработки долот за счет реализации рациональных параметров режима их нагружения (отношения крутящего момента к частоте вращения М/n).
- динамические забойные двигатели (турбобуры), рабочим органом которых является многоступенчатая осевая турбина;
- объемные забойные двигатели (ВЗД), рабочие органы которых выполнены на базе многозаходного винтового героторного механизма.
В настоящее время отечественными машиностроительными заводами выпускаются 3 вида гидравлических забойных двигателей:
-турбинные забойные двигатели (турбобуры) различного конструктивного исполнения (Т);
-винтовые забойные двигатели типа Д (ВЗД);
-турбинно-винтовые забойные двигатели (ТВЗД).
Кроме того, выпускаются агрегаты РТБ (реактивно-турбинные буры и роторно-турбинные буры), которые комплектуются серийными турбинными и винтовыми забойными двигателями, или электробурами.
Заводами серийно изготавливаются (*) или по заказу потребителей могут быть изготовлены (**) (по договорной цене) следующие типы гидравлических забойных двигателей:
1. Турбинные забойные двигатели (турбобуры) (Т):
-односекционные бесшпиндельные типа Т 12*;
-односекционные бесшпиндельные унифицированные типа ТУ-К*;
-односекционные со вставным шпинделем типа ТВШ*;
-односекционные с независимым креплением роторов типа ТНК*;
-секционные бесшпиндельные типа ТС**;
-секционные шпиндельные типа ТСШ**;
-секционные шпиндельные унифицированные типа ТСШ1*; 2Т-К*; 3Т-К*;
-секционные шпиндельные для бурения алмазными долотами типа ТСША*;
-секционные шпиндельные с наклонной линией давления типа АШ*;
-секционные шпиндельные со ступенями гидродинамического торможения типа АГТШ*;
-с плавающими статорами типа ТПС*;
-редукторные типа ТР*;
-турбинные отклонители типа ТО**;
-турбобуры-отклонители с независимой подвеской валов турбинной секции типа ТО2*;
-шпиндель-отклонитель типа ШО1**;
-для отбора образцов пород (керна) — колонковые трубодолота типа КТД*;
-керноприемное устройство типа УКТ**.
2.Винтовые забойные двигатели (ВЗД):
-односекционные типа Д, Д1*;
-секционные типа ДС*, ДЗ*;
-секционные с полым ротором с торсионом типа Д2*, ДГ*.
3. Турбинно-винтовые забойные двигатели (ТВЗД):
-модульные типа ТВД*;
-универсальные типа ТПС-У*;
-унифицированные модульные типа 2ТУ-КД*-
4.Роторно-турбинные и реактивно-турбинные
-роторно-турбинные буры типа IРТБ*, **;
-реактивно-турбинные буры типа IIРТБ**, **.
Турбинные забойные двигатели (турбобуры)
выпускаются с турбинами:
-металлическими цельнолитыми (отливка в земляные формы);
-металлическими составными точного литья (ТЛ);
-пластмассовыми составными (металлические ступицы и пластмассовые проточные части);
-качения (шаровыми, в т. ч. как с уплотнениями, так и без них — проточные).
В связи с постоянным внесением разработчиками НИИ и конструкторами СКБ заводов-изготовителей различных конструктивных усовершенствований и улучшений в технологию изготовления существующих типоразмеров турбобуров и ВЗД возможны некоторые несоответствия исполнения турбобуров и ВЗД, приведенных на рисунках, их энергетическим характеристикам (табл. 101).
Каждый типоразмер турбобура и ВЗД имеет свои характерные конструктивные особенности, отличается размерами и некоторыми деталями, в связи с чем разработаны технические описания и инструкции по сборке и эксплуатации турбобуров ВЗД, ТВЗД и РТБ, поставляемые заводами-изготовителями заказчикам-потребителям в комплекте с ГЗД.
Источник neftegaz.ru