для какой цели в винтовом забойном двигателе используется переливной редукционный клапан

Винтовые забойные двигатели (ВЗД)

Винтовые забойные двигатели предназначены для бурения глубоких вертикальных, наклонно направленных и горизонтальных скважин различного

Винтовые забойные двигатели предназначены:

Диаметр винтовых забойных двигателей обычно составляет 54-230 мм, они применимы в бурении и капитальном ремонте скважин (КРС).

Винтовые забойные двигатели имеют в своем составе:

По принципу действия ВЗД является объемной (гидростатической) машиной, многозаходные рабочие органы которой представляют собой планетарно-роторный механизм с внутренним косозубым зацеплением.

Односекционные ВЗД типа Д включают двигательную и шпиндельную секции и переливной клапан, корпусы которых соединяются между собой с помощью конических резьб (рисунок).

Рабочими органами двигательной секции являются многозаходные винтовые ротор и статор. Внутри стального статора привулканизирована резиновая обкладка с винтовыми зубьями левого направления. На наружной поверхности стального ротора нарезаны зубья того же направления. Число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев статора, а отношение шагов винтовых линий пропорционально числу зубьев.

Узел соединения ротора и выходного вала шпинделя, который может быть выполнен в виде двухшарнирного карданного соединения или гибкого вала, предназначен для преобразования планетарного движения ротора в соосное вращение вала шпинделя и передачи осевой гидравлической силы с ротора на подшипник шпинделя.

С целью уменьшения угла перекоса шарниры разнесены по длине и соединены между собой по конусным поверхностям посредством промежуточной (соединительной) трубы. Присоединение карданного вала к ротору и валу шпинделя достигается с помощью конусно-шлицевых соединений. Благодаря такой конструкции на выходной вал двигателя передается высокий момент силы при низкой его частоте вращения, а также обеспечивается высокая долговечность и надежность работы двигателя, что позволяет эффективно использовать его в сочетании с современными высокопроизводительными долотами с герметизированными маслонаполненными опорами при сравнительно высоких осевых нагрузках.

На нижнем конце выходного вала установлен наддолотный переводник для соединения вала с долотом.

Для применения гидромониторных долот с целью снижения утечек бурового раствора в опорном узле двигателя монтируется уплотнение (сальниковое устройство торцевого типа с твердосплавными уплотняющими элементами), обеспечивающее бурение при перепадах давления на долоте до 8. 10 МП а.

Переливной клапан служит для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством в процессе проведения спуско-подъемных операций в скважине с целью снижения гидродинамического воздействия па проходимые породы при спуске и подъеме бурильной колонны, исключения холостого вращения вала двигателя и потерь бурового раствора при указанных операциях.

Основные конструктивные параметры односекционных ВЗД типа Д и их энергетические характеристики при различных расходах бурового раствора плотностью 1000 кг/м3 (на воде) приведены в табл. 104.

ВЗД разработаны на уровне лучших мировых образцов. Большинство отечественных конструкторских и технологических решений выполнены на уровне изобретений, защищены авторскими свидетельствами и запатентованы во многих зарубежных странах.

Секционные винтовые забойные гидравлические двигатели типа ДС (ДС-195) предназначены для бурения вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения с использованием буровых растворов при температуре не выше 373 К.

Секционный забойный двигатель ДС-195 собирается в промысловых условиях из двух-трех двигательных секций, состоящих из винтовых пар серийных двигателей Д 1-195 и одной шпиндельной секции с шаровой или резинометаллической опорой. Они выпускаются наружным диаметром 195 мм и применяются при бурении скважин шарошечными и безопорнымн долотами различных типоразмеров и серий в соответствии с рекомендуемыми технологически требуемыми зазорами между корпусом этих двигателей и стенками скважин в конкретных геолого-технических условиях месторождений.

Для секционирования рабочих органов двигателя разработаны различные варианты сочленения роторов и статоров и приспособления для осуществления их сборки. Конструктивное исполнение секционных винтовых двигателей может быть следующим:

? сборка с ориентированием рабочих органов по винтовой линии с жестким соединением статоров и роторов с помощью переводника (рисунок);

? сборка без ориентирования рабочих органов с жестким соединением статоров и соединением роторов с помощью шарнира (рисунок) или гибкого вала (рисунок).

