ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ЗАБОЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ БУРЕНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН

Полезная модель относится к нефтяной промышленности, в частности, к гидравлическим двигателям для бурения глубоких скважин.
х
Известны гидравлические забойные двигатели (3ТСШ1-195, 3ТСШ-195ТЛ и др.), рабочие (технические) характеристики которых обеспечиваются сборкой отдельных стандартных секций в единый двигатель с количеством секций от трех до шести [Литвяк В.А. О результатах промысловых испытаний многосекционного турбобура 6ТС2Ш-195 // Бурение: Отеч. Опыт: экспресс-информ. / ВНИИОЭНГ. - 1978. - №11. - С.3-5; Сафонов А.Д., Саяпов И.М., Филин В.В. Применение турбобура 3ТСШ-195ТЛ в пятисекционном исполнении / Информ. Бюллетень Тюменского ЦНТИ. - Тюмень, 1979. - Вып.53. - 2 с]. Известны секционные гидравлические забойные двигатели (А7ГТШ, ТРХ1-195 и др.), улучшение рабочих (технических) характеристик которых достигается путем установки в верхней секции ступеней гидродинамического торможения [Середа Н.Г., Сахаров В.А., Тимашев А.Н. Спутник нефтяника и газовика: Справочник. - М.: Недра, 1986. - 352 с.: ил. - С.66-70; Справочник инженера по бурению/Под ред. В.И. Мищевича, Н.А.Сидорова. - М.: Недра, 1973. - В 2 т. - Т.1. - С.212-256].
Однако технические характеристики данных двигателей имеют узкий диапазон изменений, которые недостаточны для широкого спектра разбуриваемых горных пород.
Известен гидравлический забойный двигатель (пат. РФ №2017921). В предлагаемой конструкции двигателя рабочие камеры образованы поверхностью винтового многогранника - ротора, цилиндрической поверхностью статора и промежуточной эластичной оболочкой,
расположенной между ними, которая закреплена на внутренней поверхности статора. Под действием гидравлического давления эластичная оболочка взаимодействует с поверхностями винтового многогранника-ротора, создавая на нем отклоняющий момент. Однако, этот двигатель имеет очень сложную конструкцию.
Известен также гидравлический забойный двигатель (пат. РФ №2200815). Гидравлический забойный двигатель содержит корпус, имеющий элемент для соединения с бурильной колонной, и полость для подачи промывочной жидкости, один статорный элемент с направляющими поток жидкости каналами, спиральные лопасти выполнены в виде спиральных пазов на участке боковой внешней поверхности турбинного колеса, а направляющие поток жидкости каналы выполнены в виде продольных пазов, при этом количество продольных пазов, находящихся в одной плоскости поперечного сечения, не равно количеству спиральных пазов. Однако, он также имеет очень сложную конструкцию.
Наиболее близким к предлагаемому является гидравлический забойный двигатель (пат. РФ №2057883). Забойный гидравлический двигатель включает последовательно соединенные рабочие секции, связанные между собой элементами для искривления оси двигателя, выполненными из двух коаксиально установленных бурильных труб. Однако, этот двигатель пригоден только для бурения интервалов набора параметров кривизны стволов скважин.
Задача полезной модели состоит в создании гидравлического забойного двигателя, который обеспечивал бы более высокую моментно-частотную характеристику, что способствует повышению эффективности разрушения горной породы буровым долотом на забое скважины и увеличению показателей бурения.
Технический результат достигается тем, что гидравлический забойный двигатель содержит две секции (одна - турбинный двигатель, вторая - объемный двигатель), соединенные двухниппельным переводником, с
размерами, позволяющими соединить два разнородных двигателя и обеспечивающими возможность размещения внутри полости этого переводника конусно-шлицевой муфты, соединяющей валы секций.
