3.2. Винтовые забойные двигатели

В начале 60-х годов в России возникла необходимость в создании низкооборотных забойных двигателей с частотой вращения долота 100-250 об/мин. Это было связано с появлением новых типов современных шарошечных долот с маслонаполненными опорами и твердосплавным вооружением.

К тому времени основным техническим средством бурения нефтяных и газовых скважин в нашей стране являлся многоступенчатый турбобур, который не позволял получить частоту вращения долота менее 400-500 об/мин., обеспечивая необходимый крутящий момент и приемлемый уровень давления насосов. Роторное бурение значительно отставало от мирового уровня из-за отсутствия соответствующего технического уровня бурильных труб и буровых установок.

В 1966 году ВНИИБТ предложил и запатентовал винтовой забойный двигатель (ВЗД), в котором впервые в мире в качестве рабочих органов использовался многозаходный винтовой героторный механизм (МВГМ), одновременно выполняющий функции гидравлического двигателя и планетарного редуктора.

Объемные двигатели действуют в ре­зультате наполнения жидкостью рабочих ка­мер и перемещения вытеснителей. Под вы­теснителем понимается рабочий орган, не­посредственно совершающий работу под действием на него давления жидкости.

Рис. 7. Упрощенная схема двигателя:

1– корпус; 2 – ротор; 3 – вал; 4 – осевые подшип­ники; 5 – радиальный подшипник; 6 – долото

Рис. 8. Продольное и поперечное сечения рабочих органов ВЗД:

I – область высокого давления; II – область низкого давления; III – шлюз

Согласно общей теории винтовых ро­торных гидравлических машин, элементами рабочих органов (РО) являются:

статор двигателя с полостями, примы­кающими по концам к камерам высокого и низкого давления;

ротор – винт, носящий название веду­щего, через который крутящий момент пере­дается исполнительному механизму;

замыкатели – винты, носящие назва­ние ведомых, назначение которых уплот­нять двигатель, т.е. препятствовать перете­канию жидкости из камеры высокого давле­ния в камеру низкого давления.

В одновинтовых гидромашинах ис­пользуются механизмы, в которых замыка­тель образуется лишь двумя деталями, нахо­дящимися в постоянном взаимодействии, ­– статором и ротором.

Таблица 1

Винтовые забойные двигатели для бурения скважин и капитального ремонта

Двигатель	Диа­метр, мм		Дли­на, мм		Шаг ста­тора, мм		Число шагов		Расход жидкости, л/с		Крутящий момент, Н·м			Частота вращения, с	Пере­пад давления, МПа
Д1-54	54		1890		222		2		1,0-2,5		70-110			3,0-7,5	4,5-5,5
Д1-88	88		3225		390		2		4,5-7,0		800-950			2,7-5,0	5,8-7,0
Д1-127	127		5800		650		2		15-20		2200-3000			3,3-4,3	5,5-8,5
ДЗ-172	172		6880		850		2		25-35		3100-3700			1,3-1,8	3,9-4,9
Д2-195	195		6550		850		2		25-35		3100-3700			1,3-1,8	3,9-4,9
Д1-240	240		7570		880		3		30-50		10 000-14 000			1,2-2,2	6,0-8,0

Рис. 9. Зависимость момента М и частоты вращения n ВЗД от кинематического отношения i рабочих элементов (D = const, Q = const, p = const)

Рис. 10. Схема винтового забойного двигателя ДЗ-172

Двигатель ДЗ-172 (рис. 10) состоит из двух секций: сило­вой и шпиндельной. Конусные детали секций соединяются меж­ду собой замковыми резьбами, а валы – с помощью конусных, конусно-шлицевых или резьбовых соединений. Третий узел дви­гателя ­– переливной клапан, как правило, размещается в авто­номном переводнике непосредственно над двигателем или между трубами бурильной колонны.

Силовая секция включает статор 2, ротор 3, соединение рото­ра и выходного вала 1, корпусные переводники 4, 5.

Шпиндельная секция состоит из корпуса 6, вала 9 с осевыми 8 и радиальными 7 опорами, наддолотного переводника 10.

Рис. 11. Схема винтового забойного двигателя типа Д:

1, 6 – переводник соединительный; 2 – статор; 3 – ротор; 4 – торсион; 5 – шпин­дель

Односекционные ВЗД типа Д (рис. 1) включают двига­тельную и шпиндельную секции и переливной клапан, корпусы которых соединяются между собой с помощью конической резь­бы. Рабочими органами двигательной секции являются многозаходные винтовые ротор и статор.

Рис. 12. Схема двигательной секции двухсекционного двигателя Д1-195 с соединением роторов при помощи шарнира:

1 – клапан; 2 – переводник соединительный; 3 – втулка распорная; 4 – статор; 5 – ротор; 6 – муфта; 7, 9, 10 – переводники; 8 – шарнир; 11 – вал

Секционные винтовые забойные гидравлические двигатели предназначены для бурения вертикальных (ДС) и наклонно на­правленных (ДГ) скважин различного назначения с использовани­ем буровых растворов при температуре не выше 100 °С (рис. 12).

Таблица 2