Исследование нагрузочной характеристики гибкого вала винтовых забойных двигателей при бурении скважин

Цель работы – проведение расчета гибкого вала винтового забойного двигателя.
Область применения: нефтегазовая промышленность.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 14

1 Литературный обзор …………………………………………………………………………………… 0

1.1 История создания винтового забойного двигателя ………………………………….. 15

1.2 Конструкция и принцип действия ВЗД …………………………………………………… 18

1.2.1 Двигательная секция ……………………………………………………………………………. 19

1.2.2 Шпиндельная секция …………………………………………………………………………… 25

1.2.3 Регулятор угла …………………………………………………………………………………….. 26

1.2.4 Дополнительные узлы …………………………………………………………………………. 33

1.2.4.1 Противоаварийные узлы …………………………………………………………………… 33

1.2.4.2 Клапан обратный; переливной (циркуляционный) …………………………….. 35

1.2.4.3 Фильтр двигателя (шламоуловитель)…………………………………………………. 36

1.2.4.4 Центратор-стабилизатор шпиндельной секции ………………………………….. 37

1.2.5 Блок-схема конструкции ВЗД ………………………………………………………………. 38

2 Исследование нагрузочных характеристик винтовых забойных двигателей .. 39

2.1 Характеристики ВЗД………………………………………………………………………………. 39

2.2 Влияние различных факторов на характеристики ВЗД ……………………………. 42

2.2 Влияние конструкции на характеристики ВЗД ………………………………………… 48

3. Анализ причин преждевременного выхода из строя винтовых забойных
двигателей …………………………………………………………………………………………………… 53

3.1 Анализ причин износа резиновой обкладки статора ………………………………… 54

3.2 Анализ причин выхода из строя гибкого вала …………………………………………. 58

4 Расчёт на прочность и продольную устойчивость вращающегося гибкого вала
винтового забойного двигателя ……………………………………………………………………. 61

4.1 Расчет стального гибкого вала ………………………………………………………………… 62
4.1.1 Расчет на статическую прочность стального гибкого вала ……………………. 62

4.1.2 Расчет на выносливость стального гибкого вала …………………………………… 63

4.1.3 Расчет на устойчивость стального гибкого вала……………………………………. 65

4.2 Расчет гибкого вала из титанового сплава ………………………………………………. 65

4.2.1 Расчет на статическую прочность гибкого вала из титанового сплава …… 65

4.2.2 Расчет на выносливость гибкого вала из титанового сплава …………………. 66

4.2.3 Расчет на устойчивость гибкого вала из титанового сплава ………………….. 68

5 Финансовый менеджент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……… 69

5.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………………………. 69

5.2 Исследование сильных и слабых сторон проекта…………………………………….. 70

5.3 Планирование научно-исследовательских работ……………………………………… 74

5.4 Бюджет научно-технического исследования …………………………………………… 79

5.5 Выводы по разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение»…………………………………………………………………………………….. 83

6 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 84

6.1. Производственная безопасность…………………………………………………………….. 84

5.1.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов, обоснование
мероприятий по защите персонала буровой от их действия ………………………….. 85

5.1.2. Анализ опасных производственных факторов и обоснование мероприятий
по их устранению ………………………………………………………………………………………… 89

5.2 Экологическая безопасность …………………………………………………………………… 93

5.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………….. 94

5.3.1. Анализ возможных ЧС, возникающих при строительстве скважин ……… 94

5.3.2. Обоснование мероприятий по предупреждению и ликвидации ЧС ………. 95

5.4. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………… 95
5.4.1. Специальные правовые нормы трудового законодательства ………………… 95

5.4.2. Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны …………… 96

Заключение …………………………………………………………………………………………………. 97

Список использованных источников ……………………………………………………………. 98

Приложение А …………………………………………………………………………………………… 102

Основная часть сектора бурения нефтяных и газовых скважин
основывается на строительстве наклонно-направленных скважин и скважин с
горизонтальным окончанием ствола. 90% таких работ производится в турбинно-
роторном и роторном режиме с использованием винтовых забойных двигателей,
в нашей стране, как правило, отечественного производства.
Сложившееся на сегодняшний день технологическое направление в
бурении скважин, к сожалению, характеризуется и недостатками: нестабильная
работа винтовых забойных двигателей, а именно их остановками, не
достижением заявленных заводами-изготовителями показателей моторесурса,
различного рода аварийными ситуациями.
С целью увеличения надежности винтовых забойных двигателей в высоко
коррозионных средах, а также при повышенных крутящих моментах для
изготовления гибкого вала может быть использован титановый сплав,
обладающий пониженным модулем упругости и плотностью при высоких
прочностных характеристиках.
При прочих равных условиях при переходе на титановый сплав возможно
снижение изгибающих напряжений в два раза, а также увеличение запаса
усталостной прочности гибкого вала.