Буровая установка глубокого бурения УРАЛМАШ 5000/320 ДГУ-1

отчет по практике

7.2 Тип и конструкция забойного двигателя, тип и конструкция системы верхнего привода

Забойный (погружной) двигатель используют при вращательном бурении: долото внедряется в породу в результате одновременного действия осевого усилия (нагрузки), направленного перпендикулярно к плоскости забоя, и окружного усилия от вращающего момента. Двигатель расположен у забоя скважины, над долотом (турбобур, винтобур, электробур).

Рисунок 17. Действие турбины

· Турбобур представляет собой забойный гидравлический двигатель, снабженный осевой опорой, в котором гидравлическая энергия потока бурового раствора преобразуется в механическую работу вала, к которому прикрепляют породоразрушающий инструмент. Основная часть турбобура - турбина (рисунок 17). В турбинах работа совершается в результате изменения количества движения жидкости. Турбина состоит из большого числа (более сотни) одинаковых ступеней. Каждая ступень турбины состоит из двух частей: вращающейся, соединенной с валом турбобура - ротором, и неподвижной, закрепленной в корпусе турбобура - стартором. В турбинах работа совершается в результате изменения количества движения жидкости.

Различные условия, в которых работают турбобуры, привели к необходимости создания нескольких конструктивных разновидностей турбобуров: односекционные бесшпиндельные, односекционные шпиндельные, двухсекционные шпиндельные, трехсекционные шпиндельные (таблица 6).

Таблица 6

Технические характеристики основных турбобуров

** без массы шпинделя

Рисунок 25. Односекционный турбобур

Рисунок 17. Реактивно-турбинный агрегат РТБ-11-590

1. Турбобуры типа Т12 применяют для бурения верхних интервалов скважин шарошечными долотами и комплектования реактивно-турбинных агрегатов для бурения стволов большого диаметра методом реактивно-турбинного бурения.

Для бурения верхних интервалов глубоких скважин, имеющих диаметры 394-920 мм и более, применяют реактивно-турбинные агрегаты (рисунок 17), у которых два турбобура размещены параллельно и жестко соединены между собой (для бурения скважин диаметром 1730-2660 мм созданы и применяются в горнорудной промышленности агрегаты, укомплектованные тремя и даже четырьмя турбобурами). Вращаясь от вала турбобуров, долота получают дополнительное переносное движение вокруг оси агрегата, вращающегося только за счет сил реакции забоя, либо за счет сил реакции забоя и принудительного вращения агрегата с поверхности через бурильную колонну.

2. Секционные турбобуры типа ТС (рисунок 17) применяют для бурения глубоких скважин шарошечными долотами. Турбобуры состоят из двух и более секций, каждую из которых собирают из 100 ступеней турбин в отдельном корпусе.

Рисунок 27. Секционный турбобур ЗТС

3. Турбобуры типа КТД (колонковое турбодолото) предназначены для отбора керна при бурении скважин. Конструкция КТД предусматривает применение съемной грунтоноски, обеспечивающей отбор керна без подъема бурильных труб до полной обработки бурильной головки. Для этого в верхней части грунтоноски имеется бурт для захвата ее ловителем (шлипсом), спускаемым в бурильную колонну при помощи специальной лебедки.

4. Турбобуры секционные шпиндельные и турбобуры шпиндельные унифицированные состоят из трех турбинных и одной шпиндельной секции. Они позволяют: бурить шарошечными долотами с обычной схемой промывки, гидромониторными и алмазными долотами; изменять секциональность в зависимости от условий бурения; производить смену отработанных шпинделей без разборки секций; увеличивать величину вращающего момента при снижении числа оборотов за счет применения трихоходных турбин, выполненных методом точного литья. В каждой турбинной секции размещено около 100 ступеней турбины, по четыре радиальные опоры и по три ступени предохранительной осевой пяты. Созданием шпиндельного турбобура был решен ряд задач, связанных с улучшением энергетических характеристик и эксплуатационных качеств турбобура, значительно уменьшены утечки жидкости из-под ниппеля при увеличенных перепадах давления на долото, повышена прочность валов.

Винтовой двигатель (ВЗД) по сравнению с другими типами забойных гидравлических двигателей имеет ряд преимуществ:

- существует возможность контроля за работой двигателя по изменению давления на стояке насосов;

- перепад давления на двигателе создает возможность применения высокопроизводительных гидромониторных долот.

По принципу действия ВЗД представляет собой планетарно-роторную гидравлическую машину объемного типа с внутренним косозубым зацеплением (рисунок 18).

Рисунок 18. Поперечное сечение рабочих органов ВЗД

ВЗД содержит следующие основные узлы: секцию двигателя, секцию шпиндельную, переливной клапан и карданный вал (рисунок 19). Через переливной клапан осуществляется слив бурового раствора из бурильных труб при подъеме колонны с эксцентрично (планетарно) вращающегося ротора на вал шпиндельской секции. Шпиндельская секция служит для передачи осевого усилия с бурильных труб на долото.

Выпускаются ВЗД конструкция которых усовершенствована за счет применения облегченного пустотелого ротора, в полости которого размещается торсион. Уменьшение массы ротора и замена карданного вала торсионом позволили повысить КПД и надежность двигателя.

Рисунок 19. ВЗД Д1-195

Рисунок 20. Схема редуктора-вставки

Винтовой двигатель (ВЗД) по сравнению с другими типами забойных гидравлических двигателей имеет ряд преимуществ:

- существует возможность контроля за работой двигателя по изменению давления на стояке насосов;

- перепад давления на двигателе создает возможность применения высокопроизводительных гидромониторных долот.

По принципу действия ВЗД представляет собой планетарно-роторную гидравлическую машину объемного типа с внутренним косозубым зацеплением (рисунок 30).

Рисунок 21. Поперечное сечение рабочих органов ВЗД

ВЗД содержит следующие основные узлы: секцию двигателя, секцию шпиндельную, переливной клапан и карданный вал (рисунок 20). Через переливной клапан осуществляется слив бурового раствора из бурильных труб при подъеме колонны с эксцентрично (планетарно) вращающегося ротора на вал шпиндельской секции. Шпиндельская секция служит для передачи осевого усилия с бурильных труб на долото.

Выпускаются ВЗД конструкция которых усовершенствована за счет применения облегченного пустотелого ротора, в полости которого размещается торсион. Уменьшение массы ротора и замена карданного вала торсионом позволили повысить КПД и надежность двигателя.

Рисунок 22. ВЗД Д1-195

Рисунок 23. Схема бурения электробуром

· Электробур - это буровая забойная машина, приводимая в действие электрической энергией и сообщающая вращательное движение породоразрушающему инструменту (рисунок 23).

Рисунок 24. Бурильная труба с двухпроводной кабельной секцией

1. Двухконтактный стержень

2. Опора стержня

3. Ниппель замка

4. Бурильная труба

5. Двужильный шланговый кабель

6. Муфта замка

7. Сухарь

8. Опора муфты

9. Двухконтактная муфта

Электроэнергия к электробуру подается по кабелю, подведенному к буровому шлангу, соединенному посредством токоприемника с кабелем, вмонтированным в бурильные трубы. Токоприемник представляет собой систему контактных колец и щеток, которые помещены в герметически закрытом корпусе, предохраняющем их от попадания бурового раствора. Подвод электроэнергии через контактные кольца и щетки позволяет вращать колонну бурильных труб, не нарушая подвода тока к электробуру. Кабель (трех- или двужильный) вмонтирован в бурильные трубы отрезками, которые при свинчивании труб автоматически соединяются специальными муфтами, укрепленными в бурильных замках (рисунок24).

Электробур состоит из маслонаполненного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и шпинделя (рисунок 34).

Вращающий момент двигателя передается на вал шпинделя через зубчатую муфту (24). Стык валов уплотняется шарнирной втулкой (23) с резиновыми кольцами. Через центральное отверстие в валах двигателя и шпинделя пропускается буровой раствор. Для снижения частоты вращения долота и повышения вращающегося момента, подводимого к долоту, применяют редукторы-вставки, устанавливаемые между двигателем и шпинделем.

Рисунок 25. Электробур

Система верхнего привода (СВП) - важный элемент буровой установки, который представляет собой подвижный вращатель, совмещающий функции вертлюга и ротора, оснащенный комплексом средств для работы с бурильными трубами при выполнении спускоподъемных операций. СВП предназначена для быстрой и безаварийной проводки вертикальных, наклонно-направленных и горизонтальных скважин при бурении.

Функции СВП:

· Вращение бурильной колонны с регулированием частоты при бурении, проработке и расширении ствола скважины, при подъеме/спуске бурильной колонны;

· Торможение бурильной колонны и её удержание в заданном положении;

· Обеспечение проведения спускоподъемных операций в том числе:

- наращивание/разборка бурильной колонны свечами и одиночными трубами;

- свинчивание / развинчивание бурильных труб, докрепление / раскрепление резьбовых соединений переводников и шаровых кранов;

- подача бурильных труб к стволу/удаление от ствола вертлюга.

· Проведение операций по спуску обсадных колонн в скважину;

· Промывка скважины и одновременное проворачивание бурильной колонны;

· Задание и обеспечение величин крутящего момента и частоты вращения, их измерение и вывод показаний на дисплей шкафа управления, выносной дисплей, пульт управления и на станцию геолого-технических исследований;

· Дистанционное управление;

· Герметизация внутритрубного пространства шаровыми кранами.

Преимущества СВП:

· Экономия времени в процессе наращивания труб при бурении;

· Уменьшение вероятности прихватов бурового инструмента;

· Расширение/проработка ствола скважины при спуске и подъеме инструмента;

· Повышение точности проводки скважин при направленном бурении;

· Повышение безопасности буровой бригады;

· Снижение вероятности выброса флюида из скважины через бурильную колонну;

· Облегчение спуска обсадных труб в зонах осложнений за счет вращения и промывки;

· Повышение качества керна.

Типы СВП по способу питания:

· Электрический (постоянный ток, переменный ток);

· Гидравлический.

Типы СВП по способу применения:

· Морские;

· Сухопутные;

· Стационарные;

· Мобильные.

Рисунок 26

Система верхнего привода

1. Вертлюг-редуктор

2. Штропы вертлюга-редуктора

3. Талевая система

4. Электродвигатель постоянного тока

5. Диско-колодочный тормоз

6. Рама с роликами (каретка)

7. Блок роликовый

8. Система разгрузки резьбы

9. Трубный манипулятор

10. Вертлюжная головка

11. Штропы элеватора

12. Гидроцилиндры отвода штропов элеватора

13. Трубный зажим

Конструкция СВП:

Подвижная часть системы верхнего привода состоит из вертлюга-редуктора, подвешенного на штропах на траверсе талевого блока.

На верхней крышке вертлюга-редуктора предусмотрен взрывозащищенный электродвигатель постоянного тока. Один конец вала электродвигателя посредством эластичной муфты присоединен к быстроходному валу редуктора. На противоположном конце - диско-колодочный тормоз. К корпусу вертлюга-редуктора крепится рама, через неё блоком роликов передается крутящий момент на направляющие и с них - на вышку. Между талевым блоком и вертлюгом-редуктором установлена система разгрузки резьбы, она обеспечивает автоматический вывод резьбовой части ниппеля замка бурильной трубы из муфты при развинчивании и ход ниппеля при свинчивании замка. Повреждение резьбы при этом исключается.

Трубный манипулятор под действием зубчатой пары с приводом от гидромотора может поворачивать элеватор в любую необходимую сторону: на мостки, на шурф для наращивания и т.д.

Трубный зажим нужен для захвата и удержания от вращения верхней муфты трубы во время свинчивания/развинчивания с ней ствола вертлюга.

Между ниппелем и стволом вертлюга навернут ручной шаровой кран для неоперативного перекрытия внутреннего отверстия ствола вертлюга.

Для оперативного перекрытия отверстия ствола вертлюга перед отводом установлен внутренний превентор (двойной шаровой кран), который также служит для удержания остатков промывочной жидкости после отвинчивания бурильной колонны.

Вертлюжная головка служит для передачи рабочей жидкости с невращающейся части СВП на вращающуюся часть и позволяет не отсоединять гидравлические линии, когда трубный манипулятор вращается с бурильной колонной при бурении, при проработке скважины или позиционировании механизма отклонения штропов элеватора.

Система отклонения штропов предназначена для отвода/подвода элеватора к центру скважины. Система отклонения штропов представляет собой штропы, подвешенные на боковых рогах траверсы. К штропам крепятся гидроцилиндры отклонения штропов.

В начале 2000-х годов в России стали предприниматься попытки создания СВП. В 2003 году петербургская компания "ПромТехИнвест" выпустила первый в России верхний привод, также выпускаются СВП компанией ООО "Уралмаш НГО Холдинг".

Таблица 7

Делись добром ;)