Билет № 11. 1. Бурение винтовыми забойными двигателями

1. Бурение винтовыми забойными двигателями

Винтовой двигатель предназначен для бурения скважин долотами диаметром 215, 9 – 244, 5 мм при забойной температуре не свыше 1200С. По сравнению с другими гидравлическими забойными двигателями винтовой имеет преимущества:

низкая частота вращения при высоком крутящем моменте на валу двигателя позволяет получить большую проходку за 1 рейс долота;

по изменению давления в насосах можно контролировать работу двигателя;

с винтовым двигателем эффективно сочетаются гидромониторные долота.

По принципу действия винтовой двигатель представляет собой планетарно-роторную гидравлическую машину объемного типа с косозубым зацеплением.

Двигатель состоит из вращающегося ротора и неподвижного статора. Стальной статор внутри имеет привулканизированную резиновую обкладку с винтовыми зубьями левого направления. На стальном роторе нарезаны наружные винтовые зубья также левого направления. Число зубьев ротора на 1единицу меньше числа зубьев статора. Ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равного половине высоты зуба. Шаги винтовых линий ротора и статора прямо пропорциональны числу зубьев. Зубья ротора и статора, соприкасаясь, образуют рабочие камеры.

Буровой раствор под давлением проходит через двигатель, при этом ротор вращается относительно статора по часовой стрелке. За счет разницы в числах зубьев ротора и статора обеспечивается пониженная частота вращения и высокий крутящий момент на выходе

Наивысшие показатели бурения винтовым двигателем достигаются в сочетании с низкооборотными долотами, а также с гидромониторными. Вооружение долота выбирают в зависимости от твердости породы.

Винтовые двигатели обладают большей моментностью, чем турбобуры. Под моментностью двигателя понимают вращающий момент, развиваемый двигателем, отнесенный к его длине и диаметру.

Благодаря этому винтовые двигатели можно конструировать меньшего диаметра по сравнению с турбобурами. Винтовые двигатели обладают большей, чем у турбобуров, удельной мощностью – это эффективная мощность, отнесенная к единице массы двигателя.

При спуске двигателя в скважину за 10-15 м до забоя следует включить буровой насос, при этом двигатель начинает работать. Незапуск двигателя фиксируется по резкому подъему давления в нагнетательной линии насосов. В таком случае двигатель нужно запускать с вращением бурильной колонны ротором при одновременном прокачивании раствора. Запуск двигателя ударами о забой не допускается.

Во избежание левого вращения инструмента под действием реактивного момента двигателя ведущую трубу фиксируют от проворачивания в роторе с помощью клиньев.

Наивысшие показатели бурения винтовым двигателем достигаются в сочетании с низкооборотными долотами, а также с гидромониторными. Вооружение долота выбирают в зависимости от твердости породы.

При бурении винтовым двигателем инструмент необходимо подавать плавно, без рывков. Периодически инструмент следует проворачивать. Расход промывочной жидкости следует выбирать исходя из условий необходимой очистки забоя. По мере износа рабочей пары расход промывочной жидкости необходимо увеличить на 20-25% от первоначальной величины для сохранения рабочей характеристики.

2. Промывочные растворы, их назначение и основные типы

При бурении промывочная жидкость должна:

1) обеспечивать эффективную и полную очистку забоя от выбуренных частиц и вынос их на дневную поверхность;

2) удерживать выбуренные частицы во взвешенном состоянии и предотвращать осаждение их на забой при прекращении промывки;

3) способствовать повышению устойчивости горных пород, слагающих стенки скважины;

4) создавать на стенки скважины противодавление, достаточное для предотвращения притока пластовых жидкостей и газов. Это давление, однако, не должно быть чрезмерно высоким во избежание резкого снижения эффективности бурения, а также гидравлического разрыва пород или раскрытия естественных микротрещин и поглощения промывочной жидкости;

5) хорошо охлаждать трущиеся поверхности, прежде всего долота;

6) обеспечивать хорошую смазку трущихся поверхностей, особенно опор долота, даже при высоких контактных давлениях между ними; не ухудшать коллекторские свойства продуктивных горизонтов;

8) обладать закупоривающими свойствами, т. е. создавать в порах и микротрещинах стенок скважины тонкую, плотную, мало-проницаемую корку, достаточно прочно связанную с горными породами и препятствующую проникновению в них не только самой промывочной жидкости, но и ее фильтрата;

9) иметь высокую термостойкость при проходке высокотемпературных скважин и низкую температуру замерзания, а также небольшую теплопроводность при бурении в многолетнемерзлых породах;

10) быть достаточно инертной к воздействию обломков выбуренных пород и минерализованных пластовых вод, но относительно

легко поддаваться химической обработке при регулировании ее свойств;

11)облегчать или не затруднять разрушение породы забоя долотом;

12)не содержать, по возможности, компонентов, способных оказывать сильное абразивное воздействие на оборудование;

13)защищать буровое оборудование и инструмент от коррозии;

14)достаточно легко перекачиваться буровыми насосами;

15)состоять в основном из дешевых и недефицитных материалов.

Промывочная жидкость передает энергию от буровых насосов,

установленных па поверхности, забойному двигателю при турбинном бурении, а также на забой, особенно при применении гидромониторных долот.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОМЫВОЧНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Различные требования к составу и качеству промывочной жидкости, предъявляемые в конкретных условиях разбуривания объекта, многообразие геологических условий, наличие подходящего сырья обусловили появление промывочных жидкостей нескольких типов. Все промывочные жидкости можно разделить на следующие основные группы.

I. Промывочные жидкости на водной основе:

а) вода (пресная, морская, рассолы);

б) глинистые суспензии;

в) естественные суспензии, образующиеся при разбуривании неглинистых пород и аргиллитов;

г) суспензии на базе гидрогелей;

д) эмульсии типа «масло в воде».

II. Промывочные жидкости на неводной основе:

а) дегазированная нефть и нефтепродукты;

б) многокомпонентные растворы на углеводородной основе;

в) обращенные эмульсии типа «вода в масле».

III. Газообразные рабочие агенты (воздух, природные газы, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания).

IV. Аэрированные промывочные жидкости и пены.