Конструкция предлагаемого гидравлического забойного двигателя (КГЗД) изображена на фиг.1: 1 - секция объемного двигателя; 2 - шпиндельная секция объемного двигателя; 3 - шейка шпинделя под хомут; 4 - выходная часть вала шпинделя объемного двигателя; 5 - окна для выхода бурового раствора; 6 - двухниппельный переводник; 7 - конусно-шлицевая муфта; 8 - вал секции турбинного двигателя; 9 - шпиндельная секция турбинного двигателя; 10 - ниппель шпинделя турбинного двигателя; 11 - вал шпинделя турбинного двигателя; 12 - переводник для присоединения бурового долота.
Секция объемного двигателя 1 через шпиндельную секцию 2 соединена с секцией турбинного двигателя 9 с помощью двухниппельного переводника 6, геометрические размеры которого обеспечивают прочное соединение двух корпусов разнородных двигателей и обеспечивают возможность размещения внутри полости этого переводника конусно-шлицевой муфты 7, соединяющей валы секций 4 и 8.
Устройство работает следующим образом.
В шпиндельную секцию объемного двигателя навинчивается двухниппельный переводник 6, к нижней части которого присоединяется двигательная секция турбинного двигателя со шпинделем 9. Соединение валов шпинделя объемного двигателя и турбинного двигателя осуществляется с помощью конусно-шлицевой муфты 7. Буровой раствор, пройдя секцию объемного двигателя, попадает в вал шпинделя этого же двигателя и выходит из него через два симметрично расположенных окна 5. Далее буровой раствор проходит через рабочие ступени турбинного двигателя, попадает в вал шпинделя 11 и далее в буровое долото. Такое комбинирование разнородных двигателей смещает рабочую характеристику высокооборотного турбинного двигателя в сторону устойчивой работы вала
на низкой частоте вращения, а объемный двигатель, осуществляя гидродинамическое торможение, обеспечивает высокие моментную характеристику и приемистость к осевой нагрузке.
Результаты промысловых испытаний предлагаемого двигателя (КГЗД) при бурении скважин серийными долотами Ш215,9СГВ и Ш215,9СГН представлены в таблице 1 в сопоставлении с отработкой однотипных долот серийными турбобурами 3ТСШ1-195 и винтовыми забойными двигателями Д1-195.
Таким образом, предлагаемый гидравлический забойный двигатель позволяет улучшить эксплуатационные показатели, повысить показатели отработки буровых долот на 53-100% по проходке за долбление, на 3,9-41,6% по механической скорости проходки, на 17,2-34% по рейсовой скорости проходки.
Таблица 1Сравнительные результаты отработанных долот
Условный интервал буримости (пачки условной буримости), м
Тип забойного двигателя
Изменения показателей работы долот (%) относительно двигателей
3ТСШ1-195
Д1-195
КГЗД
3ТСШ1-195
Д1-195
h<sub>g</sub>, м
V<sub>M</sub>, м/час
V<sub>P</sub>, м/час
h<sub>g</sub>, м
V<sub>M</sub>, м/час
V<sub>P</sub>, м/час
h<sub>g</sub>, м
V<sub>M</sub>, м/час
V<sub>P</sub>, м/час
h<sub>g</sub>
V<sub>M</sub>
V<sub>P</sub>
h<sub>g</sub>
V<sub>M</sub>
V<sub>P</sub>
1720-2020
132
25,3
16,3
220
19,5
15,6
202
26,3
19,1
+53,0
+3,9
+17,2
-8,9
+34,9
+22,4
2020-2300
84
15,2
8,8
138
13,9
9,9
112
20,6
11,7
+33,3
+35,5
+32,9
-23,2
+48,2
+18,2
2300-2750
48
12,5
4,7
107
10,0
6,3
98
17,7
8,3
+100,4
+41,6
+34,0
-9,2
+77,0
+31,7
Примечания: 1) h<sub>g</sub>, V<sub>M</sub>, V<sub>P</sub> - средние значения соответственно проходки за долбление, механической и рейсовой скоростей бурения.2) Знаками «+» и «-» отмечены соответственно увеличения и уменьшения показателей работы долот.