Винтовой-забойный двигатель
Скважинный двигатель (или буровой двигатель) представляет собой винтовой объемный насос (PCPD), размещенный на бурильной колонне для подачи дополнительной мощности на долото во время бурения. Насос PCPD использует буровой раствор для создания эксцентрического движения в силовой части двигателя, которое передается в виде осевой мощности на буровое долото. В буровом двигателе используются различные конфигурации ротора и статора для обеспечения оптимальной производительности для желаемого бурения, обычно увеличивая количество лепестков и длину силового узла для увеличения мощности. В некоторых случаях сжатый воздух или другой газ может использоваться в качестве подаваемой энергии для бурового двигателя. Нормальная скорость вращения долота при использовании бурового двигателя может составлять от 60 об/мин до более чем 100 об/мин.
Скважинные двигатели могут успешно использоваться в обычных или прямолинейных скважинах, и больше не ограничиваются применением в наклонно-направленном бурении. Недавние опытно-конструкторские работы и полевые испытания, связанные с гидравликой, конструкцией долота и его стабилизацией, определили условия, при которых затраты на и производительность забойных двигателей могут быть оптимизированы при бурении прямых скважин.
Введение
Возможность использования скважинного двигателя для привода бурового долота была впервые признана в 1873 году, когда был выдан патент США на вращающийся гидравлический погружной двигатель. Обычное вращательное бурение было запатентовано позже, в 1884 году, и с тех пор все больше усилий было направлено на улучшение инструментов для бурения или систем снижения затрат на бурение.
Один из подходов к совершенствованию методов бурения заключался в разработке и испытании различных скважинных двигателей, включая буровые турбины, буровые двигатели с объемным вытеснением, электрически положительные буровые двигатели, а также двигатели с электрическим приводом. Из этих типов наиболее привлекательны моторы с приводом. Из этих типов наиболее привлекательными были турбины и объемные буровые двигатели, поскольку буровой раствор уже используется для удаления шлама из ствола скважины в большинстве скважин, его наличие делает его вероятным кандидатом для обеспечения питания бурового двигателя. Буровые турбины постоянно развивались в России с конца 1920-х или начала 1930-х годов, а в начале 1950-х годов было объявлено об использовании турбины в качестве практического метода бурения. В 1955 году в США начались опытно-конструкторские работы по объемному забойному двигателю. Первые усилия были направлены на бурение прямых скважин; но этот способ считался неэкономичным из-за проблем с подшипниками и из-за отсутствия долот, способных работать на высоких скоростях.
Тем не менее, этот двигатель оказался экономическим и техническим успехом в качестве инструмента проходки направленных скважин. С начала 1960-х годов скважинные двигатели выполнили тысячи успешных работ. Они были эффективны при бурении шурфов под квадрат и под УБТ, в контролируемом наклонно-направленном бурении, зарезке боковых стволов и выпрямлении скважин в различных формациях как на суше, так и на море.
По мере того, как скважины бурятся всё глубже и затраты продолжают расти, становится еще более желательным располагать мощность для вращения долота рядом с самим долотом, а не на поверхности. Требования к крутящему моменту буровой трубы и прочности на растяжение, качество и стоимость буровой трубы, а также повреждение скважины и обсадной колонны могут быть сведены к минимуму за счет наличия мощности вращения на долоте.
Учитывая эти преимущества, последние разработки в области скважинных двигателей снова были нацелены на бурение прямых стволов. Основные улучшения в этом направлении были достигнуты в области выходной мощности и конструкции подшипников. Эти усовершенствования позволили увеличить как скорость, так и продолжительность проходки, чтобы ближе соответствовать характеристикам алмазного долота. Опытно-конструкторские работы все еще продолжаются, но в настоящее время можно представить значительный объем данных, иллюстрирующих нынешнее состояние дел.
Результаты полевых испытаний показаны в таблице 1 и служат основой для точного сравнения обычного бурения и бурения забойными двигателями.