Технология бурения нефтяных и газовых скважин модернизированными винтовыми забойными двигателями (научное обобщение, результаты исследований и внедрения)
Скачать 0.76 Mb.
|
В пятом разделе представлено описание конструкторских разработок: моментоемких ВЗД; устройств, повышающих пусковые характеристики объемных двигателей; двигателя с увеличенным моторесурсом модульного исполнения. Ранее отмечалось, что крутильные колебания двигателя, снижающие запас устойчивости (потерю мощности) ВЗД, связаны с конструктивными особенностями планетарного редуктора - героторного механизма. Уровень крутильных колебаний двигателя, влияющих на устойчивость его работы, зависит от инерционных  и гидравлических  сил действующих на ротор: , (20)  , (21)где МИНД – индикаторный момент, МИНД = МИНД – МС (МС – момент механических сопротивлений);  – эксцентриситет;  – количество зубьев статора и ротора;  – масса ротора;  – угловая скорость.Величина гидравлической силы , а также длина уплотнительной части контактной линии  и угол давления  влияют на изменение удельной нормальной нагрузки в точке контакта зубьев РО: , (22)где  – коэффициент влияния натяга в паре,  ;  – коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине контактных линий.Ранее отмечалось, что износ РО двигателя после его работы в скважине более 100 ч приводит к невозможности дальнейшей его эксплуатации, а также крутильные колебания (вибрации), вызванные конструктивными особенностями героторного механизма отрицательно влияют на устойчивость (потери мощности) его работы. В результате износа поверхностей РО изменяются геометрические параметры героторного механизма, двигателя (диаметральный натяг, эксцентриситет и т.д.), влияющие на энергетические показатели ВЗД. Например, диаметральный натяг у нового двигателя Д2-195 составляет 0,4 мм, после его отработки в скважине от 80 до 100 ч он снижается от 0,26 до 0,21 мм. Восстановление РО методами нанесения нового покрытия на винтовую поверхность ротора (наплавка, хромирование) и изготовление эластомера статора является экономически нецелесообразным. Для восстановления энергетических характеристик двигателей героторного механизма требуется увеличение контактных напряжений в РО с сохранением запаса устойчивости работы двигателя. Контактные напряжения зависят от удельной нормальной нагрузки  в точках касания РО (формула Герца): , (23)где  – модуль упругости материалов РО;  – коэффициент Пуассона;  – приведенный радиус кривизны сопряженных поверхностей.Увеличение устойчивости работы ВЗД из-за снижения крутильных колебаний (снижения величины и увеличения ), увеличения индикаторного момента МИНД и контактных напряжений  возможны при изменении эксцентриситета двигателя, который достигается тем, что в героторной машине (рисунок 14а), включающей героторный механизм, содержащий статор 1 с внутренними винтовыми зубьями, ротор 2 с наружными винтовыми зубьями, число которых на единицу меньше числа внутренних винтовых зубьев статора, причем внутренние винтовые зубья статора выполнены из упругоэластичного материала, например, резины, привулканизованной к внутренней поверхности статора, ротор героторного механизма разделен по окончанию шагов винтовых линии Т2 на несколько частей (модулей) – 3, 4 и 5 (патент на изобретение №2345208, патент на полезную модель №70292).Модули соосно объединены резьбовым соединением 6 (например, муфтой), при этом ось  модуля 4 развернута на угол φ по окончании шага Т2 винтовой линией относительно неподвижного статора, а относительно оси  модуля 3 и 5 на угол φ1. Значения углов φ и φ1 соответствуют максимальному контактному напряжению при зацеплении зубьев ротора и статора:φ =  ; φ1 =  , (24)где  – число зубьев статора и ротора. Рисунок 14 – Двигатель с увеличенным моторесурсом: а – героторный механизм; б – торцевой разрез объединенных модулей При развороте модуля 4 на угол φ1 его зубья 7 перемещаются по образующей зубьев статора (из впадины статора φ1 = 0 град.) к вершине зуба (разрез Б-Б). В зависимости от угла разворота модуля 4 происходит смещение осей модулей 3 и 5 на величину h (см. рисунок 14 б). Величина смещения h оси модуля 4 влияет на снижение эксцентриситета модулей 3 и 5 и составляет  . Снижение эксцентриситета в РО героторного механизма модульного исполнения способствует увеличению , возрастанию контактных напряжений на выступах зубъев 8 модулей 3 и 5 (общего диаметрального натяга  ), а также снижению инерционной силы , влияющей на уровень крутильных колебаний ВЗД. Реализация изложенного осуществлена в условиях филиала Уренгой бурение ООО «Газпром бурение» ОАО «Газпром», где восстановлены и прошли испытания опытные образцы ВЗД: Д1-195, ДГР-178.7/8.37 и ДГР-178.6/7.57, отработавшие в скважине от 100 до 160 ч. Визуальный их осмотр и замеры РО показали наличие потерь диаметрального натяга от 40 до 90 % в паре ротор – статор, а также механических повреждений как статора (углубления «царапины» на упругоэластичной обкладке глубиной от 2 до 4,5 мм и шириной до 5 мм), и