Сочленение на конусах может быть надежным при выполнении обязательного условия установки сверху винтовой пары с меньшим зазором, т. е. верхняя секция должна быть ведущей. В противном случае возможен подъем верхней секции ротора и рассоединение конусов и, как следствие, нарушение сочленения.

Для соединения ротора двигательной секции с валом шпиндельной секции может применяться карданный или гибкий вал.

Секционный двигатель позволяет работать при перепадах давления в насадках используемых долот до 8. 10 МПа.

Основные конструктивные параметры секционных ВЗД типа Д2 и их энергетические характеристики при различных расходах бурового раствора плотностью 1000 кг/м3 (на воде) приведены в табл. 104.

Изготовители: См. табл. 104

Винтовые забойные двигатели с полым ротором (рисунок). Отличительной особенностью этих двигателей является выполнение полого ротора и соединение ротора с валом шпинделя через торсион, размещенный внутри ротора. Ротор изготавливается из трубной заготовки методом фрезерования или еще более перспективным методом штамповки из тонкостенной трубы.

Уменьшение массы ротора и применение торснона, размещенного в роторе, позволили уменьшить длину и массу двигателей на 10. 15 %, а также существенно (в 3. 4 раза) увеличить стойкость узла соединения ротора с валом двигателя. Кроме того, такая конструкция двигателя позволяет улучшить энергетическую характеристику двигателя, повысить его КПД и в 2. 4 раза снизить уровень вибраций двигателя.

За счет унификации присоединительных элементов рабочих органов и торсиона эти двигатели могут быть секционированы, что позволяет повысить момент силы на валу и мощность, а также значительно увеличить срок службы рабочих органов.

В двигателях применяется простой и надежный переливной клапан манжетного типа.

Технические решения, использованные в конструкции ВЗД, защищены авторскими свидетельствами и патентами во многих странах.

Основные конструктивные параметры ВЗД с полым ротором и их энергетические характеристики при различных расходах бурового раствора плотностью 1000 кг/м3 (на воде) приведены в табл. 104.

Винтовые забойные двигатели типа ДГ предназначены для бурения горизонтальных скважин, в т. ч. с малым радиусом искривления.

В отличие от других ВЗД двигатель имеет укороченный шпиндель, оснащен опорноцентрирующими элементами и корпусными шарнирами, обеспечивающими эффективную проводку горизонтальных скважин по заданной траектории.

Основные конструктивные параметры и энергетические характеристики винтовых забойных двигателей типа ДГ при различных расходах бурового раствора плотностью 1000 кг/м-1 (на воде) приведены в табл. 104.

Источник

Переливной клапан забойного двигателя

Владельцы патента RU 2407876:

Изобретение относится к устройствам для бурения глубоких скважин забойными двигателями, предназначенным для заполнения и опорожнения колонны бурильных труб при спускоподъемных операциях. Переливной клапан включает соосные между собой системы корпуса и поршня, первая из которых содержит патрубок с каналами, гидравлически сообщающими полость внутри корпуса с затрубным пространством, гильзу гидроцилиндра, замыкатель клапана, ограничители хода поршня, а вторая содержит поршень гидроцилиндра с центральным каналом, переключатель клапана с перепускными каналами для сообщения центрального канала с кольцевой полостью, пружину сжатия с упорными регулировочными кольцами, удерживающую поршень с переключателем в верхнем положении. Пружина сжатия расположена по направлению потока ниже перепускных каналов переключателя и замыкателя клапана. Обеспечивает повышение показателей бурения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к буровой технике, к устройствам для бурения нефтяных и газовых скважин забойными двигателями, а именно для заполнения и опорожнения бурильной колонны при спускоподъемных операциях.

Известен переливной клапан двигателя фирмы Dyna Drill (см. Балденко Д.Ф. и другие. Винтовые забойные двигатели, «Недра», 1999, стр.72, 73, рис.3.19). Недостатками клапана являются быстрый износ и нестабильное закрытие, особенно при применении утяжеленных буровых растворов из-за попадания при бурении шлама в зону расположения нажимной пружины поршня.

