Характеристика гвинтового вибійного двигуна.

Головною характеристикою двигуна є залежність моменту від визначаючого параметру. В об’ємних двигунах крутний (обертовий) момент залежить від перепаду тиску в двигуні. Тому робоча характеристика гвинтового двигуна подається як залежність перепаду тиску, швидкості обертання вихідного вала, потужності і коефіцієнта корисної дії від моменту опору, який долає вал двигуна при його різному навантаженні.

Типова характеристика гвинтового вибійного двигуна при постійній витраті промивальної рідини має вигляд

a-режим холостого хода(М=0, n=max)б-оптимальний режим(hг=max); в-екстремальний(ефективний)режим (N=max),г-гальмівний режим(n=0,M=max).

У міру росту моменту перепад тиску в двигуні збільшується майже лінійно, а швидкість обертання «» вала двигуна знижується спочатку незначно, а при гальмуванні – різко. Залежності зміни потужності «» двигуна і К.К.Д. «» від моменту «» мають. Коли двигун працює з максимальним К.К.Д. режим називається оптимальним, а з максимальною потужністю – екстремальним(ефективним).Збільшення навантаження на долото після досягнення екстремального режиму роботи двигуна веде до гальмування вала двигуна і до різкого погіршення його характеристики.Неефективні навантаження на долото, при яких момент, щ розвивається двигуном, менший від моменту, що забезпечує оптимальний його режим роботи.Характер зміни від моменту при будь-якій витраті промивальної рідини залишається приблизно однаковим.Значення моменту, швидкості обертання і перепаду тиску при збільшенні витрати () ростуть майже лінійно, К.К.Д. – дещо зменшуються, а потужність зростає за залежністю близькою до квадратичної:

7. Типи турбобурів.

Конструктивні особливості. В бурінні застосовуються різні типи турбобурів, які відрізня­ються призначенням та конструкцією. Нижче наведені опис і технічна характеристика основних типів турбобурів, розроблених ВНДІБТ. Турбобури односекційні безшпиндельні типу Т12 випускаються із зовніш­німи діаметрами 172,195 і 240 мм та використовуються для буріння вертикальних і похило-ске­рованих свердловин долотами різних типів і серій діаметрами 190,5—393,7 мм, а також для комплектації роторно-турбінних бурів діаметрами 394—640мм. Турбобури односекційні із вставним шпинделем типу ТВШ призначені для комплектації роторно-турбінних і реактивно-турбінних бурів діаметрами 394 мм і більше. Турбобури ТВШ можуть використовуватися самостійно і як нижня секція довільного серійного секційного турбобура відповідного розміру. У турбобурах типу ТВШ турбінна і шпиндельна секції єдині і розміщені у загальному корпусі стандартної довжини. Кількість турбін зменшується на 6% (у порівнянні з турбобуром ТСШ-240), а загальна довжина турбобура скорочується на довжину шпиндельної секції. Така конструкція запобігає відвертанню шпинделя в процесі буріння та поломці верхнього кінця шпинделя, що зустрічається в серійних секційних шпиндельних турбобурах. З'єднання валів турбінної і шпин­дельної секцій виконане з допомогою рознімної муфти ексцентрикового типу. Така муфта більш технологічна у виготовленні в порівнянні з конусно-шліцьовою муфтою та зручніша в експлуатації. Турбобури типу ТНК з незалежним кріпленням ротора призначені для комплек­тації роторно-турбінних і реактивно-турбінних бурів діаметрами 640 мм і більше, а також для буріння вертикальних і похило-скерованих свердловин долотами різних типів і серій діаметрами 215,9 мм і більше. Турбобури секційні безшпиндельні типу ТС призначені для буріння глибоких вертикальних і тюхило-скерованих свердловин при температурах не вище 120°С. Турбобури ТС4А, ТС5Е і ТС5Б випускаються діаметрами 104,5—240 мм в одно-, дво- або трисекційному виконанні. Секційні турбобури типу ТС доставляються на свердловину у вигляді окремих секцій і зби­раються в процесі спуску. Корпуси секцій з'єднуються між собою замковими різьбами, а їхні вали — з допомогою конусно-шліцьових (або конусно-фрикційних) півмуфт, закріплених на валі різьбою або гладким конусом (конусністю1:10). Турбобури секційні шпиндельні типу ТСШ призначені для буріння глибоких вертикальних і похило-скерованих свердловин при температурах до 120°С. Турбобури ТСШ випускаються діаметрами 127—240 мм в одно-, дво- і трисекційному виконанні. Турбобури секційні шпиндельні уніфіковані типу ТСШ1 випускаються діаметрами 172—240 мм в одно-, дво- і трисекційному виконанні. Осьова опора в цих турбобурах винесена в окрему шпиндельну секцію і може бути замінена безпосередньо на свердловині. До даного типу належать також уніфіковані дво- і трисекційні турбобури 2Т195К, ЗТ195К і ЗТ105К з покращеною енергетичною характеристикою, ступені турбіни яких виготовляються методом точного лиття. У цих турбобурах можливе використання всіх типів турбін у заданих габаритах, в тому числі і комбінованих металопластмасових.