ротора от 0,5 до 1,2 мм и шириной до 4,3 мм. Модернизация двигателей состояла из следующих этапов: проведение стендовых испытаний (с изношенной винтовой парой); токарные и фрезерные работы; сборка и испытание опытного образца. Токарные и фрезерные работы включали пошаговое разделение ротора на три части (модуля) – длина 1 и 2 модуля соответственно по 760 мм, длина 3 модуля 380 мм для Д1-195 и по 1200 мм для ДГР-178, а также изготовление соединительных переводников. Сборку опытных образцов двигателей производили с разными углами разворота осей модулей ротора (φ1) - от 3 до 50. Угол разворота φ1 составлял: Д1-195 – 30; ДГР-178.7/8.37 – 40; ДГР-178.6/7.57 – 50. Испытания показали, что максимальный момент на валу двигателя Д1-195 (с сохранением требуемой частоты вращения n для объёмного разрушения породы и производительности насоса Q=0,032 м3/с), до его восстановления составлял 1,4 кН·м, показатель максимального тормозного момента (до полной остановки ВЗД, при n = 0) варьировался от 2,7 до 3,0 кН·м; после его восстановления Д1-195В - момент на валу возрос с 2,9 ÷ 3,5 кН·м (в рабочем – оптимальном режиме работы двигателя с сохранением показателя частоты вращения 1,82 с-1 и Q=0,032 м3/с); максимальный тормозной момент (экстремальный режим работы ВЗД) – до 4,0 ÷ 4,5 кН·м (рисунок 15).  Рисунок 15 – Стендовые характеристики двигателя Д1-195 до и после восстановления Таким образом, результаты испытаний двигателя до и после восстановления Д1-195 подтвердили возможность увеличения его технических характеристик. Испытание двигателей ДГР-178.6/7.57 и ДГР-178.7/8.37. до и после модернизации также подтвердило снижение крутильных колебаний, повышение устойчивости их работы и увеличение энергетических характеристик в среднем на 17 %. В результате анализа существующих конструкций ВЗД предложены на уровне изобретений ряд конструкторских компоновок и способов их применения: устройство для бурения скважин (патент №2260106), включающее применение тангенциального преобразователя потока (ТПП) бурового раствора, обеспечивающее повышение пусковых характеристик ВЗД; устройство для бурения скважин и способ его применения (патент №2334072), содержащее две независимые пары (РО) разной геометрии (дифференциальный героторный механизм), обеспечивающее создание требуемого момента на валу двигателя из-за увеличения объема рабочих камер героторного механизма; устройство для бурения скважин, обеспечивающее снижение поперечных вибраций ВЗД при устранении эксцентриситета в РО героторного механизма (патент №2334071); бесшпиндельный винтовой забойный двигатель, обеспечивающий повышение эффективности бурения горизонтальных участков скважины, из-за снижения габаритных размеров и осевых вибраций двигателя (патент №2341637); устройство для бурения скважин (патент №2313648), повышающее момент на долоте при углублении скважин с горизонтальным окончанием, при применении вращающегося корпуса ВЗД. В шестом разделе представлены результаты опытно-промышленного внедрения разработанных двигателей модульного исполнения Д1-195В №36, ДГР-178.6/7.57 №73 и ДГР-178.7/8.37 №83, отработавших ранее в скважине от 120 до 160 ч и методики определения фактической нагрузки на долото и частоты вращения БК. Опытно-промысловые испытания винтового двигателя Д1-195В №36 осуществлялись при бурении вертикальных участков в интервале с 1400 до 2000 м на скв. 20901 Заполярного месторождения и скв. 902.1 Харвутинской площади Ямбургского месторождения в интервале 1250 – 1846 м. Согласно утвержденному плану работ, компоновка низа бурильной колонны (КНБК) включала: долото БИТ 2 215,9-МС; калибратор КЛС 215,9; Д1-195В; КП 215,9 (верхний); УБТ 158,8-60 м. Перед бурением вышеуказанных интервалов осуществлялся запуск двигателя без нагрузки, расход поддерживался в пределах 0,032-0,034 м3/с, давление на манифольде составляло 6,5 МПа (двигатель отработан в холостом режиме 10 мин). Затем производилось углубление скважины с плавным повышением осевой нагрузки на долото. Бурение скв. 902.1 осуществлялось из-под технической колонны. Компоновка низа бурильной колонны включала: БИТ2 215,9-МС; калибратор КЛС 215,9; Д1-195В; УБТ 158,8-54 м. Остановок по причине отказа двигателя не наблюдалось. Опытно-промышленное испытание двигателей модульного исполнения ДГР-178.7/8.37 и ДГР-178.6/7.57 №73 осуществлялось при бурении скв. 966.1, 966.2 и 24603 Ямбургского ГКМ. При углублении скважин КНБК включала: БИТ 220,7; восстановленный модульный двигатель с углом перекоса регулируемого переводника 1 град. 30 мин; клапан обратный (КОБ) и телеметрическую навигационную систему Sperri-San. Двигатели отработали в скважине до проектной глубины. В таблице 9 представлены сведения о результатах опытно-промышленных испытаний двигателей модульного исполнения. Таблица 9 – Опытно-промышленные испытания двигателей модульного исполнения Д1-195В №36, ДГР-178.6/7.57 №73 и ДГР-178.7/8.37 №83
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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) |
