Технология бурения нефтяных и газовых скважин модернизированными винтовыми забойными двигателями (научное обобщение, результаты исследований и внедрения) icon

Технология бурения нефтяных и газовых скважин модернизированными винтовыми забойными двигателями (научное обобщение, результаты исследований и внедрения)


Смотрите также:
Технология бурения нефтяных и газовых скважин модернизированными винтовыми забойными двигателями...
Программа теоретической части дисциплины "Технологий бурения нефтяных и газовых скважин" > Цель...
«Смит Тул»
Кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин» методические указания по дисциплине «разрушение...
Методические указания и задания на контрольные работы учебной дисциплины «Бурение нефтяных и...
«Бурение нефтяных и газовых скважин»...
Методические указания по производственной практике для студентов 3 курса специальности 090800...
Гидродинамика двухфазных смесей в процессах бурения нефтяных и газовых скважин...
Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений по дисциплине «Технология...
Методические указания и контрольные задания учебной дисциплины «Технология текущего и...
Методические указания и контрольные задания учебной дисциплины «Технология текущего и...
Методические указания по прохождению первой учебной практики для студентов 1-го курса...



страницы: 1   2   3   4
вернуться в начало

Измеряют смешение h винтовой линии модулей и рассчитывают величину угла φ1 по формуле

φ1 = 2πhl, (1)

где h – смещение винтовой линии, мм; 2π – в град. (3600); l – длина окружности, причем l = πdf ; df – наружный диаметр ротора по вершинам зубьев, мм.

Изучение изменения диаметрального натяга от соотношений диаметров эластомера и ротора, и его влияние на энергетические характеристики проводили также с учетом разной степени износа РО (после отработки тридцати двигателей Д2-195 в скважине – 20, 40, 60, 80, 100 ч). Для нового двигателя принималось: коэффициент натяга = 0,10; эксцентриситет е в пределах 4,5 мм; диаметр ротора по вершинам зубьев df = 125,54 мм; диаметр эластомера статора по впадинам dc = 134,76 мм; диаметральный натяг δ = 0,47 мм. Результаты исследований представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Результаты исследования параметров РО и энергетических характеристик Д2-195 в зависимости от времени отработки в скважине


Пор.

ном.

Время работы в скважине, ч

Диаметр ротора по вершинам зубьев, мм

Внутренний диаметр статора по впадинам, мм

Диаме-траль-ный натяг, мм

Энергетические характеристики ВЗД (при Qconst=0,030 м3/с; n=10,4 с-1)

Давление в двигателе, МПа

Момент на валу двигателя, кНм

1

20

125,54

134,76

0,47

6,50

7,200

2

20

125,55

134,95

0,45

6,50

7,180

3

20

125,53

135,16

0,42

6,30

7,190

4

20

125,55

135,33

0,45

6,30

7,200

5

20

125,54

135,28

0,46

6,40

7,175

6

20

125,55

135,41

0,43

6,30

7,180

^ Среднее значение

125,54

135,29

0,44

6,35

7,185

7

40

125,53

135,57

0,41

5,40

6,720

8

40

125,52

135,54

0,40

5,40

6,870

9

40

125,53

135,61

0,40

5,35

6,532

10

40

125,51

135,78

0,39

5,30

6,250

11

40

125,52

135,76

0,39

6,00

6,045

12

40

125,53

135,89

0,38

5,25

6,105

^ Среднее значение

125,52

135,49

0,38

5,56

6,38

Продолжение таблицы 3


Пор.

ном.