Известен переливной клапан (см. патент США №3,005,507, фиг.1, 2, 10, 11). Недостатками клапана являются ненадежность и нестойкость торцовой клапанной пары, малая площадь сечения центрального канала поршня, вызывающая повышение давления при бурении.

Известно также клапанное устройство забойного двигателя (см. патент РФ №2224866). Недостатками этого устройства также являются износ и засорение при бурении пружины клапана мелким шламом и соответственно ненадежная его работа.

Переливной клапан бурильной колонны (см. патент РФ №2204688) имеет такие же недостатки, усугубленные наличием кольцевой тупиковой щели, в которой возможно накопление шлама и его неконтролируемый выброс в рабочую зону пружины, что приводит к нестабильному закрытию клапана. Кроме того, заявленное отношение периметров поверхностей скольжения поршня, нижний предел которого составляет 0,33, приводит к чрезмерному сужению проточного канала поршня, что вызывает повышенные потери давления при промывке и бурении (прототип).

Причем вследствие того, что в суженном центральном канале поршня срабатывается повышенный перепад давлений при подъеме бурильных труб, возможно срабатывание клапана на закрытие, то есть неисполнение его основной функции: перепуска жидкости.

Основная техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности переключения и срока службы клапана при установке его над забойным двигателем.

Это достигается тем, что переливной клапан забойного двигателя нормально открытого типа, включающий соосные между собой системы корпуса и поршня, первая из которых содержит скрепленные между собой патрубок с присоединительными резьбами, радиальными каналами, гидравлически сообщающими полость внутри системы корпуса с затрубным пространством, гильзу гидроцилиндра дифференциального типа, замыкатель клапана золотникового типа с уплотнением, верхний и нижний ограничители хода поршня, а вторая содержит поршень гидроцилиндра с центральным проточным каналом и уплотнением, переключатель клапана с радиальными перепускными каналами, сообщающими центральный проточный канал с полостью внутри системы корпуса, пружину сжатия с упорными регулировочными кольцами, удерживающую систему поршня в верхнем положении, при этом пружина сжатия расположена ниже по ходу потока относительно замыкателя и перепускных каналов переключателя клапана, причем пружина сжатия расположена в расточке патрубка корпуса между уступом системы корпуса и торцом системы поршня.

Кроме того, целесообразно для повышения надежности переключения клапана и ускорения спуска бурильной колонны, чтобы радиальные перепускные каналы системы поршня имели повышенный коэффициент расхода при движении жидкости из затрубного пространства вовнутрь бурильной колонны и наоборот, пониженный коэффициент расхода при движении жидкости в противоположном направлении. Например, эти каналы целесообразно выполнять сужающимися от полости внутри системы корпуса к центральному проточному каналу.

Кроме того, для повышения износостойкости клапана при одновременном повышении надежности его переключения, а также для повышения энергетической эффективности, целесообразно снизить затраты давления, срабатываемого в клапане при прокачке через него буровой жидкости. Для чего целесообразно увеличение соотношения диаметра центрального проточного канала поршня гидроцилиндра по отношению к его наружному диаметру на входе, выражаемое заявленным диапазоном соотношений 0,45…0,75.

На фиг.1 показан продольный разрез варианта конструкции клапана согласно изобретению в нормально открытом положении.

На фиг.2 показан продольный разрез другого варианта конструкции клапана с выполнением некоторых его элементов отдельными деталями в закрытом положении.

На фиг.3 показан вариант клапана с перепускными каналами переключателя, обеспечивающими различный коэффициент расхода в зависимости от направления потока буровой жидкости.

Конструктивно клапан включает соосные между собой систему корпуса и систему поршня.

В варианте, указанном на фиг.1, система корпуса включает патрубок 1 корпуса с присоединительными резьбами 2 и 3 на концах и радиальными каналами 4 с фильтрами 5, сообщающими полость 16 внутри системы корпуса с затрубным пространством 27, гильзу 6 (как часть патрубка 1 корпуса) дифференциального гидроцилиндра, нижний и верхний ограничители осевого хода системы поршня соответственно 7 (уступ 7) и 8 (упорное кольцо 8), замыкатель клапана 9 (часть патрубка 1) с уплотнением 10, расположенным в канавке 11.

