Винтовые забойные двигатели типа Д
Двигатели типа Д предназначены для бурения вертикальных и наклонно-направленных скважин. Они наиболее полно удовлетворяют требованиям технологии современного бурения скважин низкооборотными долотами и могут быть использованы при капитальном ремонте эксплуатационных скважин и в геологоразведочном бурении.
Винтовые двигатели имеют ряд преимуществ перед другими забойными двигателями: низкая частота вращения при высоком вращающем моментена валу, что позволяет получать существенное увеличение проходки за рейс долота по сравнению с показанного бурения; небольшой перепад давления, что создает возможностьприменения гидромониторных долот; простота конструкции двигателя, что упрощает его ремонт и эксплуатацию.
Эти преимущества позволяют успешно применять винтовые забойные двигатели при использовании низкооборотных долот с маслонаполненными опорами.
Выпускаются следующие типоразмеры винтовых забойных двигателей: Д1-195, Д2-172М,Д-85 и Д1-54. Все они выполнены по единой компоновочнойсхеме.
Двигатель состоит из двигательной секции А, шпиндельной секции Б и переливного клапана В, корпуса которых соединены между собой с помощьюконических резьб.
Статор и ротор - рабочие органы двигателя - самые ответственные детали. Для обеспечения нормальной работы двигателя отклонение от прямолинейности образующих зубьев статора и ротора не должно превышать 0,3 мм на всей длине. Обкладку статора необходимо надежно прикреплять к его корпусу, а рабочая поверхность резины не должна иметь трещин, расслоений и других дефектов.
Верхний конец пологоротора заглушён пробкой, а к нижнему присоединяется двухшарнирный карданный вал 9, преобразующий планетарное движение ротора в соосное вращение вала шпинделя.
Рисунок 3 - Винтовой забойный двигатель
Шпиндельная секция двигателя включает многоступенчатый подшипник качения и радиальные резинометаллические опоры.
В двигателе Д2-172М используется шпиндель ШШО1 с амортизированной опорой качения (рисунок 4). На валу 9 шпинделя установлены ступени двойного упорного шарикоподшипника № 538920 14. Ступень подшипникавключает неподвижное кольцо, 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.
Рисунок 4 - Шпиндельная секция типа ШШО1
В корпусе монтируются невращающиеся детали: неподвижные кольца подшипника, распорные втулки, наружные них 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 - упорным торцом вала и конусно-шлицевой полумуфтой 2. На нижнем конце вала установлен переводник вала 22 для соединения с долотом.
Переливной клапан - специфический узел для двигателей объемного типа. Он предназначен для сообщения внутренней полости бурильной колонны с затрубным пространством при спуско-подъемных операциях в скважине. При применении клапана уменьшается гидродинамическое воздействие на пласт при спуске и подъеме бурильных колонны, устраняются холостое вращение двигателя при этих операциях и потери промывочной жидкости.
В переливном клапане В в качестве запорного элемента использована резиновая манжета 1, взаимодействующая с седлом 2, коническая рабочая поверхность которого снабжена системой каналов, сообщающих внутреннюю полость двигателя с затрубным пространством через боковые отверстия корпуса клапана. В процессе спуско-подъемных операций свободная кольцевая часть манжеты под действием сил упругости резины не касается конической поверхности седла, чем и обеспечивается свободный переток жидкости через клапан. При подаче промывочной жидкости под действием скоростного напора манжета перекрывает отверстия седла, и вся промывочная жидкость направляется через центральный канал клапана в двигатель.