Время работы в скважине, ч

Диаметр ротора по вершинам зубьев, мм

Внутренний диаметр статора по впадинам, мм 4

Диаме-траль-ный натяг, мм

Энергетические характеристики ВЗД (при Qconst=0,030 м3/с; n=10,4 с-1)

Давление в двигателе, МПа

Момент на валу двигателя, кНм

13

60

125,52

136,00

0,31

4,10

5,635

14

60

125,50

136,00

0,32

4,10

5,280

15

60

125,51

136,14

0,33

4,15

5,190

16

60

125,52

136,21

0,32

4,10

4,675

17

60

125,51

136,13

0,31

4,00

4,932

18

60

125,50

136,23

0,30

4,00

4,380

^ Среднее значение

125,51

136,14

0,32

4,07

4,764

19

80

125,47

136,20

0,28

3,40

3,786

20

80

125,45

136,44

0,27

3,65

3,487

21

80

125,44

136,40

0,28

3,60

3,214

22

80

125,44

136,45

0,29

3,80

2,996

23

80

125,45

136,46

0,28

3,35

2,879

24

80

125,47

136,45

0,27

3,30

2,498

^ Среднее значение

125,46

136,38

0,28

3,41

3,396

25

100

125,41

136,82

0,26

3,19

2,110

26

100

125,42

137,13

0,27

3,12

2,015

27

100

125,41

137,20

0,26

3,15

2,110

28

100

125,40

137,19

0,25

3,18

2,295

29

100

125,43

137,30

0,25

3,12

2,375

30

100

125,41

137,24

0,26

3,15

2,280

^ Среднее значение

125,40

137,25

0,25

3,17

2,10


Из представленных сведений видно, что средний диаметр ротора по вершинам зубьев после отработки двигателя в скважине 20 часов снизился с 125,55 до 125,52 мм, а диаметр статора по впадинам увеличился с 134,75 до 135,49, при этом средний диаметральный натяг уменьшился с 0,47 до 0,44 мм (рисунок 4).


Рисунок 4 – Изменения параметров РО от времени отработки Д2-195 в условиях скважины


Диаметральный натяг в паре ротор-статор после отработки двигателя в скважине в объеме 40 ч составил 0,38 мм; 60 ч – 0,32 мм; 80 ч – 0,28 мм; 100 ч – 0,25 мм. Средний диаметр ротора по вершинам зубьев после отработки двигателя в скважине в течение 100 ч снизился с 125,55 до 125,40 мм, а диаметр эластомера статора увеличился с 134,76 до 137,25 мм. Износ ротора составляет не более 0,15 мм.

Установлено, что износ РО через 100 часов работы составляет 45 %, из них 33 % (наиболее интенсивный износ резинового эластомера статора) приходится на первые 60-80 ч работы двигателя в скважине. Это обусловлено прочностными характеристиками взаимодействующих поверхностей РО (резина-сталь), повышенным начальным диаметральным натягом, а также высокими гидромеханическими сопротивлениями в рабочих органах при приработке (обкатке) винтовых поверхностей героторного механизма, вызванных действием радиальных сил.

Используя метод экспоненциального сглаживания, разработанный Р. Брауном, оценивалась ожидаемая величина диаметрального натяга в зависимости от изменения диаметров РО через 130 ч отработки двигателя в скважине. Прогнозное значение диаметрального натяга через 130 ч работы двигателя в скважине составит 0,22 мм.

Исследования энергетических характеристик отработанных в условиях скважины двигателей, проводились в переходном режиме от оптимального к тормозному при постоянном расходе технологической жидкости Q=0,030 м3/с и поддержании частоты вращения вала ВЗД от 9,3 до 10,4 с-1.

Показано, что с уменьшением диаметрального натяга в РО с 0,47 до 0,25 мм перепад давления и момент на валу двигателя снизились: давление с 6,5 до 3,17 МПа; момент с 7,2 до 2,1 кН∙м (рисунок 5).

Снижение энергетических характеристик двигателя приводит к снижению эффективности процесса бурения и в конечном счете к невозможности его дальнейшей эксплуатации (невозможность поддержания требуемых параметров режима бурения).


Рисунок 5 – Изменение энергетических характеристик Д2-195 от диаметрального натяга при работе ВЗД в экстремальном режиме Q=0,030 м3/с, n=9,3÷10,4 с-1


Для оценки возможности восстановления работоспособности изношенного двигателя, его дальнейшей эксплуатации проведены исследования влияния угла разворота модулей относительно друг друга на параметры РО (контактные напряжения в РО) и энергетические характеристики (изношенного) двигателя с героторным механизмом модульного исполнения.

