Что такое реактивный момент забойного двигателя

Особенности рабочего процесса и характеристики винтовых забойных двигателей в режиме вращения бурильной колонны – Бурение и Нефть – журнал про газ и нефть

Одним из направлений повышения эффективности строительства нефтяных и газовых скважин является выбор оптимальных способов бурения с учетом горнотехнических условий и конструктивных особенностей применяемого забойного оборудования. При бурении с использованием винтовых забойных двигателей (ВЗД) высокие технико-экономические показатели, как показывает отечественный и зарубежный опыт, могут быть достигнуты сочетанием режимов бурения, как в случае неподвижной бурильной колонны, так и при комбинированном способе с вращением труб. Вместе с тем, теория рабочего процесса ВЗД для комбинированного способа бурения и сравнение характеристик забойных компоновок для этих двух технологий до настоящего времени рассмотрены недостаточно полно, что во многом ограничивает возможности буровиков при назначении режимных параметров и разработчиков при проектировании двигателей для различных условий бурения.

1. Конструкция ВЗД
2. Двигательный узел
3. Рабочие органы ВЗБ
4. Данный узел может быть выполнен в двух конструктивных исполнениях:
5. Турбобур ТПВ-105
6. Комментарии посетителей сайта
7. Основные особенности ВЗД, влияющие на его технические параметры
8. Турбинный забойный двигатель
9. Параметры
10. Классификация двигателей по их назначению
11. Электрический буровой забойный двигатель
12. Видео: Бурение при помощи ВЗД
13. Читайте также:

Магнитный и гравитационный способы ориентации относительно оси

Этот способ называется магнитной установкой ориентации. При наклонах, больших чем 5° ориентация устанавливается по высокой (потолочной) стороне ствола как опорной. Этот метод называется ориентацией по высокой стороне или гравитационным. Это относится ко всем способам измерения координат.

Рис. 6.5

Гравитационный способ ориентации представлен на рис. 6.4. На рис. 6.5 показаны различные положения ориентации относительно верхней стенки ствола. Если гравитационный датчик показывает точно 0°, то при бурении забойным двигателем не произойдет изменения в направлении ствола. Вся отклоняющая способность кривого переводника или кривизны корпуса будет направлена на набор угла ствола. Наоборот, при показаниях в 180° будет теряться угол. На рис. 6.5 представлена идеализированная ситуация. Необходимо придерживаться следующих правил:

а) При наклонах ствола больших, чем 30, когда показания гравитационного датчика составляют 60°, при бурении забойным двигателем с использованием кривого переводника, происходит потеря угла ствола одновременно с поворотом. При больших наклонах, эффект даже более очевиден.

Чем больше наклон ствола, тем большие разрушения стенок могут произойти. Необходимо иметь в виду и то, что в рыхлых породах из-за гидравлической эрозии так же происходит потеря угла.

Угол можно потерять потом (если потребуется) с использованием роторной КНБК.

При выполнении коррекции вправо, помните, что реактивный момент будет меньше вычисленного на основе руководства по применению забойных двигателей. Если эта установка приводит к увеличению наклона при повороте направо (т.е. момент оказывается большим, чем требуется), то при следующей установке нужно сориентировать долото еще правее.

Из вышеприведенного видно, почему коррекция в право считается более легко выполнимой, чем влево.

Что такое реактивное движение

Тема урока тесно связана с законом сохранения импульса и называется «Реактивное движение
». Сегодня мы обсудим, что это за движение и как оно определяет движение ракет и самолетов.

Явление отдачи

На практике часто приходится сталкиваться с ситуацией, когда тело под действием внутренних сил распадается на части. Если внутренние силы достаточно велики по сравнению с внешними силами, то можно применять закон сохранения импульса и описывать движение этих тел. Эта ситуация имеет название «явление отдачи». Примером такого явления является выстрел снарядом из пушки (рис. 1).

