Технология бурения нефтяных и газовых скважин модернизированными винтовыми забойными двигателями (научное обобщение, результаты исследований и внедрения)

Скачать 0.76 Mb.

Название	Технология бурения нефтяных и газовых скважин модернизированными винтовыми забойными двигателями (научное обобщение, результаты исследований и внедрения)
страница	3/6
Дата публикации	04.12.2014
Размер	0.76 Mb.
Тип	Автореферат

100-bal.ru > Физика > Автореферат

1 2 3 4 5 6

Измеряют смешение h винтовой линии модулей и рассчитывают величину угла φ₁ по формуле

φ₁ = 2πh ⁄ l, (1)

где h – смещение винтовой линии, мм; 2π – в град. (360⁰); l – длина окружности, причем l = πd_f; d_f – наружный диаметр ротора по вершинам зубьев, мм.

Изучение изменения диаметрального натяга от соотношений диаметров эластомера и ротора, и его влияние на энергетические характеристики проводили также с учетом разной степени износа РО (после отработки тридцати двигателей Д2-195 в скважине – 20, 40, 60, 80, 100 ч). Для нового двигателя принималось: коэффициент натяга

= 0,10; эксцентриситет е в пределах 4,5 мм; диаметр ротора по вершинам зубьев d_f = 125,54 мм; диаметр эластомера статора по впадинам d_c= 134,76 мм; диаметральный натяг δ = 0,47 мм. Результаты исследований представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Результаты исследования параметров РО и энергетических характеристик Д2-195 в зависимости от времени отработки в скважине

Пор. ном.	Время работы в скважине, ч	Диаметр ротора по вершинам зубьев, мм	Внутренний диаметр статора по впадинам, мм	Диаме-траль-ный натяг, мм	Энергетические характеристики ВЗД (при Q_const=0,030 м³/с; n=10,4 с^-1)
Пор. ном.	Время работы в скважине, ч	Диаметр ротора по вершинам зубьев, мм	Внутренний диаметр статора по впадинам, мм	Диаме-траль-ный натяг, мм	Давление в двигателе, МПа	Момент на валу двигателя, кНм
1	20	125,54	134,76	0,47	6,50	7,200
2	20	125,55	134,95	0,45	6,50	7,180
3	20	125,53	135,16	0,42	6,30	7,190
4	20	125,55	135,33	0,45	6,30	7,200
5	20	125,54	135,28	0,46	6,40	7,175
6	20	125,55	135,41	0,43	6,30	7,180
Среднее значение		125,54	135,29	0,44	6,35	7,185
7	40	125,53	135,57	0,41	5,40	6,720
8	40	125,52	135,54	0,40	5,40	6,870
9	40	125,53	135,61	0,40	5,35	6,532
10	40	125,51	135,78	0,39	5,30	6,250
11	40	125,52	135,76	0,39	6,00	6,045
12	40	125,53	135,89	0,38	5,25	6,105
Среднее значение		125,52	135,49	0,38	5,56	6,38

Продолжение таблицы 3

Пор. ном.	Время работы в скважине, ч	Диаметр ротора по вершинам зубьев, мм	Внутренний диаметр статора по впадинам, мм 4	Диаме-траль-ный натяг, мм	Энергетические характеристики ВЗД (при Q_const=0,030 м³/с; n=10,4 с^-1)
Пор. ном.	Время работы в скважине, ч	Диаметр ротора по вершинам зубьев, мм	Внутренний диаметр статора по впадинам, мм 4	Диаме-траль-ный натяг, мм	Давление в двигателе, МПа	Момент на валу двигателя, кНм
13	60	125,52	136,00	0,31	4,10	5,635
14	60	125,50	136,00	0,32	4,10	5,280
15	60	125,51	136,14	0,33	4,15	5,190
16	60	125,52	136,21	0,32	4,10	4,675
17	60	125,51	136,13	0,31	4,00	4,932
18	60	125,50	136,23	0,30	4,00	4,380
Среднее значение		125,51	136,14	0,32	4,07	4,764
19	80	125,47	136,20	0,28	3,40	3,786
20	80	125,45	136,44	0,27	3,65	3,487
21	80	125,44	136,40	0,28	3,60	3,214
22	80	125,44	136,45	0,29	3,80	2,996
23	80	125,45	136,46	0,28	3,35	2,879
24	80	125,47	136,45	0,27	3,30	2,498
Среднее значение		125,46	136,38	0,28	3,41	3,396
25	100	125,41	136,82	0,26	3,19	2,110
26	100	125,42	137,13	0,27	3,12	2,015
27	100	125,41	137,20	0,26	3,15	2,110
28	100	125,40	137,19	0,25	3,18	2,295
29	100	125,43	137,30	0,25	3,12	2,375
30	100	125,41	137,24	0,26	3,15	2,280
Среднее значение		125,40	137,25	0,25	3,17	2,10

з представленных сведений видно, что средний диаметр ротора по вершинам зубьев после отработки двигателя в скважине 20 часов снизился с 125,55 до 125,52 мм, а диаметр статора по впадинам увеличился с 134,75 до 135,49, при этом средний диаметральный натяг уменьшился с 0,47 до 0,44 мм (рисунок 4).