Система поршня включает поршень 12 гидроцилиндра с уплотнением 14, имеющий наружный диаметр на входе D и центральный проточный канал 13 диаметром d, нижерасположенный, скрепленный с поршнем 12 переключатель 25 клапана с радиальными перепускными каналами 15, сообщающими центральный проточный канал 13 с полостью 16 внутри системы корпуса и, следовательно, с радиальными отверстиями 4 и затрубным пространством 27, пружину сжатия 17 с упорными регулировочными кольцами 18 и 19, удерживающую поршень в верхнем положении с упором в верхний ограничитель 8 осевого хода системы поршня.

Пружина сжатия 17 с регулировочными кольцами 18 и 19 расположена в расточке 20 патрубка 1 корпуса между уступом 21 системы корпуса и торцом 22 системы поршня. Система поршня может быть снабжена стабилизатором устойчивости 23 пружины. Гильза 6 и поршень 12 образуют силовой гидроцилиндр с функциональной возможностью перемещения системы поршня вниз по ходу потока под действием на поршень 12 перепада давлений 28-29 (см. фиг.2). Преодолев сопротивление пружины 17, клапан золотникового типа перейдет в положение, когда переключатель клапана 25 расположится в его замыкателе 9, перепускные каналы 15 будут гидравлически заблокированы.

На фиг.2 показан продольный разрез другого варианта конструкции клапана, в котором гильза 6, нижний ограничитель хода 7 и цилиндрический замыкатель клапана 9 с канавкой 11 уплотнения 10 выполнены в виде отдельной вставки, плотно скрепленной с патрубком 1 корпуса, например, на прессовой посадке. Причем часть радиальных каналов 4 выполнена во вставке. Дополнительным фиксирующим средством упомянутой вставки в патрубке 1 является ограничитель хода 8 вверх. Отличие вариантов обусловлено оптимизацией технологии изготовления элементов системы корпуса, а именно наличием заготовок стандартизованного проката, металлообрабатывающего оборудования, не изменяет сущности изобретения и поэтому не может являться отдельным изобретением.

На фиг.2 изображен клапан в закрытом положении. Поршень 12 с переключателем 25 и стабилизатором 23 находятся в нижнем положении с упором в нижний ограничитель 7, при этом перепускные каналы 15 заблокированы (перекрыты) замыкателем 9. Кроме того, пружина 17 дополнительно защищена (экранирована от внутритрубного пространства) стабилизатором 23.

На фиг.3 показан целесообразный вариант исполнения формы радиального перепускного канала 15 переключателя 25 клапана. Канал сужается вдоль его оси 24 в направлении от кольцевой полости 16 к центральному проточному каналу 13 системы поршня. Такая форма канала позволяет иметь повышенный коэффициент расхода при движении жидкости в направлении к центральному проточному каналу 13.

Работает клапан следующим образом.

При спуске бурильной колонны буровая жидкость перетекает из затрубного пространства 27 через радиальные каналы 4 (см. фиг.1), полость 16 внутри системы корпуса, радиальные перепускные каналы 15 переключателя 25 клапана, центральный проточный канал 13 в вышерасположенные бурильные трубы (не показаны) и заполняет внутритрубное пространство 30. Ускорению процесса перетекания способствует сужающаяся форма каналов 15 (см. фиг.3), что исключает «всплывание» (отставание заполнения буровой жидкостью бурильных труб) и способствует увеличению скорости спуска.

При включении насосов и подаче бурового раствора в колонну бурильных труб буровая жидкость интенсивно протекает через каналы 15, вследствие чего возникает перепад давлений 28-29 (см. фиг.2). Указанный перепад давлений на поршне 12 создает соответствующее усилие, действующее вниз, которое преодолевает сопротивление пружины и сдвигает систему поршня вниз до упора в ограничитель 7. Переключатель 25 клапана входит в замыкатель 9 клапана, который блокирует перепускные каналы 15. То есть клапан закрывается. Буровая жидкость далее направляется в двигатель, долото (не показаны) и далее в затрубное пространство 27.

