Введение к работе
з
Актуальность темы Винтовой забойный двигатель (ВЗД) является самым распространенным гидравлическим забойным приводом породоразрушающего инструмента, применяемым в настоящее время при бурении; и ремонте нефтяных и газовых скважин. На сегодняшний день разработано и серийно выпускается более 20 типоразмеров этих машин различной модификации.
Вместе с тем, эффективность реализации современных технологий бурения и,ремонта скважин предъявляет все более высокие требования к надежности бурового оборудования в целом, и повышению износостойкости забойного привода, в частности.
Из практики использования установлено, что около 50% всех отказов ВЗД связано с износом рабочих органов, представляющих собой пару трения резина-металл (стальной ротор - резннометаллический статор).
Применяемые материалы и технология изготовления для серийного производства рабочих органов ВЗД обеспечивают их работоспособность с максимальным паспортным ресурсом 300 часов при работе на чистой воде. Однако в реальных условиях, в зависимости от влияния эксплуатационных факторов, долговечность рабочих органов ВЗД значительно ниже паспортных значений.
' Наряду с этим, процессы трения и изнашивания в узлах забойного привода оказывают значительное влияние на техническую эффективность и режимные характеристики технологических операций, реализуемых при бурении и ремонте скважин с применением ВЗД.
Актуальность темы определяется ' необходимостью проведения комплексных исследований в области изучения процессов трения и изнашивания в паре трения резина-металл, с целью разработки новых технических решений, направленных на повышение эффективности применения ВЗД при бурении и ремонте скважин за счет повышения износостойкости их рабочих органов.
Цель работы Повышение эффективности и технологичности использования винтовых забойных двигателей при бурении и капитальном ремонте скважин за счет повышения износостойкости секции рабочих органов, посредством реализации эффекта автокомпенсации износа в процессе эксплуатации.
Основные задачи исследований
проведение анализа технологических условий и конструктивных особенностей, определяющих эффективность использования ВЗД, а также анализ причин их выхода из строя;
разработка и теоретическое обоснование возможности реализации эффекта автокомпенсации износа в рабочих органах ВЗД, за счет диффузионно-сорбционного взаимодействия эластичного элемента статора с активными компонентами рабочей жидкости (агента) в процессе контактного взаимодействия;
разработка состава новой износостойкой резины для контактного слоя статора ВЗД;
разработка экспериментальной лабораторной установки,
моделирующей условия контактного слоя статора ВЗД и проведение
исследований по изучению влияния основных эксплуатационных факторов
на скорость изнашивания; '
проведение экспериментальных исследований по изучению кинетики воздействия различных рабочих жидкостей на резины статора ВЗД с целью изучения механизма и регулирования процесса автокомпенсации износа; .
проведение опытно-промышленных и промысловых испытаний ВЗД, оснащенных опытными секциями рабочих органов с целью практической реализации результатов работы. .
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались: общепринятые методики подготовки и проведения экспериментов с учетом действующих требований российских и зарубежных стандартов; теория активированной диффузии и теория размерностей;
5 основные положения теории подобия моделирования применительно к триботехническим испытаниям. Научная новизна
Предложен и теоретически обоснован способ автокомпенсации износа в рабочих органах ВЗД, позволяющий повысить эффективность их использования за счет стабилизации режимно-технологической характеристики в процессе эксплуатации и повышения моторесурса.
Разработана математическая модель процесса автокомпенсации износа в парах трения резина-металл, основанного на изменении геометрических параметров эластичного элемента пары за счет диффузионно-сорбционного взаимодействия с рабочей жидкостью, в условиях контактно-динамического нагружения.
Экспериментально получены зависимости влияния основных эксплуатационных факторов на интенсивность изнашивания в паре трения резина-металл применительно к рабочим органам ВЗД, позволяющие прогнозировать моторесурс ВЗД в конкретных эксплуатационных условиях, оптимизировать технологию использования ВЗД с учетом зависимости режимно-технологических параметров от изменения значения первоначального натяга в рабочей паре.
Экспериментально изучена возможность реализации эффекта автокомпенсации износа в рабочих органах ВЗД за счет диффузионно-сорбционного взаимодействия эластичного элемента статора с рабочей жидкостью, обеспечивающего сохранение первоначального натяга в паре ротор-статор и режимных параметров двигателя на эффективном эксплуатационном уровне и повышение технологичности использования ВЗД при бурении и ремонте скважин.
Основные защищаемые положения
1. Новый способ автокомпенсации износа в рабочих органах ВЗД, реализуемый за счет диффузионно-сорбционного взаимодействия эластичного элемента статора с рабочей жидкостью, в условиях контактно-динамического нагружения.
Результаты экспериментальных исследований влияния основных эксплуатационных факторов на интенсивность изнашивания в паре трения резина-металл.
Результаты опытно-промышленных и промысловых испытаний винтовых двигателей, оснащенных опытными секциями рабочих органов.
Практическая ценность и реализация работы.
Разработана конструкция и технология изготовления статора ВЗД, обеспечивающие реализацию способа автокомпенсации износа в рабочих органах в процессе эксплуатации.
Разработана рецептура новой резины для изготовления статора ВЗД повышенной износостойкости.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на отечественных и международных научно-технических и научно-практических конференциях, начиная с 1998 года, в том числе:
на XXVIII, XXIX, XXXI, ХХХП, XXXIV научно-практических конференциях по итогам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 1997, 1998, 2000, 2002, 2004 годы (Ставрополь, СевКавГТУ, 1998-2005гг.);
на IV, VI, VII региональных научно-технических конференциях «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, СевКавГТУ, 2001-2003 гг.);
на международной научно-практической конференции «Проблемы эксплуатации и капитального ремонта скважин» (г. Кисловодск, СевКавНИПИгаз, 2004 г.);
на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы трибологии» (г. Самара, СамГТУ, 2007 г.).
Публикации результатов исследований.
