Бурение турбинными двигателями. Устройство. Назначение основных узлов и деталей.

При бурении с использованием турбобура БК не вращается, а

воспринимает реактивный крутящий момент от ЗД и служит каналом для

передачи гидравлической энергии на забой.

• Вращение долоту передаётся от вала ГЗД, приводимого в движение

потоком БР. ТБ преобразует гидравлическую мощность потока БР в

механическую мощность для вращения долота и располагается над долотом.

• Основной рабочий орган ТБ – гидравлическая турбина, состоящая из

ступеней (турбин) (около 100 шт. в 1 секции), БР проходит через ступени ТБ

и образуется Мвр= ΣМвр ступеней.

    Корпус ТБ через переводник соединяется с БК, которая через ВБТ и

вкладыши ротора передаёт Мкр.реакт на застопоренный стол ротора. При

большой Lскв и Q весь Мкр.реакт гасится за счёт трения о стенки скважины ⇒ для исключения отвинчивания резьбовых соединений под действием

Мкр.реакт все резьбовые соединения следует закреплять с

регламентированным моментом. Вал ТБ соединяется с долотом через

переводник + над долотом может быть установлен калибратор.

 

    Сам турбобур можно разделить на следующие элементы:

· турбинный вал;

· опора осевая и радиальная;

· статоры.

Различают две группы деталей: вращающиеся и не вращающиеся.

К не вращающейся группе относятся:

1. Переводник. С его помощью бурильная колонна присоединяется к турбобуру.

2. Цилиндрический корпус. Является основой всего комплекса.

3. Кольца пяты. Функциональный элемент.

4. Диска статора. Через его окна буровая жидкость попадает внутрь.

5. Средняя опора. Обеспечивает поддержку отдельных элементов.

6. Ниппель. Обеспечивает фиксацию деталей внутри корпуса.

К вращающейся группе относятся: вал, диски ротора, пяты.

В основе функционирования оборудования для бурения лежат идентичные ступени гидравлического вида, элементами которых являются:

· направляющий элемент – неподвижный статор;

· рабочее колесо – подвижный ротор.

 

Вопрос 2.3. Баланс мощности и КПД турбинного бурения.

Баланс энергии в турбобуре можно представить графически (см. рисунок), и тогда очевидно, что вся гидравлическая мощность потока, входящего в турбины, расходуется на создание эффективной (полезной) мощности на валу турбин, которая непосредственно используется исполнительной машиной (например, долотом при бурении скважин), и на потери мощности, связанные с гидравлическими сопротивлениями при движении потока через лопастные системы статора и ротора, механические потери на трение контактирующих деталей (опор, уплотнений, дискового трения), а также затраты энергии за счет внутренних перетоков в зазорах между статором и ротором (рисунок).

Баланс мощности: 𝑁_𝑟 = 𝑁 _эф + ∆𝑁

Мощность потока жидкости: 𝑁_𝑟 = 𝑄∆𝑝, где 𝑄 − подача насоса м ³/ сут  

Эффективная мощность: _эф  М ∙ 𝜔 = М ∙ 2𝜋𝑛, где 𝑛 − число оборотов; М момент на валу.

Анализируя эффективную мощность в зависимости от нагрузки и числа оборотов вала, получаем: при 𝑛 = 0 → эффективная мощность  _эф = 0; при отсутствии нагрузки на валу М = 0 → число оборотов 𝑛_𝑚𝑎𝑥, а мощность

эф = 0.

 

Рис. График баланса энергии в турбобуре.

 

2.4 Характеристика турбобура. Её отличие от характеристики турбины. Особенности технологии бурения с помощью РТБ. Область применения РТБ (двух видов).

При бурении с использованием турбобура БК не вращается, а воспринимает реактивный крутящий момент от ЗД и служит каналом для передачи гидравлической энергии на забой.

В отличие от характеристики турбины рабочая характеристика ТБ учитывает затраты мощности на трение в опорах ТБ, гидравлические потери, объёмные потери и позволяет определить М_{кр. на валу} и мощность на долоте в зависимости от 𝑸 ПЖ, n, 𝑮_𝒈. Также имеется зависимость рабочей характеристики ТБ от типа и состояния опор ТБ, свойств ПЖ и др.

Рабочая характеристика Турбины и Турбобура.

 

• Долото не касается забоя.

 

𝐺ос = 𝐺г + 𝐺вч · 𝑘Ç ⇒ 𝑀тр.ос.оп. ⇒ 𝑀вт = 𝑀т − 𝑀тр.кон

 

• Долото + забой

 

 

𝐺_ос = c𝐺_г + 𝐺_вм · 𝑘_Çe − 𝑅;

 

R – реакция забоя.

 

Если (𝐺_г + 𝐺_с.л. · 𝑘𝑦) = 𝑅 => 𝐺_ос.оп.. = 0 => режим плавающей пяты (т. А).

𝑀_П − момент трения в осевой опоре.

• Особенности турбинного бурения:

1. Улучшаются в сравнении с роторным бурением условия работы БК (можно использовать ЛБТ, тонкостенные СБТ => ↓ m БК и ↓ $ работ).

2. Длина УБТ в отличие от роторного способа может быть уменьшена, т.к. сжатый участок БК не испытывает сложных σ -ий (т.к. не вращается).

3. Во избежание зависания и прилипания БК к стенкам скважины рекомендуется периодически проворачивать БК.

4. Повышенные 𝛥Р => промывы резьбовых соединений, поэтому необходима улучшенная смазка (тщательная), контроль М_кр. при свинчивании элементов БК.

5. ↑ 𝑛 = ↑ 𝑉_мех => ↑ 𝑉_{коммерч.} (особенно при бурении скважин небольшой глубины и средней глубины), но может ↓ проходка на долото «𝐻_*», т.к. износ опор и вооружения ПРИ.

6. Не всегда достаточен 𝑀_вт при работе с долотами – инструментами (лопастные, РDС, алмазные).

7. Могут быть использованы c любыми БУ, кроме БУ для бурения с продувкой.

8. Низкие характеристики при высоких значениях вязкости и плотности

ПЖ.

 

9. Нет шума и вибрация как от ротора.

Область применения РТБ

Турбобуры применяется при бурении скважин различного назначения, разрез которых состоит из твердых, абразивных пород 6 - 12 категорий по буримости в интервалах бурения от 100 до 2000 (3000) м, когда плотность и вязкость бурового раствора может быть не высокой. Турбобуры также часто используются при разбуривании цементных мостов.

Кроме того, турбинное бурение эффективнее роторного при искусственном искривлении скважин, из-за повышенной гибкости секций турбобура.