Исследования проводились на ВЗД Д2-195, используемые в предыдущих экспериментах, имеющих износ РО более 40 %. Характеристики экспериментального двигателя, отработанного в скважине 100 ч составляли: эксцентриситет е 2,5 мм; диаметр ротора по вершинам зубъев df = 125,40 мм; диаметр эластомера статора по впадинам dc = 137,25 мм; δ = 0,25. Испытания проводились при постоянном расходе технологической жидкости Q=0,030 м3/с.

Результаты исследования влияния угла разворота модулей на энергетические характеристики двигателя модульного исполнения представлены в таблице 4 и на рисунке 6.

Установлено, что с изменением угла разворота модулей от 1 до 30, увеличивается диаметральный натяг с 0,25 мм до 0,47 мм, момент двигателя с 2,0 до 5,9 кН∙м.


Таблица 4 – Результаты исследования энергетических характеристик двигателя модульного исполнения


Пор.

ном.

Угол разворота модулей, град

Диаметраль-ный натяг, мм

Энергетические характеристики ВЗД (Qconst=0,030 м3/с)

Давление в двигателе, МПа

Частота вращения, с-1

Момент на валу двигателя, кНм

1

1

0,29

3,15

12,5

2,0

2

2

0,32

3,25

12

2,6

3

3

0,38

3,52

10,4

4,9

4

4

0,42

3,80

7,6

5,0

5

5

0,46

4,10

4,2

6,0

6

1

0,27

3,05

13,0

2,0

7

2

0,34

3,35

11,2

2,5

8

3

0,37

3,46

10,0

4,8

9

4

0,41

3,85

8,4

5,4

10

5

0,49

4,25

4,9

6,2

11

1

0,28

2,85

12,5

2,1

12

2

0,33

3,20

11,0

3,0

13

3

0,36

3,55

10,8

4,2

14

4

0,43

3,97

8,8

5,3

15

5

0,45

4,12

3,4

5,9

16

1

0,26

2,95

13,5

2,4

17

2

0,31

3,00

10,8

2,9

18

3

0,39

3,64

10,6

4,6

19

4

0,44

3,90

7,2

5,5

20

5

0,48

4,30

4,0

5,9

21

1

0,30

3,10

12,3

3,1

22

2

0,35

3,30

10,5

3,9

23

3

0,40

3,60

9,8

4,5

24

4

0,45

4,15

6,8

5,2

25

5

0,47

4,20

5,1

5,6


Разворот модуля на угол более 40 приводит к увеличению диаметрального натяга до 0,52 мм и росту перепада давления до 4,5 МПа, а также снижению частоты вращения до 5,0 с-1 (47 об/мин).




Рисунок 6 – Зависимости изменения момента на валу, давления и частоты вращения от угла φ1 разворота модулей

Частота вращения вала ВЗД ниже 70 об/мин не удовлетворяет требованиям работы с моментоемкими долотами матричного исполнения, приводя к снижению механической скорости углубления скважины. Оптимальное значение частоты вращения варьируется от 70 до 120 об/мин. Следовательно, угол разворота модулей φ1 должен составлять от 3 до 40, при этом параметры работы двигателя изменятся. Увеличение частоты вращения составит от 7,4 до 10,0 с-1, а момента – от 4 до 4,9 кН·м. Рекомендуемые значения угла разворота модулей φ1 в зависимости от диаметрального натяга для двигателя Д2-195 представлены в таблице 5.


Таблица 5 – Рекомендуемые значения угла разворота модулей φ1 в зависимости от диаметрального натяга в РО Д2-195



Пор.

ном.