Рисунок 4 – Изменения параметров РО от времени отработки Д2-195 в условиях скважины
Диаметральный натяг в паре ротор-статор после отработки двигателя в скважине в объеме 40 ч составил 0,38 мм; 60 ч – 0,32 мм; 80 ч – 0,28 мм; 100 ч – 0,25 мм. Средний диаметр ротора по вершинам зубьев после отработки двигателя в скважине в течение 100 ч снизился с 125,55 до 125,40 мм, а диаметр эластомера статора увеличился с 134,76 до 137,25 мм. Износ ротора составляет не более 0,15 мм.

Установлено, что износ РО через 100 часов работы составляет 45 %, из них 33 % (наиболее интенсивный износ резинового эластомера статора) приходится на первые 60-80 ч работы двигателя в скважине. Это обусловлено прочностными характеристиками взаимодействующих поверхностей РО (резина-сталь), повышенным начальным диаметральным натягом, а также высокими гидромеханическими сопротивлениями в рабочих органах при приработке (обкатке) винтовых поверхностей героторного механизма, вызванных действием радиальных сил.

Используя метод экспоненциального сглаживания, разработанный Р. Брауном, оценивалась ожидаемая величина диаметрального натяга в зависимости от изменения диаметров РО через 130 ч отработки двигателя в скважине. Прогнозное значение диаметрального натяга через 130 ч работы двигателя в скважине составит 0,22 мм.

Исследования энергетических характеристик отработанных в условиях скважины двигателей, проводились в переходном режиме от оптимального к тормозному при постоянном расходе технологической жидкости Q=0,030 м³/с и поддержании частоты вращения вала ВЗД от 9,3 до 10,4 с^-1.

Показано, что с уменьшением диаметрального натяга в РО с 0,47 до 0,25 мм перепад давления и момент на валу двигателя снизились: давление с 6,5 до 3,17 МПа; момент с 7,2 до 2,1 кН∙м (рисунок 5).

Снижение энергетических характеристик двигателя приводит к снижению эффективности процесса бурения и в конечном счете к невозможности его дальнейшей эксплуатации (невозможность поддержания требуемых параметров режима бурения).
Р

исунок 5 – Изменение энергетических характеристик Д2-195 от диаметрального натяга при работе ВЗД в экстремальном режиме Q=0,030 м³/с, n=9,3÷10,4 с^-1

Для оценки возможности восстановления работоспособности изношенного двигателя, его дальнейшей эксплуатации проведены исследования влияния угла разворота модулей относительно друг друга на параметры РО (контактные напряжения в РО) и энергетические характеристики (изношенного) двигателя с героторным механизмом модульного исполнения.

Исследования проводились на ВЗД Д2-195, используемые в предыдущих экспериментах, имеющих износ РО более 40 %. Характеристики экспериментального двигателя, отработанного в скважине 100 ч составляли: эксцентриситет е 2,5 мм; диаметр ротора по вершинам зубъев d_f = 125,40 мм; диаметр эластомера статора по впадинам d_c= 137,25 мм; δ = 0,25. Испытания проводились при постоянном расходе технологической жидкости Q=0,030 м³/с.

Результаты исследования влияния угла разворота модулей на энергетические характеристики двигателя модульного исполнения представлены в таблице 4 и на рисунке 6.

Установлено, что с изменением угла разворота модулей от 1 до 3⁰, увеличивается диаметральный натяг с 0,25 мм до 0,47 мм, момент двигателя с 2,0 до 5,9 кН∙м.

Таблица 4 – Результаты исследования энергетических характеристик двигателя модульного исполнения

Пор. ном.	Угол разворота модулей, град	Диаметраль-ный натяг, мм	Энергетические характеристики ВЗД (Q_const=0,030 м³/с)
Пор. ном.	Угол разворота модулей, град	Диаметраль-ный натяг, мм	Давление в двигателе, МПа	Частота вращения, с^-1	Момент на валу двигателя, кНм
1	1	0,29	3,15	12,5	2,0
2	2	0,32	3,25	12	2,6
3	3	0,38	3,52	10,4	4,9
4	4	0,42	3,80	7,6	5,0
5	5	0,46	4,10	4,2	6,0
6	1	0,27	3,05	13,0	2,0
7	2	0,34	3,35	11,2	2,5
8	3	0,37	3,46	10,0	4,8
9	4	0,41	3,85	8,4	5,4
10	5	0,49	4,25	4,9	6,2
11	1	0,28	2,85	12,5	2,1
12	2	0,33	3,20	11,0	3,0
13	3	0,36	3,55	10,8	4,2
14	4	0,43	3,97	8,8	5,3
15	5	0,45	4,12	3,4	5,9
16	1	0,26	2,95	13,5	2,4
17	2	0,31	3,00	10,8	2,9
18	3	0,39	3,64	10,6	4,6
19	4	0,44	3,90	7,2	5,5
20	5	0,48	4,30	4,0	5,9
21	1	0,30	3,10	12,3	3,1
22	2	0,35	3,30	10,5	3,9
23	3	0,40	3,60	9,8	4,5
24	4	0,45	4,15	6,8	5,2
25	5	0,47	4,20	5,1	5,6

Разворот модуля на угол более 4⁰ приводит к увеличению диаметрального натяга до 0,52 мм и росту перепада давления до 4,5 МПа, а также снижению частоты вращения до 5,0 с^-1 (47 об/мин).

Рисунок 6 – Зависимости изменения момента на валу, давления и частоты вращения от угла φ₁разворота модулей

Частота вращения вала ВЗД ниже 70 об/мин не удовлетворяет требованиям работы с моментоемкими долотами матричного исполнения, приводя к снижению механической скорости углубления скважины. Оптимальное значение частоты вращения варьируется от 70 до 120 об/мин. Следовательно, угол разворота модулей φ₁должен составлять от 3 до 4⁰, при этом параметры работы двигателя изменятся. Увеличение частоты вращения составит от 7,4 до 10,0 с^-1, а момента – от 4 до 4,9 кН·м. Рекомендуемые значения угла разворота модулей φ₁ в зависимости от диаметрального натяга для двигателя Д2-195 представлены в таблице 5.
Таблица 5 – Рекомендуемые значения угла разворота модулей φ₁ в зависимости от диаметрального натяга в РО Д2-195

Пор. ном.	Диаметральный натяг отработанного ВЗД, мм	Угол разворота модулей φ₁, град
1	0,22	3-4,5
2	0,25	3-4
3	0,28	2,5-3,5
4	0,31	2-3
5	0,34	1,5-2,5

Изучение крутильных колебаний (вибрации) корпуса двигателя проводилось с отработанными и впоследствии восстановленными (ротор модульного исполнения) винтовыми двигателями типа Д1-195, ДГР-178.6.7.57 и ДГР-178.7/8.37. Технические характеристики экспериментальных двигателей, отработанных в скважине от 90 до 120 ч, составляли: для Д1-195– эксцентриситет е = 4,2 мм; диаметр ротора по вершинам зубьев d_f = 125,40 мм; диаметр эластомера статора по впадинам d_c= 137,25 мм; δ = 0,23 (испытания проводились при постоянном расходе технологической жидкости Q=0,030 м³/с); для ДГР-178.6.7.57 – эксцентриситет е = 8,5 мм; диаметр ротора по вершинам зубьев d_f = 122,10 мм; диаметр эластомера статора по впадинам d_c= 135,25 мм; δ = 0,16 (расход Q=0,032 м³/с); для ДГР-178.7/8.37 – эксцентриситет е 6,2 мм; диаметр ротора по вершинам зубьев d_f = 122,10 мм; диаметр эластомера статора по впадинам d_c= 135,20 мм; δ = 0,13 (расход Q=0,034 м³/с). Угол разворота модулей φ₁варьировался от 3 до 5⁰. Результаты исследования уровня вибрации двигателя до и после восстановления (модульного разделения ротора ВЗД) представлены в таблице 6.

Измерение вибрационных характеристик ВЗД осуществлялось в полосах частот постоянной относительной ширины с возможностью представления их на едином графике.
Таблица 6 – Уровень общей вибрации ДГР-178.7/8.37 до и после (восстановления) модернизации

Виброускорение (дБ) на разных частотах от 1 до 63 Гц фиксировалось в трех взаимно-перпендикулярных направлениях х, у, z с одновременным замером энергетических характеристик ВЗД. Уровни виброскорости (

), виброускорения (

) и амплитуды (А) связаны следующими выражениями:

;

, (2)

, (3)

где

соответственно среднеквадратичные значения виброскорости (м/с) и виброускорения (м/с²);

= 5∙10^-8 – опорное значение виброскорости, м/с;

= 1∙10^-6 – опорное значение виброускорения, м/с².

