Разработка экспериментального забойного двигателя для бурения скважин с применением долот типа PDC

UDK: 622.24.05
DOI: 10.24887/0028-2448-2017-10-70-74
Ключевые слова: гидравлический забойный двигатель, бурение, скважина, нефть, газ
Авторы: Ю.А. Сазонов, М.А. Мохов, М.А. Франков, Д.Ю. Иванов (РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина)

При бурении нефтяных и газовых скважин с использованием долот типа PDCособый практический интерес представляет диапазон частоты вращения долота от 200 до 450 мин-1. В этих условиях широко применяют винтовые забойные двигатели, однако такие гидравлические машины имеются конструктивный недостаток, связанный с движением ротора по орбитальной траектории. Такая траектория движения ротора приводит к возникновению поперечных вибраций самого забойного двигателя и бурового долота. Вибрации, в свою очередь, снижают долговечность забойного двигателя и ухудшают экономические показатели бурения в целом. В связи с этим актуальной задачей является разработка нового гидравлического забойного двигателя, работающего без вибрации ротора.

Анализ научной и технической информации показал, что пока не найдено простого и эффективного технического решения, позволяющего устраненить вибрации ротора в винтовом забойном двигателе. По этой причине целесообразно расширить область поиска новых технических решений и рассмотреть другие конструкции гидравлических забойных двигателей, помимо винтовых забойных двигателей. Представлены результаты исследовательских работ, в основу которых заложена концепция, согласно которой в гидравлической машине любая винтовая поверхность может быть заменена на набор из плоских и цилиндрических поверхностей. Показано, что на основе данной концепции можно создавать новые гидравлические машины с уникальными свойствами. Результаты лабораторных и стендовых испытаний подтвердили правильность выбранного направления исследований. Винтовые поверхности были исключены из конструкции новой машины, а при конструировании использовались только плоские и цилиндрические поверхности.

Разработана новая конструкция гидравлической машины, которая может быть использована для создания гидравлического забойного двигателя, работающего без вибрации ротора при бурении скважин долотами типа PDC. Основная область применения новой разработки связана с бурением наклонно направленных и горизонтальных скважин для добычи нефти и газа. С переходом к простой и технологичной геометрической форме отдельные детали новой гидравлической машины можно будет выполнять из твердых или из сверхтвердых материалов, что открывает возможности для практического применения таких гидравлических машин также при бурении скважин при больших перепадах давления.

Список литературы

1. Балденко Д.Ф., Коротаев Ю.А. Современное состояние и перспективы развития отечественных винтовых забойных двигателей // Бурение и нефть. – 2012. – № 3. – С. 3–7. – http://burneft.ru/archive/issues/2012-03/1.

2. Sazonov Iu.A., Mokhov M.A., Demidova A.A. Development of Small Hydraulic Downhole Motors for Well Drilling Applications. // American Journal of Applied Sciences 2016. – V. 13 (10). – P. 1053–1059. 

DOI: 10.3844/ajassp.2016.1053.1059. –  http://thescipub.com/PDF/ajassp.2016.1053.1059.pdf.

3. Pittard G., Leitko C., Mallard R. Directional Drilling Motors Evolve for Demanding Downhole Environments. //Upstream Pumping. – May/June 2015. http://www.upstreampumping.com/article/drilling/2015/directional-drilling-motors.

4. Ranjbar Kh., Sababi M. Failure assessment of the hard chrome coated rotors in the downhole drilling motors // Engineering Failure Analysis. – 2012. –  V. 20. – С. 147–155. http://rms.scu.ac.ir/Files/Articles/Journals/Abstract/self%202012.pdf20121911115609.pdf.

5. US patent №62411494. Non-elastomeric stator and downhole drilling motors incorporating same// Demosthenis G. Pafitis, Vernon E. Koval. – Date of patent: Jun. 5, 2001. – http://www.freepatentsonline.com/6241494.pdf.

6. Derkach N.D., Krutik E.N., Korotaev Yu.A. Gear Reduction Turbodrills Improve Drilling Results//SPE-49258-MS. – 1998.

7. Beaton T., Seale R., Beaird J. Development of a Geared Turbodrilling System and Identifying Applications//Paper PETSOC-2004-2007.

8. Jones S., Feddema C., Sugiura J. A Gear-Reduced Drilling Turbine Provides Game Changing Results: An Alternative to Downhole Positive Displacement Motor. DOI: 10.2118/SPE-178851-MS. – 2016.

9. US patent №7172039. Down-hole vane motor // David Warren Teale, Greg Marshall. – Date of patent: Feb. 06, 2007. http://www.freepatentsonline.com/7172039.pdf.

10. US patent №5174737. Fluid compressor with spiral blade // Sakata Hirotsugu, ItamiTsugio, Okuda Masayuki, Hirayama Takuya, Oikawa Satoru. –  Date of Patent: Dec. 29, 1992. – http://www.freepatentsonline.com/5174737.pdf.

11. US patent №6074184. Pump utilizing helical seal // Imai Atsushi. – Date of Patent: Jun. 13, 2000. http://www.freepatentsonline.com/6074184.pdf.

12. Sazonov Yu.A., Mokhov M.A., Frankov M.A. Development of Compact Hydraulic Positive Displacement Motor Featuring No Rotor Vibrations in Well Drilling // Indian Journal of Science and Technology. – 2016. – V. 9(42), DOI: 10.17485/ijst/2016/v9i42/104220. http://www.indjst.org/index.php/indjst/article/view/104220/74841.

13. Пат. № 165039 РФ. Винтовая машина / Ю.А. Сазонов, М.А. Мохов, И.Н. Рыбанов, М.А. Франков, В.В. Воронова; заявитель и патентообладатель РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина. – № 2016112161; заявл. 31.03.16; опубл. 27.09.16.

14. Judd R. Diamond Bearings Support Mud Motor Reliability. // Upstream Pumping. – July/August 2015. http://www.upstreampumping.com/article/drilling/2015/diamond-bearings-support-mud-motor-reliability.



Внимание!
Купить полный текст статьи (формат - PDF) или читать материал, находящийся в открытом доступе, могут только авторизованные посетители сайта.

Библиометрия за 2015 год

SCOPUS
SNIP: 0,805
IPP: 0.158
SJR: 0,2
РИНЦ
Двухлетний импакт-фактор: 0,665
Пятилетний импакт-фактор: 0,472
Показатель в рейтинге SCIENCE INDEX: 0,573
Место в рейтинге SCIENCE INDEX: 794

Нефтегаз-экспо
Открыть ссылку в новом окне