«Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море»

Повышение энергетических характеристик винтового забойного двигателя за счет армирования зубьев статора металлическими вкладышами

УДК: 621.3.043.2-043.84:622.243.92.05
DOI: 10.33285/0130-3872-2022-1(349)-29-34

Авторы:

¹ Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

Ключевые слова: винтовой забойный двигатель, героторный механизм, армированный статор, вкладыш, резина, изгибная жесткость, энергетическая характеристика, давление, технология

Аннотация:

Рассмотрены особенности конструкции и технологии изготовления основного узла винтового забойного двигателя (ВЗД) – многозаходного винтового героторного механизма, который представляет собой планетарную зубчатую передачу внутреннего циклоидального зацепления с разницей в числах зубьев статора и ротора, равной единице. Показано, что большая деформация резины, недостаточная изгибная жесткость резиновых зубьев статора приводят к утечкам промывочной жидкости и снижению энергетических характеристик ВЗД. Большие циклические деформации резиновых зубьев, возникающие при работе ВЗД, плохая тепловодность резины приводят к ее разогреву, снижению физико-механических свойств и снижению крутящего момента и мощности ВЗД. Показано, что повысить энергетические характеристики винтового забойного двигателя можно за счет армирования резиновых зубьев статора. Рассмотрены три варианта армирования зубьев статора: использование монолитного корпуса статора с внутренними винтовыми зубьями; установка в корпусе статора тонкостенной гидроштампованной оболочки и установка в корпусе статора металлических вкладышей. Наиболее предпочтительным способом армирования статора является установка в корпусе статора металлических вкладышей. Разработана конструкция и технология изготовления статора, армированного металлическими вкладышами для ВЗД в габарите 240 мм, выбраны и рассчитаны геометрические параметры героторного механизма и показатели энергетических характеристик ВЗД. Доказано, что использование новой конструкции героторного механизма позволит повысить энергетические характеристики винтового забойного двигателя на 20 %.

Список литературы:

1. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Одновинтовые гидравлические машины: в 2 т. – М.: ИРЦ Газпром, 2005–2007. – Т. 1. – 487 с.; Т. 2. – 469 с.
2. Забойные винтовые двигатели для бурения скважин / М.Т. Гусман, Д.Ф. Балденко, А.М. Кочнев, С.С. Никомаров. – М.: Недра, 1981. – 232 с.
3. Многозаходные винтовые забойные двигатели для бурения и капитального ремонта скважин / Ю.А. Коротаев, А.В. Цепков, М.Г. Бобров, С.Г. Трапезников. – М.: ВНИИОЭНГ, 2002. – 48 с.
4. Балденко Д.Ф., Бобров М.Г., Коротаев Ю.А. Отечественные винтовые забойные двигатели: вчера, сегодня, завтра // Бурение. – 2001. – № 3. – С. 12–16.
5. Бобров М.Г., Коротаев Ю.А., Пустозеров В.А. Применение винтовых забойных двигателей для бурения наклонно направленных скважин в ОАО "Сургутнефтегаз" // Бурение. – 2002. – № 5-6. – С. 30–31.
6. Коротаев Ю.А., Цепков А.В. Профилирование зацепления многозаходного героторного механизма винтового забойного двигателя // Исследования по усовершенствованию конструкции, эксплуатации и ремонту винтовых забойных двигателей и редукторных турбобуров: сб. науч. тр. Пермского фил. ВНИИБТ. – М., 1989. – Вып. 68. – С. 35–41.
7. Коротаев Ю.А., Цепков А.В., Кочнев А.М. Расчет основных геометрических параметров многозаходного героторного механизма винтового забойного двигателя // Химическое и нефтяное машиностроение. – 1989. – № 12. – С. 10–11.
8. А. с. 671463 SU. Героторный механизм / А.В. Цепков, П.И. Астафьев, Ю.В. Вадецкий [и др.]. – Заявл. 11.11.1974.
9. А. с. 436944 SU. Многозаходный винтовой героторный механизм / А.О. Асан-Нури, Д.Ф. Балденко, М.Т. Гусман [и др.]. – Заявл. 29.11.1971, опубл. 1974, Бюл. № 27.
10. Пат. 2194880 Рос. Федерация, МПК F04C 2/16, F04C 5/00. Многозаходный героторный механизм винтовой гидравлической машины / Ю.А. Коротаев, А.В. Цепков, А.М. Кочнев [и др.]; патентообладатель ОАО НПО "Буровая техника". – Заявл. 02.02.2001; опубл. 20.12.2002.
11. Коротаев Ю.А., Голдобин Д.А. Особенности проектирования и расчета многозаходных винтовых героторных механизмов мультифазных насосов // Изв. ТулГУ. Технические науки. – 2016. – № 8-2. – С. 175–182.
12. Пат. 1595105 SU, МПК F04C 2/16. Героторный механизм винтового забойного двигателя / Ю.А. Коротаев, А.В. Цепков, А.М. Кочнев, Д.Ф. Балденко; патентообладатели Пермский фил. ВНИИБТ, Пермский политехн. ин-т. – № 4257298/29; заявл. 08.04.1987; опубл. 20.12.1999, Бюл. № 10.
13. Коротаев Ю.А. Технологическое обеспечение долговечности многозаходных винтовых героторных механизмов гидравлических забойных двигателей. – М.: ВНИИОЭНГ, 2003. – 260 с.
14. Писаренко Г.С., Яковлев А.П., Матвеев В.В. Справочник па сопротивлению материалов. – 2-е изд., перераб. и доп. – Киев: Наук. думка, 1988. – 736 с.
15. Плотников В.М., Фуфачев О.И. Тепловой расчет резиновой обкладки статоров винтовых забойных двигателей // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2010. – № 9. – С. 3–6.
16. Зотин В.Н., Кочнев А.М. Исследование напряженного состояния обкладки статора винтового забойного двигателя // Химическое и нефтяное машиностроение. – 1986. – № 5. – С. 20–24.
17. Коротких Н.И., Коротаев Ю.А., Хохлов В.В. Повышение надежности резинометаллических статоров винтовых забойных двигателей // Вестн. Ассоциации буровых подрядчиков. – 2001. – № 4. – С. 8–11.
18. Коротаев Ю.А., Бобров М.Г., Коротких Н.И. Исследование усталостной выносливости резиновой смеси ИРП-1226, используемой в производстве статоров винтовых забойных двигателей // Химия для топливно-энергетического комплекса России: тез. докл. Междунар. форума ТЭК России, 31 окт. – 3 нояб. – СПб., 2000. – С. 71–72.
19. Кочнев А.М., Голдобин В.Б. Винтовой забойный двигатель с облегченным ротором // Нефт. хоз-во. – 1989. – № 9. – С. 14–16.
20. Фуфачев О.И. К вопросу повышения эксплуатационных характеристик винтовых забойных двигателей // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2008. – № 1. – С. 22–25.
21. Винтовые забойные двигатели фирмы "Радиус-Сервис" / В.Н. Андоскин, С.П. Астафьев, А.М. Выгузов, К.А. Кобелев // Вестн. Ассоциации буровых подрядчиков. – 2012. – № 2. – С. 16–21.
22. Голдобин Д.А., Коротаев Ю.А. Особенности конструкции и технологии изготовления статоров винтовых забойных двигателей ООО "ВНИИБТ – Буровой инструмент", армированных стальной тонкостенной винтовой оболочкой // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2010. – № 11. – С. 2–4.
23. Голдобин Д.А, Коротаев Ю.А., Плотников ВМ. Компьютерное моделирование процесса формообразования тонкостенных винтовых оболочек для роторов и статоров винтовых забойных двигателей // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – 2012. – № 8. – С. 4–8.
24. Коротаев Ю.А., Голдобин Д.А., Алпатов А.Н. Особенности технологии гидроштамповки зубчатых оболочек для роторов и статоров винтовых двигателей и насосов // Изв. ТулГУ. Технические науки. – 2013. – № 8. – С. 48–55.
25. Коротаев Ю.А., Пьянков А.Ю. Новая конструкция многозаходного героторного механизма мультифазного насоса // Master's Journal. – 2015. – № 1. – С. 37–47.