Рис. 1. Выстрел снарядом из пушки

Пушка выстреливает снарядом. Снаряд движется в направлении оси . По закону сохранения импульса пушка начнет двигаться в противоположную сторону. Для простоты будем считать, что все скорости направлены вдоль одной прямой параллельно оси .

Запишем закон сохранения импульса. До выстрела система покоилась, значит, импульс был равен нулю. После выстрела импульс системы состоит из двух частей: импульс снаряда и импульс пушки. Получаем:

Перепишем полученное выражение в проекциях на ось . При этом скорость снаряда будет со знаком «+», а скорость пушки (скорость отдачи) со знаком «-».

Выразим скорость, с которой откатится пушка:

Подставим следующие значения: .

В реальности данная скорость может быть меньше за счет того, что масса пушки будет больше. Или же за счет специального оборудования (противооткатные опоры, гидропневматический амортизатор), которое предотвращает откат назад. В современных автоматах и пулеметах за счет энергии отдачи происходит перезаряд орудия и выброс гильзы.

Явление отдачи – это причина любого движения на Земле. Рассмотрим движение автомобиля. Он катится по земле, и между автомобилем и землей возникает сила трения. Эта сила является внутренней для системы «автомобиль – Земля». Фактически автомобиль отталкивается от Земли и приобретает скорость в одну сторону, а Земля приобретает скорость в противоположную сторону. Конечно, Земля имеет намного большую массу, чем автомобиль, и она не движется в том направлении, в котором она должна была бы двигаться, если бы имела малую массу.

Явление отдачи сопровождает многие процессы в микромире. Например, процесс деления ядра урана при попадании в него медленного нейтрона (рис. 2). До деления ядро и нейтрон можно считать неподвижным, а после деления два осколка разлетаются с большой скоростью в разные стороны. Здесь тоже применим закон сохранения импульса.

Рис. 2. Процесс деления ядра урана

Наиболее привычным примером явления отдачи является реактивное движение (движение космических ракет).

На сегодняшний день реактивное движение широко распространено не только среди ракет и самолетов, многие животные тоже используют реактивное движение. Например, такие морские животные, как осьминоги или каракатицы, используют как раз реактивное движение. Они набирают воду, потом ее под давлением из себя выдавливают, и это приводит к тому, что они быстро перемещаются под водой (рис. 3).

Рис. 3. Реактивное движение осьминога и каракатицы

Определение.
Реактивным движением
называют движение, которое происходит в результате отделения от тела какой-либо его части или, наоборот, если к телу присоединяется какая-либо часть.

Механизмы отказа

Выкрашивание — изношена резина в верхней части статора.

Отслоение — отказ стальной трубы от связующего агента; разрушение эластомеров связующим агентом или связующим агентом.

Плохая посадка ротора / статора — неправильные допуски из-за ухудшения со временем. Также, если установка неправильная, перепад давления может быть слишком высоким или слишком низким. Слишком высокая — может повредить двигатель; слишком низко, и двигатель будет слабым и остановится, что может привести к поломке статора.

Температура забоя и бурового раствора может вызвать термическую усталость статора. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы компенсировать разбухание статора.

Некоторые буровые растворы могут вызвать набухание эластомеров статора. Учет этого и температуры на забое также является важным фактором.

Материал из-за потери циркуляции (LCM) может закупорить двигатель, а предметы с острыми краями могут вызвать износ внутренних деталей двигателя.

Что такое джетпак?

Реактивные ранцы также известны как джетпаки. Почти все они сделаны в виде рюкзака с несколькими реактивными двигателями компактного размера. Для управления обычно используются две ручки, которые меняют направление сопел, из которых вырывается расширяющийся газ или жидкость. Как правило, при помощи реактивного ранца можно летать всего лишь по 10 минут, но зато скорость равна 200 километрам в час. После полета ранец нужно снова заправлять, на что уходит довольно много времени. Вдобавок, чтобы всегда быть готовым к полету, пилотам нужно иметь при себе запас топлива. В общем, на данный момент реактивные ранцы — это необычный, но далеко не самый удобный способ передвижения.