Диаметральный натяг отработанного ВЗД, мм

Угол разворота модулей φ1, град

1

0,22

3-4,5

2

0,25

3-4

3

0,28

2,5-3,5

4

0,31

2-3

5

0,34

1,5-2,5



Изучение крутильных колебаний (вибрации) корпуса двигателя проводилось с отработанными и впоследствии восстановленными (ротор модульного исполнения) винтовыми двигателями типа Д1-195, ДГР-178.6.7.57 и ДГР-178.7/8.37. Технические характеристики экспериментальных двигателей, отработанных в скважине от 90 до 120 ч, составляли: для Д1-195– эксцентриситет е = 4,2 мм; диаметр ротора по вершинам зубьев df = 125,40 мм; диаметр эластомера статора по впадинам dc = 137,25 мм; δ = 0,23 (испытания проводились при постоянном расходе технологической жидкости Q=0,030 м3/с); для ДГР-178.6.7.57 – эксцентриситет е = 8,5 мм; диаметр ротора по вершинам зубьев df = 122,10 мм; диаметр эластомера статора по впадинам dc = 135,25 мм; δ = 0,16 (расход Q=0,032 м3/с); для ДГР-178.7/8.37 – эксцентриситет е 6,2 мм; диаметр ротора по вершинам зубьев df = 122,10 мм; диаметр эластомера статора по впадинам dc = 135,20 мм; δ = 0,13 (расход Q=0,034 м3/с). Угол разворота модулей φ1 варьировался от 3 до 50. Результаты исследования уровня вибрации двигателя до и после восстановления (модульного разделения ротора ВЗД) представлены в таблице 6.

Измерение вибрационных характеристик ВЗД осуществлялось в полосах частот постоянной относительной ширины с возможностью представления их на едином графике.


Таблица 6 – Уровень общей вибрации ДГР-178.7/8.37 до и после (восстановления) модернизации



Виброускорение (дБ) на разных частотах от 1 до 63 Гц фиксировалось в трех взаимно-перпендикулярных направлениях х, у, z с одновременным замером энергетических характеристик ВЗД. Уровни виброскорости (), виброускорения () и амплитуды (А) связаны следующими выражениями:

; , (2)

, (3)

где и соответственно среднеквадратичные значения виброскорости (м/с) и виброускорения (м/с2); = 5∙10-8 – опорное значение виброскорости, м/с; = 1∙10-6 – опорное значение виброускорения, м/с2.

Результаты исследования вибраций ДГР-178.7/8.37 показали, что виброускорение двигателя (в режиме максимальной мощности) до модернизации на частоте 16 Гц, составляет от 140 до 146 дБ (виброскорость от 0,5 до 0,82 м/с) (рисунок 7). После модернизации (модульного исполнения ротора) уровень виброускорения снизился от 121 до 136 дБ (виброскорость от 0,01 до 0,02 м/с) и его максимальное значение определено (зафиксировано) на частоте 8 Гц (рисунок 8).


Рисунок 7 –

Уровень виброускорения и энергетические характеристики ДГР-178.7/8.37 до восстановления




Рисунок 8 – Уровень виброускорения и энергетические характеристики ДГР-178.7/8.37 после восстановления модульного разделения ротора с углом разворота φ1=40










Амплитуда двигателя (рисунок 9) после модернизации двигателя снизилась с 8,0 до 2,6 мм. Анализ результатов исследований вибраций двигателя ДГР-178.7/8.37 до и после модернизации показал также снижение вибраций в 1,5 - 2 раза. Снижение крутильных колебаний позволило увеличить устойчивость работы ВЗД в режиме максимальной мощности и восстановить энергетические характеристики героторной машины в среднем на 18-25 %.




Рисунок 9 – Амплитуда биений корпуса ДГР-178.7/8.37 до и после восстановления модульного разделения ротора


Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований послужили основой разработки конструкций ВЗД модульного исполнения и последующих опытно-промысловых испытаний.





Скачать 0.79 Mb.
оставить комментарий
страница2/4
ДВОЙНИКОВ МИХАИЛ ВЛАДИМИРОВИЧ
Дата29.09.2011
Размер0.79 Mb.
ТипАвтореферат диссертации, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх