Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из основных направлений повышения технико-экономических показателей бурения скважин, особенно горизонтальных и горизонтально-разветвленных, является широкое использование многозаходных винтовых забойных двигателей (ВЗД), созданных впервые в мире во Всесоюзном научно-исследовательском институте буровой техники (ВНИИБТ) и его Пермском филиале.
К концу 70-х годов прошлого столетия многие вопросы, связанные с созданием отечественных винтовых забойных двигателей, были решены. Разработаны основы теории рабочего процесса, первые конструкции и технология изготовления многозаходных винтовых героторных механизмов, изготовлены макетные и промышленные образцы гидравлических забойных двигателей, проведены их стендовые и промысловые испытания, началось серийное производство первых ВЗД на Кунгурском и Павловском машзаводах. Однако, широкое внедрение новых высокоэффективных машин сдерживалось из-за малой долговечности и невысоких показателей энергетических и эксплуатационных характеристик, обусловленных несовершенством конструкции и технологии изготовления героторных механизмов.
Повышение надежности и долговечности героторных механизмов в сочетании с высокими выходными энергетическими параметрами являются главными требованиями при разработке современных ВЗД. Эти требования могут быть выполнены за счет внедрения новых конструкторских и технологических решений при проектировании и изготовлении героторнных механизмов, что и определило цели и задачи настоящей диссертационной работы.
Цель работы
Повышение энергетических характеристик и долговечности винтовых забойных двигателей за счет разработки новых конструкций героторнных механизмов и технологи их изготовления.
Основные задачи работы
1. Выполнить анализ конструкции, технологии изготовления, результатов стендовых испытаний и условий эксплуатации героторных механизмов ВЗД и определить основные факторы, влияющие на долговечность статора и энергетические характеристики винтовых забойных двигателей.
2.Исследовать и разработать технологию изготовления длинномерных статоров ВЗД, установить влияние физико-механических свойств резины, длины зубчатой обкладки и погрешностей формообразования зубьев на долговечность рабочих органов и энергетические характеристики винтовых забойных двигателей.
3. Исследовать и разработать технологию зубофрезерования многозаходных роторов и фасонные червячные фрезы повышенной точности, установить факторы, влияющие на точность профиля и шероховатость поверхности зубьев, стойкость инструмента и производительность зубообработки.
4. Выполнить анализ методов чистовой обработки длинномерных зубчатых деталей. Установить факторы, влияющие на качество и производительность чистовой обработки, разработать технологию, оборудование и инструмент для чистовой обработки зубьев ротора ВЗД.
5.Исследовать технологию восстановления героторных механизмов ВЗД, разработать методы отбраковки статоров и роторов, способы удаления резиновой обкладки из корпуса статора, технологию и пресс-формы для заливки статоров, выполнить анализ факторов, влияющих на качество восстановленных героторных механизмов.
6. Внедрить результаты исследований в конструкцию и технологию изготовления рабочих органов ВЗД.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается применением современных аналитических и экспериментальных методов исследований и стендовых испытаний на специализированных стендах в Пермском филиале ВНИИБТ и ООО «ВНИИБТ - Буровой инструмент», а также высокоэффективной отработкой винтовых забойных двигателей в основных нефтедобывающих регионах нашей страны и за рубежом.
Научная новизна
1. На основе исследования конструкции, технологии изготовления, анализа результатов стендовых испытаний и условий эксплуатации героторных механизмов установлены основные факторы, влияющие на долговечность статора и показатели энергетических характеристик винтовых забойных двигателей.
2. Установлено, что возможность увеличения длины зубчатой обкладки статора зависит от применяемой технологии заливки, типа литьевой машины, марки резины и конструкции пресс-формы.
3. На основе экспериментальных исследований и анализа производственного опыта выявлены факторы, влияющие на точность, производительность и стойкость инструмента, а также величину шероховатости зубьев при зубофрезеровании роторов по методу обката фасонными червячными фрезами повышенной точности и полировании роторов фасонными дисковыми эластичными абразивными кругами на вулканитовой связке.
4.Разрабонана методика контроля профиля зубьев статора на координатной измерительной машине с использованием слепков из сплава Вуда.
Практическая ценность и реализация работы
1.Результаты работы использованы в конструкции, технологии изготовления и ремонта винтовых забойных двигателях диаметром от 43 до 240 мм при их серийном производстве в ООО «ВНИИБТ - Буровой инструмент» и ОАО «Кунгурский машиностроительный завод».
2.Разработаны технологическое оборудование, пресс-формы для изготовления длинномерных статоров, способы удаления изношенной резиновой обкладки, прогрессивные червячные фрезы повышенной точности, устройство и инструмент для чистовой обработки зубьев роторов, технология изготовления и восстановления статоров и роторов.
3. Использование результатов исследований и разработок позволило повысить энергетические характеристики и кратно увеличить долговечность героторных механизмов винтовых забойных двигателей, обеспечить их широкое внедрение, повысить технико-экономические показатели бурения и капитального ремонта нефтяных и газовых скважин. Экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет десятки миллионов рублей.
Апробация работы
Результаты работы докладывались на заседаниях Ученого совета Пермского филиала Всесоюзного научно-исследовательского института буровой техники (г. Пермь, 1986, 1988 г.г.), научных конференциях Пермского государственного технического университете (г. Пермь, 1991,1995,2006 г.г.), на семинаре производителей нефтегазового оборудования (г. Москва, 2003 г.), на 13-ой научно-технической конференции инструментальщиков Западного Урала (1998 г.) на заседаниях научно-технического совета ООО «ВНИИБТ - Буровой инструмент» (2006 – 2010 г.г.), на заседаниях Ученого совета ОАО НПО «Буровая техника» - ВНИИБТ (2008 - 2011 г.г.).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 5 патентов, 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов и результатов работы, списка литературы из 108 наименований. Работа изложена на 136 страницах, включая 47 рисунков, 10 таблиц.
Автор выражает искреннюю благодарность д.т.н., профессору Гусману А.М., д.т.н. Балденко Д.Ф., д.т.н. Семину В.И., к.ф-м.н. Левиной А.Б. за ценные советы, конструктивные замечания и помощь при работе над диссертацией. Особую признательность и благодарность автор выражает своему научному руководителю д.т.н. Ю.А. Коротаеву.
Похожие диссертации на Конструктивные и технологические методы повышения энергетических характеристик и долговечности героторных механизмов винтовых забойных двигателей