Джетпаки разрабатываются любителями, поэтому выглядят очень по-разному. Но в целом принцип их работы одинаков

Интересный факт: если хочется полетать на реактивном ранце, стоит попробовать развлекательный Jetlev. Он как раз позиционируется как снаряд для активного отдыха. Он не испускает реактивных струй, потому что работает на воде. Она под большим напором выпускается из сопел и толкает человека вверх. Летать на таком аппарате можно только над водой на высоту не более 15 метров.

Видео с джетпаками, работающими на воде

Реактивные состояния — особая группа психических расстройств (психогении), которые развиваются в результате психической травмы и отражают содержание психотравмирующего события.

Это — попытка адаптации психики (в том числе — нормальной) к запредельным стрессам.

В ныне действующей Международной классификации болезней Десятого пересмотра нет отдельной рубрики, посвященной психогениям, они как бы разбросаны по разным блокам МКБ-10.

Распространенность реактивных психозов среди населения еще предстоит выяснить. Известно, что женщины болеют ими, примерно, в два раза чаще, чем мужчины. Реактивные депрессии составляют 40-50% всех реактивных психозов.

В нашей практике нередко встречаются диагнозы: «Депрессивный эпизод»; «Смешанное расстройство эмоций и поведения, обусловленное расстройством адаптации».

Пациенты с психогенным заболеванием, как правило, сосредоточены на внутреннем повторном переживании несчастья, недавно происшедшего с ними. Эти переживания носят для них сверхценный характер. Но в типичных случаях они не хотят обсуждать случившееся с посторонними людьми (в частности, с психиатрами). Наоборот, при соответствующих вопросах больные замыкаются, вообще могут перестать разговаривать. Настроение снижено, с идеями самообвинения. Иногда же преобладают внешне-обвиняющие тенденции. Часто бывает тревога. У некоторых больных возникает реактивный параноид, — появляется страх, подозрительность, мысли о преследовании, возможном убийстве. Психические нарушения, возникающие при реактивном состоянии, нелегко отличить от установочного поведения, когда по тем или иным причинам больному кажется выгодным симулировать психическую болезнь. По нашим наблюдениям, установочное поведение может сочетаться с реальной симптоматикой.

В ПКБ №5 ДЗ г. Москвы пациент в реактивном состоянии обычно находится до выхода из временного болезненного расстройства. Он направляется к нам, будучи под следствием по подозрению в правонарушении. За плечами у него — судебно-психиатрическая экспертиза, на которой вопрос об его вменяемости решить было невозможно именно в силу реактивного состояния, а оно, в свою очередь, является следствием стресса от судебно-следственной ситуации. Кроме того, нельзя забывать и о стрессе, который человек испытал во время общественно-опасного деяния (будь оно совершено им или кем-то другим).

Лечение почти во всех случаях включает антидепрессанты, при необходимости подключаются нейролептики. Таким больным может помочь психотерапия, но существуют значительные трудности ее реализации, ввиду установочного поведения.

Прогноз, как правило, благоприятный. В течение относительно небольшого срока (обычно — в течение нескольких месяцев) психогенное расстройство нивелируется, хотя этот процесс не всегда ровный. Приходится, скорее, говорить о волнообразном затухании с возвратами симптоматики.

Следует помнить, что реактивные состояния возникают не только на фоне здоровья, но и у пациентов, страдающих хроническими психическими заболеваниями. На клиническую картину при этом может оказывать влияние основной психопатологический процесс. Но во многих случаях психогения затушевывает характерные проявления шизофрении или другого долго-текущего душевного заболевания.

