Что такое забойный двигатель нефть и газ

Винтовой забойный двигатель в нефтяной промышленности

Для добычи нефти и/или газа либо для проведения капитального ремонта скважин используют винтовой забойный двигатель (ВЗД), обладающий необходимым крутящим моментом и способный осуществлять бурение в различных направлениях в зависимости от типа используемой конструкции. Такой выбор обусловлен необходимостью разрушения горных пород с высокой эффективностью и достаточной скоростью. Использование в конструкции эластичных, но прочных зубьев статора позволяют достичь высокой жёсткости на изгиб, а также существенно сократить утечки жидкости при её прокачке.

СССР является родиной турбинного бурения. Первый промышленный образец был изготовлен еще в 1922—1923 гг . Это был редукторный турбобур с одноступенчатой турбиной, начиная с 40-х годов основных техническим средством для бурения скважин являлся многоступенчатый турбобур. Широкое распространение турбинного бурения позволило получить высокие темпы роста добычи нефти и газа. [1]

Однако с увеличением средних глубин скважин, совершенствования долот и технологии роторного бурения отечественная нефтяная промышленность стала отставать по показателю проходки за рейс от мирового уровня. Так в 1981—1982 годах средняя проходка за рейс в США составляла 350 м, в то время как в СССР она не превышала 90 м. Такое отставание от США было связано с характеристикой турбобуров, которые не позволяли получать частоту вращения менее 400—500 об/мин с обеспечением необходимого крутящего момента и уровня давления насосов, и как следствие было невозможно применять современные низкооборотные шарошечные долота. И перед нефтяной промышленностью СССР встал вопрос о переходе на технологию низкооборотного бурения. [1]

Роторное бурение хоть и применялось, но технологически сильно отставало от мирового уровня: не имелось бурильных труб и буровых станков высокого технического уровня. Таким образом было принято решение о создании низкооборотного забойного двигателя для замены турбобуров. Работы по созданию опытных образцов винтовых забойных двигателей (ВЗД) начались в США и СССР в середине 60-х годов. В США первые ВЗД были альтернативой турбобурам для наклонно-направленного бурения, а в СССР они служили средством для привода низкооборотных долот [1] .

Читать еще: 406 двигатель глохнет после запуска

В последние годы в технике и технологии бурения скважин произошли значительные изменения: появились новые технологии в наклонно-направленном бурении (бурение горизонтальных участков, бурение дополнительных стволов из ранее пробуренных скважин), распространение долот типа PDС, новейшие телеметрические системы для контроля забойных параметров во время бурения и др. И если раньше ВЗД рассматривались только как альтернативу турбобурам и их перспектива оценивалась неоднозначно, то сейчас в силу свои уникальных характеристик ВЗД стали основной частью современных технологий. В 2010 году в России выполнено ¾ всего объема бурения и ремонта скважин при помощи ВЗД и они были взяты на вооружение практически всеми российскими и зарубежными нефтегазовыми и сервисными компаниями [2] .

Рождение турбобура

Став замначальника техбюро, Капелюшников задумался над вопросом, который ставил в тупик не одного инженера. Можно ли эффективно вращать инструмент на конце буровой колонны, не затрачивая энергию на вращение всей колонны и даже просто привода ротора? На движение всех этих дополнительных деталей уходила львиная доля мощности, и КПД всей установки был крайне мал.

Он привлек к работе двух подчиненных — инженеров Семена Волоха и Николая Корнева. Всего за несколько месяцев они втроем полностью рассчитали и разработали систему, позволяющую решить проблему. На конце колонны располагался цилиндрический кожух-утолщение, внутри которого находилась одноступенчатая турбина. Промывочная жидкость, проходившая под давлением через ствол колонны, заодно вращала турбину, от которой приводился наконечник бура. Идея казалась настолько простой, что непонятно было, почему никто не реализовал ее на десять, двадцать или даже тридцать лет раньше.

На конце колонны располагался цилиндрический кожух-утолщение, внутри которого находилась одноступенчатая турбина. Промывочная жидкость, проходившая под давлением через ствол колонны, заодно вращала турбину, от которой приводился наконечник бура

Однако руководство «Азнефти» не заинтересовалось этой технологией, а поддержал изобретателя Сергей Киров, на тот момент первый секретарь ЦК Компартии Азербайджана, к которому Капелюшников обратился за помощью. По указанию Кирова на Мальцевском механическом заводе была изготовлена пробная партия турбобуров по проекту Капелюшникова, И в 1923 году новое устройство успешно показало себя на испытаниях. А в 1924-м в Сураханах турбобуром была пробурена первая в истории турбинного способа бурения скважина глубиной около 600 метров.

