ОБЗОР КОНСТРУКЦИИ ВИНТОВОГО ЗАБОЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ПРИМЕРЕ СИСТЕМЫ NAVI-DRILL

OVERVIEW OF THE DESIGN OF A SCREW DOWNHOLE MOTOR USING THE EXAMPLE OF THE NAVI-DRILL SYSTEM

Alzubair Abakar

student, Department of Oil and Gas Drilling, gr. VPSm-22-1, Tyumen Industrial University,

Russia, Tyumen

Galina Sheshukova

scientific supervisor, Associate Professor, Candidate of Technical Sciences, Tyumen Industrial University,

Russia, Tyumen

АННОТАЦИЯ

В настоящее время винтовые забойные двигатели широко используются в бурении наклонно-направленных скважин в ведущих нефтяных компаниях. В данной статье рассмотрена конструкция винтового забойного двигателя на примере системы NAVI-DRIL.

ABSTRACT

Currently, screw downhole motors are widely used in drilling vertical and directional wells in leading oil companies. This article discusses the design of a screw downhole engine using the NAVI-DRIL system as an example.

Ключевые слова: наклонно-направленное бурение; винтовой забойный двигатель; крутящий момент; частота вращения.

Keywords: directional drilling; screw downhole motor; torque; rotation speed.

Винтовые забойные двигатели (ВЗД) используются в качестве забойного привода при выполнении операций глубокого бурения. С момента своего появления в 1976 году забойные винтовые двигатели марки Navi-Drill стали стандартом производительности и надежности в нефтегазовой отрасли. Эти двигатели применяются на тысячах наклонных и горизонтальных скважин во всем мире.

В основе принципа работы силовой секции винтового забойного двигателя лежит изобретение гидравлического насоса объёмного ротационного типа Рене Мойнью (рисунок 1). Геликоидальный ротор с одним или более рабочими зубьями будет производить вращение, если его эксцентрично расположить в статоре, у которого на один рабочий зуб больше, чем у ротора. Силовая секция включает в себя два компонента: статор и ротор.

Статор выполнен в виде стального корпуса, к внутренней поверхности которого привулканизирована резиновая обкладка с внутренними винтовыми зубьями левого направления. Ротор представляет собой стальной стержень с зубьями на наружной по верхности также левого направления, число которых на единицу меньше, чем у статора. Ось ротора (рис. 2) смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зуба. Ротор и статор образуют ряд изолированных камер, так что при подаче промывочной жидкости в ВЗД ротор совершает эксцентричное вращательное движение по отношению к статору, пропуская промывочную жидкость и при этом передавая вращательную энергию на приводную секцию и долото. [1].

Рисунок 1. Профили поперечных сечений РО одновинтовых гидромашин с различным кинематическим отношением

Выходные характеристики и эффективность работы двигательной секции определяются следующими конструкторскими критериями:

• Заходность;
• Шаг винтовой линии;
• Посадка (с натягом или зазором) сопрягаемых ротора и статора;
• Тип эластомера.

Заходность означает отношение количества зубьев ротора и статора. Применяя ротор/статор с различным числом зубьев, возможно изменить частоту вращения и момент на выходном валу. При понижении количества зубьев возрастает частота вращения, а при его увеличении возрастает крутящий момент (рисунок 2).

Рисунок 2. Зависимость крутящего момента и частоты вращения от числа заходов двигателя

Шаг винтовой линии – это смещение точки вдоль образующей за один оборот. Двигательные секции могут классифицироваться по ступеням. При большем количестве ступеней двигательная секция способна работать при более высоком общем перепаде давления, что, в свою очередь, обеспечивает больший крутящий момент на ротор.

Посадка – это натяг или зазор между статором и ротором. Каждой двигательной секции присуща определенная посадка для оптимизации ее эксплуатационных качеств. Многие конфигурации предусматривают варианты с большей посадкой, специально предназначенной для компенсации набухания эластомера, вызванного температурой или буровым раствором.

Эластомер, привулканизированный внутри статора, определяет общие эксплуатационные характеристики, совместимость с различными буровыми растворами и предельные величины рабочей температуры. Материал эластомера должен быть достаточно жестким для того, чтобы выдерживать истирание и износ под воздействием твердой фазы бурового раствора, и в то же время достаточно эластичным для того, чтобы обеспечивать уплотнение под давлением между ротором и статором.

Двигатель может быть использован в качестве отклонителя. Для этого применяется отклоняющее устройство (косой переводник). Желаемый угол может быть установлен в пределах от нуля до двух или трех градусов с различными приращениями прямо на месторождении. Данная конструкция обеспечивает широкий диапазон набора кривизны для бурения наклонно-направленных, горизонтальных скважин и боковых стволов.

Общепризнанно, что эффективный забойный двигатель, подобранный под буровое долото и пласт, обеспечивает лучшую скорость проходки, чем роторное бурение.

Список литературы:

1. Краткое руководство по забойным двигателям Navi-Drill/Baker Hughes Incorporate//Издание 10е, ред. C, январь 2006.
2. Двойников М.В. Совершенствование винтовых забойных двигателей для бурения скважин: Монография / М.В. Двойников, В.П. Овчинников, А.В. Будько, П.В. Овчинников, А.И. Шиверских – Текст: непосредственный. // Тюмень: ООО «Печатник», 2010. – 141 с.