По-русски — телеметрия, по-английски — MWD

О.К. РОГАЧЕВ, к.т.н.,
ОАО НПО «Буровая техника» — ВНИИБТ

Наклонно-направленное бурение давно стало основным видом бурения как на суше, так и на море при бурении скважин с платформ различных типов. Одновременно с развитием наклонно-направленного бурения существует тенденция повышения требований к точности попадания забоя скважин в заданную точку и к соблюдению проектного профиля скважины. В связи с этим возникает необходимость обеспечения эффективного контроля пространственного положения ствола скважины. При бурении наклонно-направленных скважин применяется комплекс маркшейдерских работ, включающий специальное оборудование, инструмент, приборы, особые технологические приемы, и связанный как с заданием направления ствола скважины, так и с постоянным контролем за положением оси ствола скважины в пространстве. Последнее является задачей инклинометрии.

Создание телеметрических систем контроля за положением отклоните-ля, забойными параметрами ствола скважины в процессе бурения (включая устройства управления режимами бурения) придало значительный импульс научно-техническому прогрессу в области бурения скважин на нефть и газ. В настоящее время телеметрические системы контроля в сочетании с методико-математичес-ким и программным обеспечением дали технологам небывалые возможности, в корне изменив методы их работы.

Азбука телеметрических систем

В общем случае телеметрические системы осуществляют измерение первичной скважинной информации, ее передачу по каналу связи забой — устье, прием наземным устройством, обработку и представление оператору результатов обработки. Существующие телесистемы включают следующие основные части:

• забойную аппаратуру;
• наземную аппаратуру;
• канал связи;
• технологическую оснастку (для электропроводной линии связи);
• антенну и принадлежности к ней (для электромагнитной линии связи);
• немагнитную УБТ (для телесистем с первичными преобразователями азимута с использованием магнитометров);
• забойный источник электрической энергии (для телесистем с беспроводной линией связи).

Забойная часть телесистемы включает первичные преобразователи измеряемых параметров, таких как:

• первичные преобразователи (ПП) направления бурения;
• ПП геофизических параметров приствольной зоны скважины;
• ПП технологических параметров бурения.

К первичным преобразователям направления бурения относятся:

• ПП зенитного угла в точке измерения (а);
• ПП азимута скважины (j);
• ПП направления отклонителя (у). К первичным преобразователям
• геофизических параметров (данных каротажа) можно отнести геофизические зонды, измеряющие:
• КС — кажущееся сопротивление горных пород;
• ПС — самопроизвольную поляризацию;
• гамма-каротаж (гамма естественного излучения горных пород);
• электромагнитный каротаж.
• К первичным преобразователям технологических параметров бурения можно отнести датчики, измеряющие параметры процесса бурения:
• осевую нагрузку на долото (G);
• момент (М) реактивный или активный;
• частоту вращения (n) долота;
• давление внутри и снаружи бурильной колонны;
• другие, по желанию заказчика, а также в зависисмости от аппаратурных возможностей телесистемы.

Данные от первичных преобразователей через коммутатор поступают на аналого-цифровой преобразователь (АЦП), затем через кодирующее устройство (КУ), усилитель-передатчик поступают в канал связи. На поверхности закодированная различными способами информация расшифровывается в обратном порядке и поступает на системы отображения и обработки для принятия решений по технологическому режиму.

Каналы связи

На протяжении многих лет основным препятствием для практического использования измерений в процессе бурения был канал связи. Он является основным и решающим фактором, так как именно от него зависит конструкция телесистем, компоновка, информативность, надежность, удобство работы, а также условия прохождения сигналов.

Диапазон существующих в настоящее время каналов весьма широк, и представлен гидравлическим, электромагнитным, акустическим, электропроводным и многими другими типами каналов связи (РИС. 1).

В результате многолетних исследований и практического использования в реальных условиях бурения широкое применение нашли три канала связи:

• электропроводный;
• гидравлический;
• электромагнитный.

У каждого из этих каналов связи имеются свои преимущества и недостатки. Разнообразие условий бурения, а также экономическая целесообразность определяют каждому каналу связи свою область применения. Остановимся подробнее на преимуществах и недостатках каждого из рассматриваемых каналов связи.