Читать еще: Elite dangerous что делать если отключены двигатели

Конечно, не обошлось без проблем. С одной стороны, в 1923–1924 годах было проведено несколько успешных бурений, в том числе в присутствии Кирова, и эффективный КПД при этом оказался заметно выше, чем при обычном роторном бурении. С другой — турбобур был технически сложным приспособлением, он перегревался, турбина часто выходила из строя, и в производстве подобный механизм стоил значительно дороже простой колонны.

В 1922 году Капелюшников, Волох и Корнев подали заявку на совместное изобретение. Годом позже Капелюшников, уже почему-то в одиночку, подал заявку на патент в Великобритании. Волох и Корнев неожиданно отказались от своего первенства, написав официальное письмо в советское патентное ведомство. Возможно, какую-то роль в этом сыграла политика, но история об этом умалчивает. Таким образом, Капелюшников получил последовательно два индивидуальных патента — английский и советский.

Возможные осложнения

Бурение нефтяных скважин может сопровождаться некоторыми осложнениями и проблемами, среди которых:

∙ обвалы стенок скважины, которые происходят из-за неустойчивости пород. Признаки: увеличивается давление, возрастает количество обваливающихся пород, повышается вязкость некоторых жидкостей (глинистых и эмульсионных растворов, технической воды, аэрированных жидкостей).

∙ поглощение бурового раствора – уменьшение или потеря циркуляции бурового раствора, когда гидростатическое давление столба бурового раствора больше пластового. Простой буровой установки и бригады на время изоляции трещин влечет за собой существенные финансовые потери для заказчика.

∙ аварии – обвалы труб внутрь скважины, облом корпусов забойных двигателей, разлом долота в результате перегруза, срыв резьбы труб и резьбовых соединений.

∙ разгерметизация стенок скважин – основными причинами являются напряженное состояние пород в приствольной зоне и физико-химические свойства промывочных жидкостей.

Классификация двигателей по их назначению

Винтовые забойные двигатели для бурения скважин по основному назначению подразделяются на следующие виды:

Универсальные двигатели используются при бурении рабочих и разведывательных скважин, а также для их ремонта. Они имеют внешний диаметр от 127 до 240 мм. Конструктивно состоят из рабочего и шпиндельного узлов. Корпусные части имеют модульную конструкцию и соединяются с помощью резьбовых, конусных и конусно-шлицевых соединений. Все детали изготовлены из высокопрочной легированной стали, позволяющей обеспечивать одинаковый уровень производительности в различных условиях работы.
Для бурения под наклоном применяют двигатели типа ДГ. Их диаметр составляет 60-172 мм, что позволяет существенно нарастить скорость вращения ротора и повысить производительность в целом. Длина силовой и шпиндельной секции существенно уменьшена, по сравнению с универсальным двигателем. Обычно применяют ротор с двухзаходной резьбой, которого достаточно для центровки и обеспечения достаточной мощности вращения. Для обеспечения наклонного бурения установлены два переводника с высокоточной регулировкой наклона и надёжными шарнирами. Также предусмотрено крепление опорно-центрирующих устройств. Соединение ротора и вала выполнено таким образом, чтобы были минимальные потери крутящего момента и обеспечивалась высокая надёжность работы под разными углами в забое.
Винтовой забойный двигатель для проведения ремонтных работ в скважинах. Их размеры составляют до 108 мм. Это позволяет их применять в различных условиях нарушения структуры скважины. Основное их назначение – разбуривание цементных мостов, удаление песчаных пробок, фрезерование труб и прочих конструкций. За счёт небольших размеров появляется возможность исправлять любые повреждения, не разрушая ствол скважины. При этом они относительно недорогие, имеют простую конструкцию и весьма надёжны в работе. Обычно оснащаются торсионной трансмиссией и прорезинеными опорами. Иногда их изготавливают с полыми роторами, что позволяет уменьшить массу двигателя и увеличить КПД.

Читать еще: Arcanum паровой двигатель как починить

Источники: http://ru-good.ru/, http://snkoil.com/