Забойный двигатель — это погружная машина, которая преобразует электрическую, пневматическую, гидравлическую или электрическую энергию в механическую работу инструмента во время процесса бурения скважины.
Существует три основных вида забойных двигателей:
- Винтовой.
- Турбинный.
- Электрический.
Винтовой забойный двигатель
Основными рабочими органами винтового забойного двигателя являются замыкатели - винты, которые выполняют роль уплотнителя двигателя (мешают перетеканию жидкости из камеры высокого давления в камеру низкого давления); статор двигателя, который соединен с концами камер низкого и высокого давления; ротор-винт, через который передается крутящий момент.
Почти любой винтовой забойный винтовой двигатель условно можно разделить на три основных секции (узла). Расположение данных секций показано на рисунке ниже.
Рисунок 1. Винтовой забойный двигатель. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Двигательная секция винтового забойного двигателя предназначена для преобразования в вращательное движение потока жидкости. Эта секция состоит из статора и ротора, изготовленного из стали.
Шпиндельная секция передает осевую нагрузку и крутящий момент на долото, а также воспринимает гидравлическую осевую нагрузку и реакцию забоя. Шпиндель изготавливается в виде монолитного полого вала, соединенного с долотом при помощи наддолотного переводника в нижней части и при помощи муфты в верхней.
Функция регулятора угла заключается в перекосе осей секций двигателя и его самого, относительно бурильной колонны. Он может устанавливаться над винтовым забойным двигателем или между шпиндельной и двигательной секцией.
Турбинный забойный двигатель
Турбинный забойный двигатель — это гидравлический забойный двигатель, в котором в механическую энергию вращения вала преобразуется движение промывочной жидкости, а рабочим органом является турбина осевого типа.
Турбинный забойный двигатель состоит из:
- Турбинного вала.
- Корпуса.
- Вала осевой опоры, внутри которого находится цилиндрическая полость.
- Роторов турбин.
- Гайки турбинного вала.
- Радиальных опор.
- Осевой опоры.
- Ниппеля.
- Канала (минимум одного), который организовывает гидравлическую связь между цилиндрической полости вала осевой опоры и последним ротором турбины.
Турбинный забойный двигатель устанавливается над инструментов, который разрушает горную породу. Источником энергии и крутящего момента является давление потока жидкости, которая двигается под напором насоса. Поток промывочной жидкости подается в первую ступень турбинного забойного двигателя. Далее в статоре формируется направление потока жидкости, что делает его направляющим элементом турбины. Потом из каналов статора поток жидкости перемещается на лопасти турбины под заданным углом, что оказывает воздействие на ротор. Это становится причиной создания силы, которая стремится повернуть ротор, связанный с валом турбины. На лопастях направляющего элемента вновь формируется направление жидкости, а также ее передача на лопасти второй ступени, где также возникает крутящий момент. Пройдя все ступени турбинного двигателя жидкость подводится к инструменту-разрушителю горной породы. В процессе работы турбины на статоре создается реактивный момент противоположный по своему направлению. Потом этот реактивный момент передается бурильным колоннам, где осуществляется их закручивание.
Электрический буровой забойный двигатель
Электрический забойный двигатель представляет собой забойный агрегат с электрическим трехфазным двигателем. Электроэнергия передается к нему с поверхности при помощи кабеля, который размещают внутри бурильных колонн. Такие забойные двигатели используют при бурении скважин глубиной до 5000 метров. Многолетний опыт использования электрических буровых двигателей показывает, что наиболее оптимально их использовать при бурении горизонтальных, наклонно-направленных, опорно-технологических скважин, а также при бурении глубоких скважин с применением утяжеленных буровых растворов.
Преимуществами электрического забойного двигателя являются постоянство частоты вращения, высокая перегрузочная способность, возможность контроля кривизны и отклонения ствола скважины, а также независимость частоты вращения и других показателей от объема используемой жидкости, глубины скважины, а также химико-физических свойств воды и горных пород. К недостаткам можно отнести сложность конструкции и необходимость в подаче к забою двух видов энергии — гидравлической и электрической. Пример схемы электрического бурового забойного двигателя изображен на рисунке.
Рисунок 2. Пример схемы электрического бурового забойного двигателя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
1 — контактный стрежень; 2 — верхний переводник; 3 — лубрикатор; 4 — корпус статора; 5 — нижняя часть сальникового уплотнителя; 6 — обмотка; 7 — ротор; 8 — пакет магнитной стали; 9 — пакет немагнитной стали; 10 — вал; 11 — короткозамкнутый ротор; 12 — кабель; 13 — нижний подшипник; 14 — верхняя часть сальникового уплотнителя; 15 — зубчатая муфта; 16, 20 — радиальные подшипники; 17 — многорядная пята; 18 — цилиндрический корпус; 19 — кольцевой лубрикатор; 21 — сальник; 22 — шпиндель.