РЕМОНТ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЗАБОЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ГЗД)
1. Основные причины отказа ГЗД
1.1. Турбинные двигатели
| Причина неисправности | Факторы, вызывающие необходимость ремонта |
| Износ осевой опоры (пяты) | Естественный выход из строя вследствие работы под нагрузкой в абразивной среде |
| Износ турбин | Нарушение взаимной неподвижности статоров и роторов, загрязнённость бурового раствора, повышенная реакция от забоя |
| Засорение ГЗД шламом | Отсутствие фильтров в бурильной колонне, низкое качество очистки бурового раствора, недостаточная по времени промывка скважины после бурения |
| Двигатель не запустился на буровой | Неправильная регулировка секций и шпинделя, недостаточная подача насосов (утечки в бурильных трубах, в системе), некачественная сборка секций (закрепление систем шпинделя при слишком большом усилии), присоединение на буровой секции турбобура в неправильном порядке |
| Износ радиальных опор, поломка опор в месте приварки ребер | Непрямолинейность вала или корпуса, низкое качество сварки, износ деталей радиальных опор |
| Отвинчивание (ослабление) шпинделя, ниппеля, переводника | Профиль резьб или натяг резьбового соединения не соответствует техническим условиям, закрепление резьбовых соединений при недостаточном моменте, ошибки при определении высоты регулировочного кольца. Заклинивание вала шпинделя в результате разрушения деталей шарикоподшипника или засорение радиальной опоры при транспортировке шпинделя без предохранительных пробок |
| Отвинчивание или ослабление роторной гайки, полумуфты | Закрепление роторной гайки (полумуфты) при недостаточном моменте, ошибки при определении высоты регулировочного кольца, некачественная резьба, торцовые поверхности деталей непараллельные или не защищены от резины, грязи. |
| Промыв резьбовых соединений | Не выдержана величина натяга резьбового соединения, не проведены очистка и тщательный осмотр резьб при ремонте; торцовые поверхности резьбовых соединений имели раковины, промытости, вмятины, царапины и небыли защищены; не применялись специальные резьбовые смазки |
| Поломка вала, корпуса, переводника, полумуфт | Нарушение технологии термообработки на заводе; отсутствие контроля дефектоскопией на заводе и в ремонтном цехе для определения возможных трещин; не зачищены царапины, неглубокие трещины, выбоины; перегрузка в ходе бурения; зашламование нижних секций; заклинивание долота |
1.2.Винтовые двигатели
| Характер неисправности | Причина неисправности | Способ устранения | |
| на буровой | в ремонтном цехе | ||
| Незапуск нового или отремонтированного двигателя над устьем скважины (или запуск при повышенном давлении в нагнетательной линии) | Большой натяг резины в рабочей паре | Заменить двигатель | Заменить рабочую пару |
| Отслоение или повреждение резиновой обкладки статора | Заменить двигатель | Заменить статор | |
| Заклинивание шарнира кардана | Заменить двигатель | Заменить шарнир | |
| Неисправен шпиндель | Заменить двигатель | Проверить шпиндель, при необходимости заменить осевую и радиальные опоры | |
| Повышение давления в нагнетательной линии при работе двигателя в скважине (при отрыве от забоя давление не снижается) | Засорение фильтра под рабочей трубой | Прочистить фильтр | |
| Зашламление двигателя | Заменить двигатель | Разобрать двигатель, очистить от шлама | |
| Попадание посторонних предметов в рабочую пару и повреждение резиновой обкладки статора | Заменить двигатель | Заменить рабочую пару | |
| Поломка и заклинивание осевой и радиальной опор шпинделя | Заменить двигатель | Заменить детали опор | |
| Снижение механической скорости проходки; двигатель плохо принимает осевую нагрузку | Износ рабочих органов (ротора и статора) | Заменить двигатель | Заменить рабочие органы |
| Износ осевой и радиальных опор шпинделя | Заменить двигатель | Заменить осевую и радиальные опоры шпинделя | |
| Проворот пакета опор в шпинделе вследствие неправильной сборки, регулировки и закрепления | Заменить двигатель | Заменить осевую и радиальные опоры шпинделя | |
| Негерметичность переливного клапана | Заменить клапан | Заменить изношенные детали клапана | |