Электропроводной канал связи (ЭКС)

ЭКС в России в силу многих причин нашел значительное, но недостаточное применение. Этот канал обладает преимуществом перед всеми известными каналами связи — это максимально возможная информативность, быстродействие, многоканальность, помехоустойчивость, надежность связи; отсутствие забойного источника электрической энергии и мощного передатчика; возможность двусторонней связи; не требует затрат гидравлической энергии; может быть использован при работе с продувкой воздухом и с использованием аэрированной промывочной жидкости. К недостаткам электропроводного канала связи относятся наличие кабеля в бурильной колонне и за ней, что создает трудности при бурении; затраты времени на его прокладку; необходимость защиты кабеля от механических повреждений; невозможность вращения колонны (неактуально при применении токосъемника, устанавливаемого под вертлюгом); невозможность закрытия превентора при нахождении кабеля за колонной бурильных труб; необходимость доставки (продавки) забойного модуля или контактной муфты до места стыковки (посадки) при зенитных углах более 60° с помощью прода-вочного устройства (имеются варианты проложения кабеля внутри труб через вертлюг).

Гидравлический канал связи (ГКС)

Телесистемы с ГКС отличаются от других наличием в них устройства, создающего в потоке бурового раствора импульсы давления. Для генерирования импульсов давления в буровом растворе используются несколько различных по типу устройств. Сигнал, создаваемый ими, подразделяется на три вида: положительный импульс, отрицательный импульс или непрерывная волна (РИС. 2).

Положительные импульсы генерируются путем создания кратковременного частичного перекрытия нисходящего потока бурового раствора. Отрицательные — путем кратковременных перепусков части жидкости в затрубное пространство через боковой клапан. Гидравлические сигналы, близкие к гармоническим, создаются с помощью электродвигателя, который вращает клапан пульсатора. Гидравлические импульсы со скоростью около 1250 м/с поступают по столбу бурового раствора на поверхность, где закодированная различными способами информация декодируется и отображается в виде, приемлемом для восприятия оператором.

Предпочтение в применении телесистем с ГКС базируется как на относительной простоте осуществления связи по сравнению с другими каналами связи, так и на том, что этот канал не нарушает (по сравнению с ЭКС) технологические операции при бурении и не зависит от геологического разреза (по сравнению с ЭМКС). Недостатки данного канала связи — низкая информативность из-за относительно низкой скорости передачи, низкая помехоустойчивость, последовательность в передаче информации, необходимость в источнике электрической энергии (батарея, турбогенератор), отбор гидравлической энергии для работы передатчика и турбогенератора, невозможность работы с продувкой воздухом и аэрированными жидкостями.

Электромагнитный канал связи (ЭМКС)

Системы с ЭМКС используют электромагнитные волны (токи растекания) между изолированным участком колонны бурильных труб и породой. На поверхности земли сигнал принимается как разность потенциалов от растекания тока по горной породе между бурильной колонной и приемной антенной, устанавливаемой в грунт на определенном расстоянии от буровой установки (РИС. 3).

К преимуществам ЭМКС относится несколько более высокая информативность по сравнению с гидравлическим каналом связи. К недостаткам — дальность связи, зависящая от проводимости и перемежаемости горных пород, слабая помехоустойчивость, сложность установки антенны в труднодоступных местах.
В ТАБЛ. 1 приводятся сравнительные характеристики телеметрических систем российских и зарубежных производителей с каналами связи различных типов.

Учитывая недостатки применяемых каналов связи, необходимо их совершенствовать, а также разрабатывать новые каналы, так как разнообразные горно-геологические условия, различные технико-технологические аспекты проводки скважин и экономические факторы предъявляют более высокие требования к информативности процесса бурения.

Представляет интерес возможность использования комбинированного канала связи. Суть этого вида связи заключается в использовании нескольких каналов связи одновременно — как вариант, это могут быть гидравлический, электромагнитный, механический и частично электропроводный, например, как ретранслятор. Для реализации этого вида связи в телеметрической системе устанавливаются гидравлический пульсатор и электромагнитный передатчик. Информация принимается на поверхности обычным способом для этих каналов связи. По механическому каналу связи принимается информация по вибрации долота. Электропроводной канал может быть использован для частичного погружения в колонну бурильных труб или за трубами для приема и ретрансляции ослабленных информационных сигналов от телеметрической системы при больших глубинах. Применение комбинированного канала связи позволит частично решить многолетние споры о перспективности дальнейшего использования того или иного канала связи забой — устье.

