Усовершенствование Винтового забойного двигателя двойного встречного вращения ДДВВ-75/108.3-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Усовершенствование Винтового забойного двигателя двойного встречного вращения ДДВВ-75/108.3-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
3. Выбор прототипа, разработка структурной и компоновочной схемы забойного оборудования.
На данный момент серийно выпускаемого забойного оборудования компенсирующего реактивный момент на забое нет, в следствие чего необходимо разработать новую компоновочную схему.

Рис. 14. Компоновка забойного оборудования.
Новая компоновочная схема будет состоять из забуривающего и расширительного долота, приводящихся во вращение двумя винтовыми двигателями и соединенных между собой посредством переводника.
Из условия строительства скважины известно, что скважина является второй в кусте, т.е необходимо произвести зарезку второй ствол через окно в эксплуатационной колоне, скважина является наклонно направленной, в следствие чего наиболее рациональным является применение винтовых забойных двигателей типа ДГ, т.к. они и предназначены для данных работ.
Выбор данного типа ВЗД так же обусловлен рядом преимуществ, таких так:
- уменьшенная длина, достигаемая сокращением как силовой, так и шпиндельной секции, причем силовая секция, как правило, выполняется двухшаговой, что обеспечивает необходимую мощность и ресурс РО.
- уменьшенный наружный диаметр, что при сохранении оптимальных характеристик ВЗД обеспечивает надежную проходимость двигателя с опорно-цементирующими элементами в стволе скважины и улучшенную гидродинамическую ситуацию в затрубном пространстве;
- многообразие механизмов искривления корпуса, что позволяет использовать различные технологии проводки скважин;
- возможно размещение на корпусе опорноцентрирующих элементов;
- усовершенствованное соединения ротора и вала шпинделя, гарантирующее надежную работу с большими углами перекоса.
- широкий диапазон его энергетических параметров, обеспечивающиеся наличием в его комплекте трех модификаций рабочих органов с различными рабочими объемами.
К винтовому забойному двигателю двойного встречного вращения предъявляются следующие требования:
1) простота конструкции необходимая для достижения высокой работоспособности оборудования, эксплуатируемого в середе абразивной жидкости и подверженного действию вибрационных и динамических нагрузок, возникающих при разрушении горных пород буровыми долотами.
2) надежность оборудования, определяемая временем безотказной работы буровой установки. Обеспечивает безаварийное функционирование забойных машин и механизмов в течении расчетного времени. Повышение надежности оборудования повышает его межремонтный срок работы.
3) Долговечность машин, механизмов и их деталей, представляющая собой время безотказной работы в нормальных условиях в часах, соответствующая межремонтному сроку или кратная ей, определяет сроки физического износа, соответствующего определенным технико-экономическим показателям.
4) Ремонтоспособность оборудования должна создавать возможность реставрации или замены отдельных быстроизнашивающихся деталей или узлов непосредственно в промысловых условиях или в условиях механических мастерских буровых предприятий.
5) Стандартизация и унификация, обеспечиваемая созданием ГОСТов на отдельные машины, механизмы и инструменты, приводит к конструктивному единообразию оборудования, уменьшению числа их типоразмеров и определению эксплуатационных параметров. Стандартизация, унификация и нормализация способствует значительному упрощению эксплуатации машин, облегчению ухода за оборудованием и их ремонтов. Уменьшению номенклатуры запасных частей.
6) Должно обеспечивать работу обслуживающего персонала при эксплуатации и ремонте забойных машин и бурильного инструмента. При конструировании бурового оборудования должны быть предусмотрены необходимые прочности всех ответственных узлов и деталей независимо от их эксплуатационных показателей.
7) Должен обеспечивать работу долот с заданной частотой вращения, причем нижнее долото должно вращаться в два раза быстрее, чем верхнее.
8) Должен препятствовать возникновению реактивного момента, т.е. величина реактивного момента должна быть равна нулю, это можно обеспечить равенством моментов на верхнем и нижнем долоте.
С цель решения данной задачи необходимо обеспечить каждое долото независимым приводом (ВЗД).
В данном дипломном проекте необходимо решить следующие задачи:
1) произвести оценку параметров скважины(глубина, залегающие породы).
2) учесть особенности кустового бурения.
3) необходимо осуществить подбор буровой головки и долота, так чтобы момент необходимый на разрушение горной породы буровой головки и долота были равны (допустимое отклонение не более 15%).
4) в соответствии с полученными данными производится выбор винтовых забойных двигателей приводящих во вращение буровую головку и буровое долото.
5) разработать рекомендации по модернизации конструкции отстающего ВЗД, в части конструктивных параметров, для обеспечения требуемых параметров работы.
6) построить механические характеристики для опережающего и отстающего ВЗД.

Описание конструкции, принципа действия и техническая характеристика ВЗД ДДВВ-75/108.3.
6.1. Описание конструкции ВЗД ДДВВ-75/108.3
Данное изделие – ДДВВ-75/108.3 состоит из ВЗД Д-75,ДГ-108.3 и переводника.