| Снижение давления в нагнетательной линии, установки двигателя при осевом нагружении, отсутствие проходки | Промыв переливного клапана | Заменить клапан | Заменить промытые детали клапана |
| Износ рабочих органов | Заменить двигатель | Заменить рабочие органы | |
| Выход из строя шарнира (расцепление ротора с валом шпинделя) | Заменить двигатель | Проверить шарниры, при необходимости заменить | |
| Неплотности (промыв) в резьбовых соединениях в бурильной колонны | Проверить инструмент и заменить промытые бурильные трубы |
| Резкое снижение давления в нагнетательной линии | Отворот двигателя или шпинделя от статора | Ловильные работы, замена двигателя | Контроль натягов резьбовых соединений |
2. Разборка ГЗД
2.1. Разборка турбинных двигателей
| Операция | Оборудование | Краткое содержание работ |
| Транспортировка двигателя в цех | Мостовой кран, механическая тележка | Турбинную секцию поднять со стеллажа, положить на механическую тележку, доставить в цех |
| Отмачивание (отогрев в зимнее время) | Ванна с подогревом | Тельфером поднять секцию, опустить в ванну |
| Промывка турбинных секций прокачиванием жидкости | Горизонтальный стенд для испытания ГЗД | Установить секцию на стенд , подсоединить нагнетательную линию, произвести прокачку до появления чистой воды. |
| Отвинчивание переводника вала | Ключ цепной | Если переводник вала не откреплён на буровой, произвести его отвинчивание |
| Отвинчивание ниппеля или соединительного переводника | Ключ механический | Установить секцию на механический ключ, поставить корпус на задержку, отвернуть переводник или ниппель |
| Извлечение сборки валов из корпусов турбинных и шпиндельной секций | Механический стенд (ключ) Гидропресс усилием 3000 кН | Установить секцию на гидропрессе, зафиксировать корпус, соединить вал с подвижным блоком (штоком гидропресса), извлечь сборку вала из корпуса |
| Мойка сборки валов | Брандспойт, ванна | |
| Мойка корпусов | Брандспойт, ванна | |
| Отвинчивание с вала контргайки и роторной гайки или полумуфты | Механический стенд (ключ) | Вал с деталями установить на механический ключ, надеть ключ для роторной гайки, отвинтить контргайку, сбить колпак, отвинтить роторную гайку или полумуфту |
| Демонтаж (снятие) деталей с валов турбинных и шпиндельной секций | Стенд для сборки турбобуров | вал с деталями переместить на стенд для сборки. Снять все детали с вала |
| Мойка валов | Брандспойт, ванна | |
| Мойка деталей | Моечная машина | |
| Проверка и дефектовка деталей | Промытые детали подать на стол контроля. Все детали проверить и рассортировать |
2.2. Разборка винтового двигателя
| Операция | Оборудование | Краткое содержание работ |
| Транспортировка двигателя в цех | Мостовой кран, механическая тележка | Двигатель поднять со стеллажа, положить на механическую тележку, доставить в цех |
| Отмачивание (отогрев в зимнее время) | Ванна с подогревом | Прогреть в ванне с горячей водой в течение 1…1,5 часов |
| Раскрепление двигателя | Ключ механический | Двигатель установить на механический ключ, открепить на 5…8 мм верхний переводник. Кулачки патрона установить так, чтобы не повредить корпус |
| Отсоединение шпинделя | Ключ механический | Отсоединить статор от соединительного переводника. Если отсоединение карданного вала не произошло, то ударами кувалды сбить одно из конусно-шлицевых соединений |
| Извлечение сборки ротора из статора | Лебёдка или специальный стенд | Рабочую пару (статор-ротор) подать на механическую лебёдку. Верхний переводник закрепить в задержке, вместо полумуфты ввинтить в ротор специальный переводник и закрепить на нём трос лебёдки. Вытянуть ротор из статора |
| Отвинчивание верхнего переводника | Механический ключ или стенд | Откреплённый раннее переводник отвернуть вручную |
| Разборка шарнира | Слесарный верстак и сверлильный станок | |
| Разборка шпинделя - отвинчивание ниппеля - извлечение сборки вала из корпуса; - открепление полумуфты; - демонтаж деталей с вала | Механический ключ Механическая лебёдка Механический ключ Стенд для разборки | Шпиндель подать на механический ключ Открепить и отвернуть ниппель Шпиндель подать на механическую лебёдку, переводник шпинделя поставить на задержку, извлечь сборку вала из корпуса Вал установить на механический ключ, шлицевой ключ установить на полумуфту, отвернуть полумуфту С вала шпинделя последовательно снять все детали (осевую опору снимать пакетами) |
