1. Принципиальная схема бурения с использованием забойных двигателей. Сравнительная оценка

При бурении с забойным двигателем долото привинчено к валу, а бурильная колонна — к корпусу забойного двигателя (ЗД). При работе ЗД вращается его вал с долотом, а бурильная колонна воспринимает реактивный момент на корпусе ЗД.

три вида забойных двигателей:

• турбобур;

• винтовой двигатель:

• электробур.

Турбобур и винтовой двигатель являются разновидностями гидравлических забойных двигателей, наиболее широко применяемых при бурении и капитальном ремонте нефтегазовых скважин.

При бурении с гидравлическим забойным двигателем (ГЗД) гидравлическая энергия потока бурового раствора, двигающегося от бурового насоса по бурильной колонне, преобразуется в механическую энергию вращения вала ГЗД, с которым соединено долото.

Основные требования к ГЗД:

1. Должен обеспечивать работу долота при оптимальном режиме бурения. 2. В качестве силового элемента ГЗД должен обеспечивать точную проводку скважины по заданной траектории.

При турбинном бурении долото вращается турбобуром, расположенным непосредственно над долотом. Вал турбобура (и его ротор) соединен с долотом и вращается, а корпус турбобура соединен с бурильной колонной и не вращается. Скорость вращения ротора 300-900 об/мин.

Преимущества турбинного бурения:

• Бурильная колонна не вращается (экономия энергии, меньший износ труб);

• Большая механическая скорость проходки;

• По сравнению с традиционным роторным способом бурения легче управлять траекторией движения долота;

• Меньшая вероятность аварий с бурильной колонной.

Недостатки турбинного бурения:

• Требуется большой расход промывочной жидкости;

• Высокое давление на выходе насосов (необходимы мощные буровые насосы);

• Дополнительные затраты, связанные с ремонтом турбобуров;

• Ускоренный износ буровых долот.

источником энергии и крутящего момента является давление потока жидкости, движущейся под напором поверхностного насоса.

Поток промывочной жидкости через бурильную колонну подается в первую ступень турбобура. В статоре первой ступени происходит формирование направления потока жидкости, то есть жидкость, пройдя каналы статора, приобретает направление. Таким образом, статор является направляющим аппаратом турбины.

Потоки жидкости из каналов статора поступают на лопатки ротора под заданным углом и осуществляют силовое воздействие на ротор, в результате которого энергия движущейся жидкости создает силы, стремящиеся повернуть ротор, жестко связанный с валом турбины. Поток жидкости из каналов ротора первой ступени поступает на лопатки направляющего аппарата второй ступени, где вновь происходят формирование направления движения потока жидкости и подача еѐ на лопатки ротора второй ступени. На роторе второй ступени также возникает крутящий момент.

В результате жидкость под действием энергии давления, проходит все ступени турбины турбобура и через специальный канал подводится к породоразрушающему инструменту.

При бурении гидравлическими забойными двигателями бурильная колонна неподвижна. По ней поступает промывочная жидкость к двигателю и долоту, и она воспринимает во время работы турбобура ( в случае бурения турбинным способом) его реактивный момент.

При бурении с электробуром электрическая энергия передается по кабелю, смонтированному внутри бурильной колонны и преобразуется электродвигателем в механическую энергию вращения вала электробура, которая непосредственно передается долоту.

Достоинства: Высокий КПД (до 60-70%). Большой крутящий момент и мощность, хорошая перегрузочная способность. Наличие проводной линии связи, позволяющей получить много информации с забоя, а значит, осуществлять контроль над процессом. Хорошие возможности оптимизации процесса бурения. Те же преимущества, что и у других забойных двигателей – меньший износ БТ. Успешно применяется при бурении наклонно-направленных скважин. Частота вращения и крутящий момент не зависят от веса БК и свойств бурового раствора.

Недостатки:

• Малая надежность электробура:

• Малая надежность линии токоподвода к электробуру.

• Повышенные требования к технике безопасности и охране труда.

• Сложное электрооборудование требует повышенной квалификации буровой бригады и развитой ремонтной базы.

• Как следствие, электробуры имеют довольно узкую область применения, и используются редко (до 1% от общего объема проходки). В СССР электробуры в основном применялись на Западной Украине и в Башкирии, где имелись специализированные базы ремонта.

• В последние годы в связи с развитием горизонтального бурения скважин и применения долот PDC вновь появилась возможность увеличения объема бурения, т.к. они хорошо подходят для бурения в этих условиях.