Результаты исследования вибраций ДГР-178.7/8.37 показали, что виброускорение двигателя (в режиме максимальной мощности) до модернизации на частоте 16 Гц, составляет от 140 до 146 дБ (виброскорость от 0,5 до 0,82 м/с) (рисунок 7). После модернизации (модульного исполнения ротора) уровень виброускорения снизился от 121 до 136 дБ (виброскорость от 0,01 до 0,02 м/с) и его максимальное значение определено (зафиксировано) на частоте 8 Гц (рисунок 8).

Рисунок 7 –

Уровень виброускорения и энергетические характеристики ДГР-178.7/8.37 до восстановления

Рисунок 8 – Уровень виброускорения и энергетические характеристики ДГР-178.7/8.37 после восстановления модульного разделения ротора с углом разворота φ₁=4⁰

Амплитуда двигателя (рисунок 9) после модернизации двигателя снизилась с 8,0 до 2,6 мм. Анализ результатов исследований вибраций двигателя ДГР-178.7/8.37 до и после модернизации показал также снижение вибраций в 1,5 - 2 раза. Снижение крутильных колебаний позволило увеличить устойчивость работы ВЗД в режиме максимальной мощности и восстановить энергетические характеристики героторной машины в среднем на 18-25 %.

Рисунок 9 – Амплитуда биений корпуса ДГР-178.7/8.37 до и после восстановления модульного разделения ротора

Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований послужили основой разработки конструкций ВЗД модульного исполнения и последующих опытно-промысловых испытаний.

1 2 3 4 5 6

Похожие:

	Технология бурения нефтяных и газовых скважин модернизированными... Работа выполнена в Научно-исследовательском и проектном институте технологий строительства скважин (нипи тсс) при Государственном...		“ Бурение скважин с винтовыми забойными двигателями” Автоматизированные системы управления режимом бурения скважин забойными двигателями. 7
	Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников... Бурение нефтяных и газовых скважин" (регистрационный номер 12-0907-Б), утвержденными 16. 05. 2002, ис примерной программой дисциплины...		Методические указания для выполнения самостоятельных работ По Профессиональному модулю пм 01 «Проведение буровых работ в соответствии с технологическим регламентом» мдк 01. 01 «Технология бурения нефтяных и газовых скважин»для...
	Рабочая программа учебной дисциплины история развития бурения нефтяных и газовых скважин Ос спгги) для направления подготовки: 131000 «Нефтегазовое дело» по профилю «Бурение нефтяных и газовых скважин» первого уровня высшего...		Рабочая программа учебной дисциплины бурение нефтяных и газовых скважин скважин Учебная дисциплина "Бурение нефтяных и газовых скважин" — обязательная дисциплина федеральных государственных образовательных стандартов...
	Методические указания по прохождению первой учебной практики для... Одним из важных этапов в подготовке специалистов специальности 090800 «Бурение нефтяных и газовых скважин» является учебная практика...		Реферат: «Информатизация и компьютеризация в бурении нефтяных и газовых... Реферат: «Информатизация и компьютеризация в бурении нефтяных и газовых скважин» фтпу 1-21/1
	Техническое задание читать в следующей редакции Изменения закупочной документацию на проведение запроса предложений на право заключения договоров на поставку и шеф-монтаж буровых...		Компьютеризация 3d отображений нефтяных пластов (тема реферата) Кафедры бурение нефтяных и газовых скважин (бнгс); транспорт и хранение нефти и газа (тхнг)
	Методические указания для выполнения самостоятельных работ По учебной дисциплине Методические указания и задания для студентов по выполнению самостоятельных работ по дисциплине «Бурение нефтяных и газовых скважин»для...		«Контроль скважины. Управление скважиной при газонефтепроявлениях... Учебный курс предназначен для обучения специалистов по теме «Контроль скважины. Управление скважиной при газонефтепроявлениях с правом...
	Основная образовательная программа высшего профессионального образования направление подготовки «Методология ремонтно-изоляционных работ и восстановление нефтяных и газовых скважин»		Институт химии нефти Исследование порошкообразного кислотного состава "Нетрол" в качестве реагента для кислотных обработок призабойных зон нефтяных и...
	130203. 65 Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых,... Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых, специализация «Технология бурения геологоразведочных скважин», форма...		Компьютеризация процессов проектирования, обустройства и разработки... Кафедры бурение нефтяных и газовых скважин (бнгс); транспорт и хранение нефти и газа (тхнг)

Школьные материалы