Режимы бурения скважин винтовыми забойными двигателями


     Исследование работы шарошечных долот показывают, что, с точки зрения повышения долговечности породоразрушающих инструментов, наиболее благоприятным является силовой режим, при котором осевые нагрузки поддерживаются максимально допустимыми, а частота вращения долота выбирается в пределах 50- 200 об/мин. Осуществление такого режима работы долота возможно при использовании в качестве забойного бурового двигателя винтовых машин объёмного принципа действия.


     Наиболее характерным представителем винтовых машин для бурения скважин является гидравлический двигатель с однозаходным ротором. Рабочим органом винтовых забойных двигателей является пара, включающая ротор и статор. Наружный корпус статора представляет собой металлическую трубу, покрытую изнутри резиновой обкладкой. Для этой цели используется специальная резина, вырабатываемая на основе синтетического каучука, обладающая высоким сопротивлением абразивному износу и действию углеводородов. В процессе формирования или литья под давлением для однозаходного ротора изготавливается двухзаходная винтовая поверхность статора.


     Ротор двигателя выполняется в виде однозаходного винта из высоколегированной стали. Наружная поверхность винта покрыта хромом для снижения абразивного износа.


    


По принципу действия винтовые двигатели относятся к объёмным роторным машинам. Основными элементами рабочих органов таких машин являются:


 


1. Статор - корпус с полостями, примыкающими по концам к камерам высокого и низкого давления.


2. Ведущий ротор - винт, вращающий момент которого передаётся исполнительному механизму.


3. Замыкатели винтовой поверхности, предназначенные для герметизации рабочих органов и предотвращения перетекания жидкости из камеры высокого давления в камеру низкого давления.


 


 На рисунке 2 дано изображение конструкции забойного винтового двигателя Д-85.


 


    Возможность применения винтового двигателя для создания забойного гидравлического вращателя объясняется рядом факторов. Наиболее существенные из них:


 


n отсутствие клапанных или золотниковых распределителей потока жидкости


n трение в паре “ротор - статор” характеризуется в основном качением, так как в точках контакта рабочих органов имеют место мгновенные скольжения при минимальных относительных пробегах трущихся деталей


n непрерывное изменение положения линии контакта рабочих органов при вращении ротора позволяет потоку промывочной жидкости удалять абразивные частицы, подаваемые в камеры и шлюзы.


 


 Условия создания шлюзов в паре ротор - статор объёмных винтовых двигателей следующее:


 


1. Число зубьев или заходов статора z1 должно быть на единицу больше числа зубьев ротора z 2.


2. Отношение шага статора Т к шагу ротора t должно быть пропорционально отношению числа зубьев, т.е.


    Т/t = z1/z 2.


    Энергетические параметры винтовых двигателей определяются кинематическим отношением, а также перепадом давления и расходом рабочей жидкости. Поэтому важно оценить влияние этих величин на рабочую характеристику двигателей.


    Главной характеристикой двигателей является зависимость момента от определяющего параметра. В объёмных двигателях вращающий момент зависит от перепада давления в двигателе. Поэтому рабочая характеристика винтового двигателя даётся как зависимость перепада давления, частоты вращения выходного вала, мощности и КПД от момента сопротивления, преодолеваемого валом двигателя при его различном нагружении.


     На рис. №3 приведена рабочая характеристика двигателя Д1-70, полученная на стенде при постоянном расходе жидкости. На характеристике можно выделить режимы холостого хода, оптимальный и максимально допустимый перепады давлений, соответствующие тормозному режиму. Режим холостого хода наблюдается при отсутствии момента сопротивления на выходном валу. При этом режиме происходит запуск двигателя. Запуск винтовых двигателей происходит при давлении 10 - 20кгс/см2. Это давление расходуется на преодоление механических и гидравлических потерь. Частота вращения вала в холостом режиме максимальная.


     По мере нагружения вала момент возрастает за счёт увеличения перепада давления. Увеличение давления пропорционально потребляемому вращающему моменту. По мере увеличения нагрузки наблюдается понижение частоты вращения выходного вала за счёт роста утечек через контактные поверхности. Рост момента и мощности вызывает рост общего КПД двигателя. Режим, соответствующий максимуму КПД называется оптимальным. Как правило, паспортные данные гидравлических машин соответствуют этому режиму.


        Режим максимальной мощности называется эффективным. Обычно в винтовых двигателях эффективный и оптимальный режимы не совпадают. Зона устойчивой работы двигателя находится между оптимальным режимом и режимом максимальной мощности. В этой зоне скорость вращения вала двигателя колеблется от 250 до 350 об/мин и не превышает 20 - 25 % от номинальной. Баланс энергии винтовых забойных двигателей во многом зависит от правильного натяга рабочих органов.


        Установлено, что в рабочем режиме при натяге 0,2 - 0,6 мм на диаметр гидромеханический КПД составляет 40 - 50 %, объёмный - 30 - 90 % ,а общий КПД достигает 50 - 55 %.


         Увеличение нагрузки на долото, а следовательно, момента сопротивления на валу двигателя, приводит к росту давления жидкости перед двигателем. При достижении предельной величины момента сопротивления двигатель остановится. Давление тормозного режима определяется герметичностью пары ротор - статор. После нарушения герметичности промывочная жидкость свободно протекает через двигатель. Величина тормозного момента определяет перегрузочную способность двигателя.


         В рабочей области от режима холостого хода до оптимального режима скорость вращения прямо пропорциональна расходу жидкости, а вращающий момент не зависит от этого параметра.


         Стендовые характеристики двигателей других размеров типа Д качественно аналогичны, приведённым на рис. № 3. Количественно характеристики отличны.    


 


 

ищи здесь, есть все, ну или почти все