| Промывка деталей | Ванна, моечная машина | |
| Проверка и дефектовка деталей | Промытые детали подать на стол контроля. Все детали проверить и рассортировать |
Дефекты деталей и возможные методы ремонта
| Детали | Виды дефектов | Заключение |
| Валы, корпусы | Местная кривизна | Править до кривизны не более 1 мм на длине 2000 мм |
| Детали турбины (статоры, роторы) | Сквозные трещины, сколы, вмятины, забоины, износ лопаток по высоте более 4 мм | Браковать |
| Детали резино-металлической пяты – подпятники - диски пяты | Износ резины более 2 мм по высоте, концентричные риски глубиной более 1мм, набухание Износ по высоте более 1 мм, выработка, трещины, забоины | Браковать Браковать; Ремонтировать шлифованием торцевых поверхностей |
| Опоры качения | Трещины, выкрашивание шариков и беговых дорожек колец | Браковать |
| Радиальные резино-металлические опоры | Раковины, забоины, задиры, износ по диаметру более 1,5мм, кольцевые выработки более 2,5мм | Браковать |
| Резиновая обойма винтовых двигателей | Износ более 0.3…0.4 мм | Браковать |
| Рабочая пара статор-ротор винтовых двигателей | Отсутствие натяга в рабочей паре Зазор более 0.01Der | Браковать |
Технологический процесс сборки ГЗД
Турбинный двигатель
| Операция | Оборудование (приспособления) |
| Чистка и смазка деталей турбобура | Металлические щётки, ветошь, сжатый воздух, смазка |
| Установка вала турбинной секции (шпиндельной секции) на стенд для сборки | Тельфер, сборочный стенд |
| Сборка деталей на валах турбинной секции (шпиндельной секции) | Стенд для сборки |
| Определение высоты регулировочного кольца для закрепления деталей на валах турбинных секций | Стенд для сборки |
| Закрепление деталей роторной сборки на валу | Стенд для сборки, механический ключ |
| Затаскивание сборки валов турбинной секции (шпиндельной секции) в корпуса секций | Стенд для сборки |
| Определение высоты регулировочных колец корпуса | Стенд для сборки |
| Закрепление переводников секций, ниппеля, шпинделя | Ключ механический |
| Контроль сборки | Мерительный инструмент, цепной ключ |
Винтовой двигатель
| Операция | Оборудование (приспособления) |
| Сборка клапана - подготовка деталей к сборке - сборка клапана - определение высоты регулировочного кольца, установка кольца - завинчивание и закрепление переводника | Слесарный стол То же То же Механический ключ |
| Сборка карданного вала - подготовка деталей к сборке - сборка шарнира - закрепление гаек шарнира - сборка карданного вала | Слесарный стол То же То же То же |
| Сборка шпинделя - подготовка деталей к сборке - сборка деталей на валу - определение высоты регулировочного кольца - закрепление деталей на валу - определение высоты верхнего регулировочного кольца - закрепление переводника - закрепление ниппеля | Слесарный стол Стенд для сборки Специальное приспособление Стенд для сборки, шлицевой ключ, механический ключ Механический ключ Механический ключ |
| Сборка секции двигателя (статор-ротор) -сборка рабочих органов - установка карданного вала | Механический ключ, втулки, пробки, шлицевой ключ Механический ключ |
| Сборка винтового двигателя - установка рабочей секции на ключ - присоединение шпиндельной секции - закрепление резьбовых соединений - присоединение клапана | Механический ключ ----------//------------- ----------//------------- ----------//------------- |
Контрольные вопросы
1. Перечислите причины засорения турбобура шламом;
2. Каковы причины остановки (незапуска) турбобура?
3. Каковы причины отворота роторной гайки (полумуфты)?
4. Перечислите причины замены винтового двигателя;
5. В какой последовательности производится разборка турбобура?
6. В какой последовательности производится разборка винтового двигателя?
7. В какой последовательности производится сборка турбобура?
8. В какой последовательности производится сборка винтового двигателя?
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ПРЕВЕНТОРОВ