Рис.29. ВЗД Д-75.
ВЗД ДГ-75 состоит:
Винтовой забойный двигатель состоит из двигательной секции, шпиндельной секции и переливного клапана, корпуса которых соединены между собой с помощью конических резьб.
Статор и ротор – рабочие органы двигателя.
Верхний конец полого ротора заглушен пробкой, а к нижнему присоединяется двухшарнирный карданный вал 9, преобразующий планетарное движение ротора в соосное вращение вала шпинделя. Двухшарнирное соединение включает двойные зубчатые муфты внутреннего зацепления. Передача крутящего момента осуществляется через эвольвентные зубья полумуфт 7. Осевая нагрузка от ротора на вал шпинделя передается через центральный шар 8, расположенный в сферических выточках полумуфт. Угловая подвижность шарнира обеспечивается за счет радиальных и боковых зазоров в эвольвентном зацеплении. Внутренняя полость шарнира заполнена консистентной смазкой и уплотнена резиновыми кольцами.
Для уменьшения угла перекоса шарниры разнесены по длине и соединены между собой по конусным поверхностям с помощью промежуточной трубы. Присоединение карданного вала к ротору и к валу шпинделя осуществляется посредством конусно-шлицевых соединений 6. Шпиндельная секция двигателя включает многоступенчатый подшипник качения и радиальные резинометаллические опоры.
В двигателе Д-75 используется шпиндель ШШО1 с амортизированной опорой качения. На валу 9 шпинделя установлены ступени двойного упорного шарикоподшипника №538920. Ступень подшипника включает неподвижное колесо, по обе стороны которого расположено по одному ряду шариков, и свободные кольца. Каждое свободное кольцо опирается на резинометаллический компенсатор 13. Между неподвижными кольцами в корпусе 12 шпинделя расположены распорные втулки 16. Свободные кольца подшипника перемещаются в осевом направлении по направляющей втулке 15. Под подшипником размещена радиальная опора 6, а над ним – уплотнение торцевого типа и радиальные опоры.
В корпусе шпинделя монтируется не вращающиеся детали: неподвижные кольца подшипника, распорные втулки, наружные втулки радиальных опор 6, кольца 3,4,17,20. Все эти детали закреплены в корпусе торцами ниппельной гайки 21 и промежуточного переводника 1.
Вращающиеся детали: регулировочное кольцо 5, втулки 7 радиальных опор, подкладные втулки 8, кольца 11 с уплотнительными резиновыми кольцами 10, компенсаторы 13, втулки 15,18,19 – закрепленные между упорным торцом вала и конусно-шлицевой полумуфтой 2. На нижнем конце вала установлен переводник вала 22 для соединения с долотом.
В переливном клапане в качестве запорного элемента использована резиновая манжета 1, взаимодействующая с седлом 2, коническая рабочая поверхность которого снабжена системой клапанов, сообщающих внутреннюю полость двигателя с затрубным пространством через боковые отверстия корпуса клапана. В процессе спуско-подъемных операций свободная кольцевая часть манжеты под действие сил упругости резины не касается конической поверхности седла, чем и обеспечивается свободный переток жидкости через клапан. При подаче промывочной жидкости под действие скоростного напора манжета перекрывает отверстие седла, и вся промывочная жидкость направляется через центральный клапан клапана в двигателе.
Рис.30 ВЗД ДГ-108.3.
Конструкция ВЗД Д-75 аналогична конструкции ВЗД ДГ-108.3.
Основными деталями двигателя являются ротор и статор (рабочая пара). Статор выполнен в виде стального корпуса с коническими резьбами на концах. Внутри корпуса привулканизирована резиновая обкладка, имеющая винтовые зубья левого направления. Статор изготавливается из качественной конструкционной стали с высокой ударной вязкостью, так как корпус статора воспринимает значительный вращающий момент и динамическую осевую нагрузку.
Стальной ротор имеет наружные винтовые зубья также левого направления, число которых на единицу меньше, чем у статора. Ось ротора смещена относительно оси статора на величину эксцентриситета, равную половине высоты зуба. Ротор при помощи гибкого вала (торсиона) соединяется с валом двигателя, на котором расположена осевая многорядная шаровая опора качения, втулка нижней опоры и регулировочное кольцо.
Специальный профиль зубьев ротора и статора обеспечивает их непрерывный контакт и образование замыкающихся по длине шага статора единичных рабочих камер
Переводник представляет собой буровую трубу диметром 85 мм в верхней части которой имеется наружная коническая резьба диаметром 177х5.08х1:16, а также наружная коническая резьба диаметром 76х4х1:32 во внутренней полости трубы. На нижнем конце переводника находится наружная коническая резьба диаметром 156х5.5х1:32.

6.2. Принцип действия винтового забойного двигателя двойного встречного вращения ДДВВ-75/108.3.
Принцип действия винтового забойного двигателя двойного встречного вращения заключается в следующем: рабочая жидкость, поступающая в двигатель ДГ-108.3 от насосов, может пройти к переводнику только в том случае, если ротор двигателя поворачивается внутри обкладки статора, обкатываясь по его зубьям под действием неуравновешенных гидравлических сил. При этом ротор совершает планетарное движение, геометрическая ось ротора вращается относительно оси статора против часовой стрелки (переносное движение), а сам ротор поворачивается по часовой стрелке (абсолютное движение). За счет разности в числах зубьев ротора и статора переносное вращение редуцируется в абсолютное с передаточным числом, равным числу зубьев ротора, что обеспечивает сниженную скорость вращения и высокий крутящий момент.
Планетарное вращение ротора преобразуется в соосное вращение выходного вала при помощи торсиона, который передает крутящий момент и гидравлическую осевую нагрузку на переводнику. В свою очередь переводник передает крутящий момент и гидравлическую осевую нагрузку на долото. Промывочная жидкость, пройдя переводник попадает в винтовой забойный двигатель Д-75, по действием не уравновешенных гидравлических сил ротор вращается по часовой стрелке. Планетарное вращение ротора преобразуется в соосное вращение выходного вала при помощи шарнира, который передает крутящий момент и гидравлическую осевую нагрузку на долото.