Турбобури секційні шпиндельні з похилою лінією тиску типу АШ призначені для буріння глибоких вертикальних і похило-скерованих свердловин із використанням обважнених зурових розчинів при температурах понад 120°С. Турбобури типу АШ (А6Ш, А7Ш, А7Ш2, А9Ш, А9Ш2) випускаються діаметрами 364— 140 мм і складаються з двох або трьох турбінних і однієї шпиндельної секцій. Турбіни цих урбобурів мають похилу до гальмівного режиму лінію перепаду тисків.

 

Опори турбобурів

Турбобур – це багатоступінчаста гідравлічна турбіна, до вала якої безпосередньо або через редуктор під’єднується бурове долото. Турбобур складається з осьової багатоступінчастої турбіни, вала, корпусу, радіальних і осьових опор, редуктора та інших деталей та вузлів.

У процесі роботи турбобура на вал діють і радіальні навантаження, для сприйняття яких турбобур має чотири радіальні опори. Роль верхньої опори виконують кільця п’яти в підп’ятнику. Середні опори, внутрішні ободи яких облицьовані гумою, сприймають радіальні навантаження в середній частині вала турбобура. Нижньою радіальною опорою служить ніпель, внутрішня поверхня якого облицьована гумою.

У процесі буріння на вибої втрати потужності на тертя в осьовій опорі турбобура визначають як різницю між характеристикою турбіни і турбобура. Коеф. тертя ковзання для гумометалевих опор залежить від їх стану, властивостей БПР, температури та інших факторів.

 

10 Шпиндельні турбобури

 

Турбобури секційні шпиндельні типу ТСШ (рисунок 5.9) призначені для буріння глибоких вертикальних і похило-скерованих свердловин при температурах до 120 ºС. турбобури ТСШ випускаються діаметрами 127-240 мм в одно-, дво- і трисекційному виконанні.

Відмінність цих турбобурів полягає в тому, що осьова опора, яка належить до найбільш зношуваних елементів, винесена в окремий вузол – шпиндельну секцію, що приєднується до нижньої секції турбобура. Турбінні секції конструктивно аналогічні верхнім і середнім секціям секційних безшпиндельних турбобурів типу ТС. У шпиндельній секції розміщені непроточні осьові і радіальні опори. Це дозволяє змінювати шпиндель безпосередньо на свердловині без розбирання секцій турбін турбобура.

Турбобур 3ТСШ-195ТЛ оснащений турбінами, які виготовляються методом точного лиття, що покращує його енергетичну характеристику.

Турбобури секційні шпиндельні уніфіковані типу ТСШ1 випускаються діаметрами 172-240 мм в одно-, дво- і трисекційному виконанні. Осьова опора в цих турбобурах винесена в окрему шпиндельну секцію і може бути замінена безпосередньо на свердловині.

Турбобури ТСШ1 виконані згідно з між типовою уніфікацією, тобто різні типи турбін, корпуси, вали, опори, півмуфти і перехідники в межах одного габаритного розміру мають однакові посадочні і приєднувальні розміри. Це дає змогу використовувати турбіни і опори довільного типу. В секціях турбобура передбачена можливість монтажу високо- і низько обертових турбін, складових турбін точного лиття і пластмасових, а в шпиндельній секції – як опор ковзання (гумометалевих), так і кочення (радіально-упорних підшипників).

У верхній частині вала турбобура ТСШ1, на відміну від турбобурів типу ТСШ, монтується три запобіжні ступені гумометалевої проточної осьової опори, які попереджують посадку роторів турбін на статори, можливу через неправильне регулювання осьових зазорів в турбіні, зносу осьової опори або інших причин. Це підвищує надійність роботи турбобура.

Вали турбінної і шпиндельної секцій в турбобурі типу ТСШ1 з¢єднуються з допомогою конусно-шліцьових півмуфт. Деталі на валах турбінних секцій кріпляться з допомогою півмуфти з конічною різьбою з внутрішнім упорним торцем. Завдяки цьому підвищується надійність регулювання секцій та розподілу осьових зазорів у турбіні.

До даного типу належать також уніфіковані дво- і трисекційні турбобури 2Т195К, 3Т195К і 3Т105К з покращеною енергетичною характеристикою, ступені турбіни яких виготовляються методом точного лиття. У цих турбобурах можливе використання всіх типів турбін у заданих габаритах, в тому числі і комбінованих металопластмасових.

Турбобур секційний шпиндельний 3ТСША-195ТЛ призначений для буріння глибоких вертикальних і похило-скерованих свердловин алмазними долотами при температурі до 120 ºС. Турбобур 3ТСША-195ТЛ відрізняється від уніфікованого базового 3ТСШ1-195 комплектацією спеціальною високообертовою і високомоментною турбіною 21/16,5-195ТЛ, виготовленою методом точного лиття. У шпиндельній секції турбобура 3ТСША-195ТЛ передбачений вузол лабіринту, який запобігає проникненню в гумометалеву осьову опору крупних абразивних частинок.