Для описанного закрытия клапана не требуется уменьшения диаметра d центрального канала 13 (усилие на поршень 12 создается за счет перепада в перепускных каналах 15). Как следствие этого, снижаются затраты давления на прохождение жидкости через клапан при бурении.

Пока имеет место циркуляция, давление 28 на поршень 12 сверху превышает давление 29 на поршень снизу (см. фиг.2) на величину давления, срабатываемого в двигателе и долоте, вследствие чего возникает гарантированное усилие, направленное вниз и удерживающее клапан в закрытом положении.

Основным отличием работы клапана согласно изобретению является то, что пружина 17 при бурении (циркуляции) сохраняет свои упругие свойства благодаря ее изоляции от воздействия потока буровой жидкости, содержащей абразивные частицы выбуренной породы.

По окончании циркуляции, при смене долота или наращивании бурильной колонны усилие пружины 17 сдвигает систему поршня вверх до ограничителя 8, происходит открытие клапана и соответственно сообщение затрубного и внутритрубного пространств (см. фиг.1). Так как место расположения пружины 17 свободно от шлама, ее заклинивание шламом исключено, и открытие клапана не осложнено.

При подъеме бурильной колонны, заполненной жидкостью, благодаря надежному открытию клапана обеспечивается своевременное опорожнение той части бурильных труб, которая отсоединяется от бурильной колонны, то есть предотвращается сифон (выброс буровой жидкости при отсоединении труб в буровой).

Клапан согласно изобретению имеет высокий срок службы, обеспечивается долговечность его пружины, что позволяет уменьшить затраты на ремонт, гарантировать надежное открытие и закрытие переливного клапана в процессе бурения и, как следствие, повысить показатели бурения в целом.

1. Переливной клапан забойного двигателя нормально открытого типа, включающий соосные между собой системы корпуса и поршня, первая из которых содержит скрепленные между собой патрубок с присоединительными резьбами и каналами, гидравлически сообщающими полость внутри системы корпуса и затрубное пространство, гильзу гидроцилиндра, замыкатель клапана с уплотнением, верхний и нижний ограничители хода поршня, а вторая содержит поршень гидроцилиндра с центральным проточным каналом и уплотнением, переключатель клапана с перепускными каналами, гидравлически сообщающими центральный проточный канал с полостью внутри системы корпуса, пружину сжатия с упорными регулировочными кольцами, удерживающую поршень гидроцилиндра с переключателем в верхнем положении, отличающийся тем, что пружина сжатия расположена ниже по ходу потока относительно перепускных каналов переключателя и замыкателя клапана.

2. Переливной клапан по п.1, отличающийся тем, что перепускные каналы переключателя клапана выполнены сужающимися от полости внутри системы корпуса к центральному каналу.

3. Переливной клапан забойного двигателя по п.1 или 2, отличающийся тем, что соотношение диаметра центрального проточного канала и наружного диаметра поршня на входе составляет 0,45…0,75.

Источник

Для какой цели в винтовом забойном двигателе используется переливной редукционный клапан

Показатели отработки 28-ми ВЗД в Республике Казахстан

Средний межремонтный
период 281 часов

Новости

Предприятие приняло участие в 3-ей конференции «Импортозамещение», организованной ПАО «Варьеганнефтегаз». Выступление нашего представителя с докладом на одной из секций конференции «Бурение и заканчивание скважин» крайне заинтересовало представителей ПАО «Варьеганнефтегаз» и ОАО «Славнефть-Мегионнефтегаз». Достигнуто взаимопонимание с генеральными заказчиками о дальнейших шагах по внедрению инновационных продуктов, разработанных специалистами нашего предприятия.

Клапаны переливные

Переливной клапан устанавливается выше винтового забойного двигателя и предназначен для сообщения внутренней полости бурильных труб с затрубным простраством при спуско-подъемных операциях. Применение клапана уменьшает гидродинамическое воздействие на забой при спуске и подъеме колонны, а также предохраняет двигатель от холостого вращения. При подъеме применение ВЗД совместно с клапаном исключает неконтролируемый разлив промывочной жидкости.

Источник