По пути усложнения

Одним из важных достижений в области совершенствования телеметрических систем являются модульные системы. Рассчитанные на максимальную эффективность и гибкость, эти системы более дешевы и экономичны по сравнению с любыми другими. Все оборудование такой системы имеет модульную конструкцию с полной совместимостью модулей, что дает возможность приобретать его в любом наборе, в виде отдельных секций или полным комплектом. Использование подобных систем помимо контроля навигационных и технологических параметров позволяет частично проводить комплекс геофизических исследований без остановки процесса бурения (технология logging while drilling (LWD) — геофизические исследования в процессе бурения). В частности, с помощью систем подобного типа можно осуществлять контроль за следующими параметрами:

• естественное гамма-излучение разбуриваемых горных пород;
• кажущееся сопротивление горных пород КС;
• сопротивление поляризации ПС;
• электромагнитный каротаж;
• гамма-гамма каротаж;
• нейтронно-нейронный каротаж;
• акустический каротаж;
• кавернометрия;
• виброметрия.

Однако при современном уровне развития техники и технологий бурения информация о характеристиках пласта, получаемая в процессе бурения, является недостаточной. Необходимо иметь данные о кровле и подошве пласта, информацию о разрезе впереди долота, а также информацию о приближении к соседним скважинам, что особенно важно при разбу-ривании морских месторождений, где количество скважин, построенных относительно близко друг от друга, достигает нескольких десятков.

Усложнение процесса бурения стимулирует дальнейшее развитие разработок телеметрических систем. Основными направлениями совершенствования являются: увеличение количества измеряемых и передаваемых на поверхность параметров бурения, скорости передачи информации; создание в забойных устройствах автоматов, самостоятельно управляющих процессом проводки скважин (управляемый отклонитель, прибор корректирования нагрузки на долото и др. механизмы); использование двухсторонней связи забой — устье. Существенное повышение точности и качества проводки высокотехнологичных скважин невозможно без совершенствования наземного бурового комплекса, способного автономно или при минимальном вмешательстве оператора осуществлять бурение в продуктивном пласте с учетом особенностей его фактического строения. Создание интеллектуально-автоматизированной буровой установки, которая будет контролировать и корректировать работу бурильщика, а в некоторых случаях — осуществлять бурение скважины или выполнение определенных операций в автоматическом режиме, является одним из приоритетных направлений зарубежных и отечественных производителей бурового оборудования.

Принципиальная блок-схема комплекса автоматического управления бурением скважины представлена на РИС. 4.

Система включает два комплекса параметров: забойные (телеметрическая система) и наземные (система контроля наземных параметров бурения). Возможности забойной части системы по сбору и первичному преобразованию данных подробно описаны выше. Система наземного контроля может быть представлена станцией геолого-технического контроля.

Основными задачами системы автоматизированного управления проводкой скважины являются:

• измерение траекторных и режимных параметров бурения на забое скважины;
• передача информации к наземной аппаратуре;
• измерение и регистрация наземных параметров режима бурения и работы бурового оборудования;
• обработка данных измерения;
• формирование информации о траекторных и технологических параметрах бурения;
• выдача рекомендаций по дальнейшей проводке ствола скважин;
• предупреждение об осложнениях и аварийных ситуациях;
• обеспечение заданных бурильщиком режимных и траекторных параметров в автоматическом режиме;
• формирование банка данных.

Система автоматизированного управления проводкой наклонных и горизонтальных скважин позволит повысить качество строительства скважин, точность выполнения проектов, исключить субъективные ошибки персонала буровой установки даже при среднем уровне его квалификации, что даст существенную экономию при строительстве скважин.