Особливість турбобурів А7Ш і А9Ш полягає в наявності у верхній частині шпиндельної секції торцевого ущільнення, що дозволяє вести буріння гідромоніторними долотами при перепаді тиску в них до 6 МПа, і використанні в турбінних секціях однорядних проміжних радіальних кульових опор вала та в шпиндельній секції осьової опори у вигляді багаторядного упорно-радіального кульового підшипника. При цьому покращуються умови запуску турбобура у свердловинах з високими температурами (понад 120 ºС).

Турбобури секційні шпиндельні зі ступенями гідродинамічного гальмування типу АГТШ призначені для буріння глибоких вертикальних і похило-скерованих свердловин при температурах понад 110 ºС. турбобури типу АГТШ випускаються діаметрами 164-240 мм і складаються з трьох турбінних та однієї шпиндельної секцій. Ці турбобури вміщують решітки гідрогальмування, що забезпечує їх роботу з нижчою частотою обертання у порівнянні з турбобурами АШ.

Турбобури типу АГТШ за конструкцією турбінних секцій, в основному аналогічні турбобурам ТСШ1, окрім турбобура А6ГТШ, який має незалежну підвіску валів, аналогічну турбобуру А6Ш.

 

11 Високомоментні і редукторні турбобури

 

Турбобури редукторні типу ТР (рисунок 5.10) з маслозаповненим редукторами призначені для буріння вертикальних, похило-скерованих і горизонтальних свердловин, в тому числі з відбором керна при високих температурах (до 300 ºС) і тисках (до 25 МПа). Турбобури типу ТР випускаються діаметрами 142, 145, 178, 195 і 240мм.

Редукторний турбобур складається з секцій турбін, редуктора і шпинделя. Збірка необхідних варіантів редукторних турбобурів здійснюється безпосередньо на свердловині в залежності від технологічних вимог проходження свердловин. Якщо редуктор не потрібний, то турбобур збирається з турбінних та шпиндельних секцій.

Редуктор турбобура призначений для зменшення частоти обертання і підвищення моменту на вихідному валі. Редуктор виконаний у вигляді окремого вузла і містить:

- дворядну зубчасту планетарну передачу з косозубим зачепленням Новикова, яка здатна передавати моменти понад 10 кН·м;

- вхідний та вихідний вали з несучими опорами;

- систему маслозахисту, яка включає ущільнення торцевого типу і лубрикатор для компенсації можливих витоків мастильних матеріалів у процесі експлуатації та стабілізації тиску в маслозаповненій порожнині;

Коротка характеристика редукторних турбобурів:

ТРВ-142 – вставний редукторний турбобур, призначений для використання в складі комплекту вставного інструменту для буріння без піднімання бурильної колони;

ТР-145Т – термостійкий редукторний турбобур, призначений для буріння глибоких і надглибоких свердловин при температурах до 300ºС і тисках до 250 МПа;

ТР-178 – редукторний турбобур із зменшеним діаметром та двома діапазонами робочих частот обертання вала;

ТРМ-195 – редукторний турбобур, в якому осьові опори винесені у вигляді проміжного і нижнього шпинделів;

ТРМ1-195Ш – турбобур з редуктором-шпинделем з підсиленими опорними вузлами кочення підвищеної вантажопідйомності та двома передаточними відношеннями, що забезпечує два режими роботи доліт серій ГНУ і ГАУ;

ТРМ3-195 – турбобур із зменшеною довжиною редуктора-шпинделя і короткою турбіною, призначений для буріння викривлених і горизонтальних ділянок стовбурів свердловин;

ТР-195СТ – турбобур у термостійкому виконанні з механізмом фіксації вала, призначеним для звільнення долота при його заклинюванні. Механізм фіксації включається обертанням бурильної колони вправо;

ТР-240 – турбобур з редукторним шпинделем РШ-240, призначений для буріння при температурах до 150 ºС.

Високомоментні турбобури дозволяють за рахунок профілю лопаток одержати більший крутний момент при зменшенні швидкості обертання.

Високомоментного турбобури типу АГТШ з системою гідродинамічного гальмування призначені для буріння глибоких свердловин шарошкових доліт, але можуть застосовуватися і при алмазному бурінні.
Складаються з трьох секцій і шпинделя. Дві турбінні секції містять багатоступеневу високоціркулятівную турбіну. У третій встановлюються ступені гідродинамічного гальмування (ГТ). Сходи ГТ складаються із статора і ротора, лопатки вінців яких мають безударное обтікання рідиною на гальмівному режимі. При обертанні такого ротора виникає крутний момент, протилежний моменту, що розвивається турбіною турбобура. Значення гальмуючого моменту пропорційно частоті обертання валу.
У шпинделі турбобура встановлений упорно-радіальний шарикопідшипник серії 128000. як ущільнення валу використовуються круглі гумові кільця ПРУ.